基于計(jì)算思維能力培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)研究

胡 樂(lè) 杜曉靜 何秋燕

（鎮(zhèn)江船艇學(xué)院 江蘇 212003）

0 前言

信息技術(shù)的核心是計(jì)算機(jī)技術(shù)，而《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》是培養(yǎng)學(xué)員計(jì)算機(jī)能力的一門(mén)基礎(chǔ)課程。中國(guó)高等院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育改革課題研究組在2008年提出，對(duì)大學(xué)員計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的三大要求是：操作使用能力、應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力和研究創(chuàng)新能力。

隨著信息化教育的普及，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程在中小學(xué)中已經(jīng)得到了很好的推廣，許多大一新生已經(jīng)能夠比較熟練的操作計(jì)算機(jī)了。如果還是主要教學(xué)員使用計(jì)算機(jī)，僅僅把計(jì)算機(jī)作為一個(gè)工具，不僅不能吸引學(xué)員，而且還會(huì)使很多學(xué)校的領(lǐng)導(dǎo)認(rèn)為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)這么課程可有可無(wú)，學(xué)時(shí)被壓縮。

1 計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革

周以真教授在Communications of the ACM雜志上給出計(jì)算思維(Computational Thinking)的定義：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和人類行為理解，它是涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。

根據(jù)周以真教授的設(shè)想，一個(gè)已經(jīng)具備計(jì)算思維能力的人，如果他遇到了一個(gè)問(wèn)題，他能夠理解其哪些方面是可以計(jì)算的；能夠使用相應(yīng)的計(jì)算工具或技術(shù)進(jìn)行評(píng)估，能夠理解計(jì)算工具和技術(shù)所具有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)；能夠用它去解決新的問(wèn)題；能夠抓住使用新的計(jì)算方式的機(jī)會(huì)；能夠在任何領(lǐng)域應(yīng)用采用相應(yīng)計(jì)算方法。而對(duì)于已經(jīng)具備計(jì)算思維能力的科學(xué)家、工程師以及其他專業(yè)人士來(lái)說(shuō)，應(yīng)該能夠創(chuàng)新的計(jì)算方法來(lái)解決具體的專業(yè)問(wèn)題，能夠通過(guò)對(duì)海量數(shù)據(jù)分析而得到新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，能夠提出之前沒(méi)有想過(guò)或者由于問(wèn)題的規(guī)模不敢提出但能夠用計(jì)算思維進(jìn)行處理的問(wèn)題，能夠使用專業(yè)的術(shù)語(yǔ)對(duì)問(wèn)題及其解決方案進(jìn)行解釋等等。

2010年7月，首屆“九校聯(lián)盟(C9)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會(huì)”就目前計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)存在的問(wèn)題進(jìn)行了研討，并就如何提高計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)形成以下共識(shí)：1)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)應(yīng)注重培養(yǎng)大學(xué)員創(chuàng)新能力和提高大學(xué)員綜合素質(zhì)。2)把培養(yǎng)計(jì)算思維作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)。3)進(jìn)一步確立計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的基礎(chǔ)地位。4)加強(qiáng)基于計(jì)算思維的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革探索。

2 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革建議

2.1 轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念、重建教學(xué)模式

在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中實(shí)施了“以計(jì)算思維為導(dǎo)向”的教學(xué)模式，突出了對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的理解和對(duì)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的核心是要潛移默化地使學(xué)員養(yǎng)成一種新的思維方式，學(xué)會(huì)運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念對(duì)問(wèn)題進(jìn)行求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和行為理解，即建立計(jì)算思維。為此，在計(jì)算機(jī)教學(xué)過(guò)程中，我們改變了傳統(tǒng)的知識(shí)講述方式，利用思維導(dǎo)圖對(duì)知識(shí)進(jìn)行歸納和演繹，有意識(shí)地以提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的“探究式”教學(xué)方法來(lái)介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想，強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的思維方式(如并行、折衷、貪心、分治、回溯等)，體現(xiàn)知識(shí)之間的聯(lián)系。

例如，在介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)管理時(shí)，我們采用了如下的思維導(dǎo)圖：中央處理器—＞內(nèi)存—＞虛擬內(nèi)存—＞磁盤(pán)存儲(chǔ)器，強(qiáng)調(diào)該例體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域速度與容量“折衷”的思想。再如，在介紹計(jì)算機(jī)編碼技術(shù)時(shí)，我們采用了如下的思維導(dǎo)圖：“0”、“1”二進(jìn)制編碼—＞數(shù)值的編碼—＞字符的編碼—＞漢字的編碼—＞聲音的編碼—＞黑白圖像的編碼—＞彩色圖像的編碼—＞視頻的編碼。這一思維導(dǎo)圖能夠幫助學(xué)員建立連貫的知識(shí)體系。通過(guò)對(duì)知識(shí)的歸納和演繹，突顯了對(duì)計(jì)算思維能力的引導(dǎo)，使得同樣的教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到了截然不同的教學(xué)效果。

2.2 加強(qiáng)教學(xué)方法與手段的研究

在理論教學(xué)中以培養(yǎng)學(xué)員應(yīng)用計(jì)算機(jī)和計(jì)算思維解決實(shí)際問(wèn)題的基本能力為核心，注重基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)，加強(qiáng)對(duì)問(wèn)題求解、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)模型的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練。改變以往技能講解學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的培養(yǎng)方式。例如，在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，我們從一臺(tái)計(jì)算機(jī)到多臺(tái)計(jì)算機(jī)與各種電子設(shè)備的集成入手。這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生各個(gè)設(shè)備如何進(jìn)行連接，尤其是當(dāng)連接的設(shè)備距離較遠(yuǎn)甚至跨省市或國(guó)家時(shí)如何處理?再有各臺(tái)設(shè)備所使用的操作系統(tǒng)平臺(tái)不一樣、利用電話又是如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的通信處理等等一系列問(wèn)題。這些問(wèn)題就引出了網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)、連接設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等概念。進(jìn)而讓學(xué)員學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，自然且易理解，進(jìn)而達(dá)到舉一反三的效果，

而實(shí)驗(yàn)內(nèi)容則側(cè)重學(xué)員的計(jì)算機(jī)基本技能的訓(xùn)練和綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)，按照基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、拓展實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分層次教學(xué)。學(xué)員依據(jù)理論教學(xué)要求和自身的基礎(chǔ)，選擇必做以及選做的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)分類分層的多元化教學(xué)模式和一系列實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練。培養(yǎng)學(xué)員計(jì)算思維和數(shù)據(jù)獲取等方面的能力，探討新教學(xué)方式對(duì)學(xué)員學(xué)習(xí)的益處和改善點(diǎn)，以“技能一能力一思維”的三層培養(yǎng)目標(biāo)為核心，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技能對(duì)各專業(yè)的學(xué)員專業(yè)研究與開(kāi)發(fā)能力的支撐。全面提高學(xué)員的計(jì)算機(jī)文化素養(yǎng)。

2.3 增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綜合性和趣味性

傳統(tǒng)教學(xué)策略在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)，更多的是增加學(xué)員的感性認(rèn)識(shí)和上機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，缺少趣味性和綜合性，忽視了計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。由于大學(xué)員對(duì)新鮮事物好奇，有著豐富的想象力，因此，好的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)，要盡量趣味化，貼近生活，給學(xué)員留出創(chuàng)新思維的空間，強(qiáng)調(diào)問(wèn)題抽象、求解思路和形式化描述。

在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)，除要求學(xué)員完成一般基本的題目，還適當(dāng)給出一些綜合性的題目，要求學(xué)有余力的學(xué)員完成，并給予適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)。同時(shí)，網(wǎng)上學(xué)習(xí)中心平臺(tái)還給出相關(guān)計(jì)算思維的文章和學(xué)習(xí)資料，要求學(xué)員在學(xué)習(xí)之余閱讀，并提交學(xué)習(xí)的體會(huì)。

2.4 提高考核標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)性和實(shí)用性

以計(jì)算思維為核心的課程改革正在不斷地探討和深入，實(shí)施中還會(huì)遇到一些問(wèn)題需要解決和面對(duì)。對(duì)于該課程的考核標(biāo)準(zhǔn)，我們認(rèn)為應(yīng)該體現(xiàn)“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程在高等教育中的基礎(chǔ)性地位。對(duì)于技能性要求的內(nèi)容，要求學(xué)員必須要達(dá)到考核標(biāo)準(zhǔn)，具備在信息化社會(huì)中熟練使用和操作計(jì)算機(jī)的能力，這些技能型知識(shí)的學(xué)習(xí)通過(guò)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程來(lái)完成。對(duì)于思維性訓(xùn)練的教學(xué)內(nèi)容，則應(yīng)該精心設(shè)計(jì)考核內(nèi)容，檢驗(yàn)學(xué)員通過(guò)課程的教學(xué)獲得了哪些思維方法，檢驗(yàn)學(xué)員抽象問(wèn)題、解決問(wèn)題的思路。

3 結(jié)束語(yǔ)

將計(jì)算思維理念引入計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)員運(yùn)用計(jì)算思維來(lái)解決各類問(wèn)題的能力，對(duì)當(dāng)今大學(xué)教育來(lái)說(shuō)是一個(gè)有力的挑戰(zhàn)。大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的改革探索就是為此所做的工作之一，由過(guò)去單純介紹計(jì)算機(jī)知識(shí)，變?yōu)橛袘?yīng)用目標(biāo)地學(xué)習(xí)知識(shí)，將專業(yè)性很強(qiáng)的計(jì)算機(jī)科學(xué)知識(shí)點(diǎn)，變?yōu)檫壿嬌虾侠怼W(xué)員易接受的知識(shí)單元，不僅增強(qiáng)了學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，還有助于計(jì)算學(xué)科中各種知識(shí)的普及。實(shí)踐教學(xué)也證明，課程的改革還能大幅度地提高教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)效果，對(duì)今后進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)員解決實(shí)際問(wèn)題和研發(fā)創(chuàng)新能力有重要的理論指導(dǎo)作用。

[1]中國(guó)高等院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育改革課題研究組.中國(guó)高等院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育課程體系2008[M].清華大學(xué)出版社.2008.

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[4]董榮勝,古天龍.計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)方法論[J].計(jì)算機(jī)科學(xué).2009.

[5]黃朝輝,陳志輝.基于計(jì)算思維的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革探索.宜春學(xué)院學(xué)報(bào).2013.

[6]唐鳴.大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中計(jì)算思維能力培養(yǎng)研究.計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與應(yīng)用.2012.