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)改革探索

摘要：以培養(yǎng)計(jì)算思維能力為核心的教學(xué)改革，通過(guò)采用“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)”式分層教學(xué)、啟發(fā)式互動(dòng)教學(xué)、貫穿興趣驅(qū)動(dòng)的自主式學(xué)習(xí)等改革極大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提升課程教學(xué)實(shí)效，達(dá)到了培養(yǎng)大學(xué)生用計(jì)算思維去思考問(wèn)題和解決問(wèn)題的目的。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)栴}驅(qū)動(dòng)；互動(dòng)教學(xué)；自主學(xué)習(xí)

作者簡(jiǎn)介：劉風(fēng)華（1980-），女，新疆烏魯木齊人，新疆工程學(xué)院計(jì)算機(jī)工程系，講師。（新疆 烏魯木齊 830052）

基金項(xiàng)目：本文系新疆工程學(xué)院科研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2012XGZ321312）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）06-0065-02

最近幾十年來(lái)信息技術(shù)的重大突破和高速發(fā)展，為教育帶來(lái)深刻變革。20世紀(jì)80年代，計(jì)算機(jī)微型化的快速普及催生了多媒體技術(shù)與教學(xué)的結(jié)合；20世紀(jì)90年代中期，互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用使在線教育得到發(fā)展，促進(jìn)了優(yōu)質(zhì)教育資源的傳播和共享；近年來(lái)，云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，以及各種移動(dòng)終端的創(chuàng)新和發(fā)展，催生了移動(dòng)學(xué)習(xí)。信息技術(shù)對(duì)教育發(fā)展具有革命性影響，而作為普及信息技術(shù)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，在瞬息萬(wàn)變的技術(shù)發(fā)展中，要完成從“教授技能”到“形成思維”的變革，即要注重培養(yǎng)學(xué)生的“計(jì)算思維”。

一、培養(yǎng)學(xué)生的“計(jì)算思維”能力成教學(xué)的核心任務(wù)

2006年3月，美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在美國(guó)計(jì)算機(jī)權(quán)威期刊《Communications of the ACM》雜志上首次提出了計(jì)算思維（Computational Thinking）。周教授認(rèn)為：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)、以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。[1]自2006年周以真教授首次提出計(jì)算思維后，計(jì)算思維在國(guó)內(nèi)受到了普遍的重視，中國(guó)科學(xué)院信息領(lǐng)域戰(zhàn)略研究組編寫的《中國(guó)至2050年信息科技發(fā)展路線圖》中明確指出要將培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力作為首要目標(biāo)。[2]著名計(jì)算機(jī)科學(xué)家和發(fā)明家道格拉斯·恩格爾巴特說(shuō)“數(shù)字技術(shù)可以改變這個(gè)世界，但更關(guān)鍵的是，它改變了人們一貫的思維方式”。人類社會(huì)迄今為止，已經(jīng)發(fā)生了多次變革，諸如文字、印刷以及書籍的發(fā)明，帶給人們多樣的學(xué)習(xí)方式，以及其他方面的改變，而電腦的發(fā)明讓這更加前進(jìn)了一步。電腦在一定程度上促進(jìn)了人們的思維方式，因此思維的變革才是世界的變革，使大學(xué)生學(xué)會(huì)用計(jì)算思維去思考問(wèn)題和解決問(wèn)題是人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。[3，4]

二、教師重視計(jì)算思維并轉(zhuǎn)換角色

在推進(jìn)以計(jì)算思維為核心的教學(xué)改革中，首先教師要重視計(jì)算思維，認(rèn)識(shí)到計(jì)算思維對(duì)學(xué)生未來(lái)發(fā)展的重要性，并在日常教學(xué)中結(jié)合專業(yè)背景開展計(jì)算思維能力的培養(yǎng)方案討論；將教學(xué)重點(diǎn)放在培養(yǎng)意識(shí)、激發(fā)興趣、鍛煉能力、形成思維四個(gè)方面，[6]即培養(yǎng)學(xué)生使用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的意識(shí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的興趣，進(jìn)而達(dá)到利用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)明和創(chuàng)新的能力及處理計(jì)算機(jī)問(wèn)題時(shí)應(yīng)有的思維方法、表達(dá)形式和行為習(xí)慣，[7]圖1為計(jì)算思維能力培養(yǎng)模式圖。

其次，在教學(xué)過(guò)程中，教師要逐步轉(zhuǎn)換角色，做到以下幾點(diǎn)：

1.以學(xué)生為中心

在教學(xué)過(guò)程中教師起著指導(dǎo)者、組織者、促進(jìn)者和幫助者的作用。通過(guò)協(xié)作、交流等方式，啟發(fā)學(xué)生聯(lián)系和思考，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，把當(dāng)前的學(xué)習(xí)內(nèi)容盡量與自己已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系起來(lái)，并對(duì)這種聯(lián)系加以認(rèn)真思考，形成思維。

2.成為學(xué)生的學(xué)習(xí)伙伴

教師的作用從傳統(tǒng)的傳授知識(shí)的權(quán)威轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的輔導(dǎo)者和學(xué)生學(xué)習(xí)的伙伴。教師要與學(xué)生共同探討、交流，營(yíng)造平等融洽的課堂氛圍，為學(xué)生創(chuàng)造最佳的學(xué)習(xí)環(huán)境，促進(jìn)學(xué)生的“自我發(fā)展”。同時(shí)，教師給學(xué)生提供他們感興趣的有價(jià)值的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生盡可能找出問(wèn)題的多種解決方案，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)問(wèn)題解決提出多重觀點(diǎn)，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的目的。

3.成為學(xué)生學(xué)習(xí)的領(lǐng)航員

教師應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生掌握知識(shí)遷移方法，使學(xué)生在此基礎(chǔ)上適應(yīng)飛速發(fā)展的信息技術(shù)。在教學(xué)過(guò)程中，要時(shí)刻注意總結(jié)和歸納不同軟件工具的使用方法和不同問(wèn)題解決過(guò)程的共通之處，引導(dǎo)學(xué)生充分運(yùn)用已有知識(shí)進(jìn)行探索，自主提出新問(wèn)題并找出解決方案，從而達(dá)到利用有效遷移培養(yǎng)和促進(jìn)學(xué)生發(fā)展的目標(biāo)。

三、以計(jì)算思維為核心的教學(xué)改革

大學(xué)生作為21世紀(jì)人才的主力軍，學(xué)會(huì)用計(jì)算機(jī)的方式思考問(wèn)題和表達(dá)行為成為信息人才的必備能力。培養(yǎng)計(jì)算思維的教學(xué)重點(diǎn)不在于如何解決某個(gè)問(wèn)題上，而是解決問(wèn)題的思想。因?yàn)閱?wèn)題有千千萬(wàn)萬(wàn)，而解決問(wèn)題的方法通過(guò)歸納總結(jié)卻有相通之處。另外，通過(guò)思維教學(xué)可以使學(xué)生更加積極主動(dòng)地思考和探究，考慮問(wèn)題更加縝密。在以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為核心的教學(xué)改革中主要做了以下幾方面的工作：

1.采用“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)”式分層教學(xué)

計(jì)算思維是一種科學(xué)思維，與理論思維、實(shí)驗(yàn)思維一起構(gòu)成了人類的三大思維。計(jì)算思維并不是一種新的發(fā)明，而是早已存在的思維活動(dòng)，是每一個(gè)人都具有的一種技能。由于沒有受到充分的重視，人們的計(jì)算思維活動(dòng)往往是無(wú)意識(shí)的，培養(yǎng)計(jì)算思維能力的關(guān)鍵是要將無(wú)意識(shí)的計(jì)算思維變成有意識(shí)的計(jì)算思維，主動(dòng)地用計(jì)算思維去解決問(wèn)題。為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提出了以“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)”式教學(xué)方法，將教學(xué)過(guò)程歸納為從提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、構(gòu)造方法、解決問(wèn)題、引發(fā)思考的不斷循環(huán)，直到找出解決問(wèn)題的最優(yōu)方法。該方法中可以從簡(jiǎn)到難層層深入，并且通過(guò)不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題總結(jié)和歸納出一類問(wèn)題的解決辦法。該方法吸取了“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”式教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的主線，采用層層推進(jìn)的層級(jí)式教學(xué)，不但較好地完成了任務(wù)，而且在問(wèn)題求解中歸納總結(jié)，同時(shí)也兼顧了學(xué)生水平不齊的問(wèn)題。

2.啟發(fā)式互動(dòng)教學(xué)

互動(dòng)教學(xué)是通過(guò)營(yíng)造多邊互動(dòng)的教學(xué)環(huán)境，在教學(xué)雙方交流探討的過(guò)程中，進(jìn)行有意識(shí)的、主動(dòng)的信息交換和傳遞，激發(fā)教學(xué)雙方的主動(dòng)性和探索性，提高教學(xué)效果，提高學(xué)生自我解決問(wèn)題的能力。在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中，涉及的知識(shí)面廣、內(nèi)容更新快，與生活息息相關(guān)，所以只要稍加引導(dǎo)和啟發(fā)，學(xué)生就有很強(qiáng)的主動(dòng)性和較高的參與熱情。在具體實(shí)施程中，主要采用發(fā)放資料——列出思考問(wèn)題——課上討論——總結(jié)歸納的方式進(jìn)行。如在介紹計(jì)算機(jī)發(fā)展中，在上課前幾天將資料和問(wèn)題放到群共享里，學(xué)生下載并提前閱讀或觀看。該章節(jié)中設(shè)計(jì)的問(wèn)題和資料如下：第一臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生的時(shí)間、地點(diǎn)（查閱課本）；比爾·蓋茨作出的貢獻(xiàn)主要集中在哪些領(lǐng)域（資料：比爾·蓋茨和微軟相關(guān)介紹）；史蒂夫·喬布斯的貢獻(xiàn)主要集中在哪些領(lǐng)域（視頻資料：電影喬布斯）；你認(rèn)為未來(lái)計(jì)算機(jī)會(huì)怎樣發(fā)展（討論為主）；比爾·蓋茨和史蒂夫·喬布斯成功的關(guān)鍵因素是什么，你對(duì)此有什么感想（討論為主）。在課上學(xué)生帶著自己查找的資料和觀點(diǎn)進(jìn)入課堂，分組討論對(duì)問(wèn)題的不同見解，并將理論知識(shí)聯(lián)系到自己的生活中，對(duì)以后的學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)方向起到了指引作用。

與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，互動(dòng)教學(xué)至少有以下幾點(diǎn)好處：

首先，調(diào)動(dòng)了學(xué)生參與教學(xué)的積極性，傳統(tǒng)的教學(xué)模式指注重教師的“教”，而忽略了學(xué)生“學(xué)”的態(tài)度。而互動(dòng)教學(xué)體現(xiàn)出了學(xué)生的主體地位，讓學(xué)生參與到教學(xué)中，激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與討論的主動(dòng)性。

其次，引導(dǎo)學(xué)生注重對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的觀察和思考。傳統(tǒng)教學(xué)傳授的基礎(chǔ)知識(shí)往往是教條式的，使學(xué)生感覺離自己的生活很遠(yuǎn)，而互動(dòng)教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用，聯(lián)系身邊的現(xiàn)象進(jìn)行分析，從而提高他們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力和分析問(wèn)題的能力。

最后，拉近了老師與學(xué)生的距離。在傳統(tǒng)的教學(xué)中老師以講授為主，缺乏與學(xué)生的交流，所以無(wú)法獲知學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)興趣，而學(xué)生則因缺乏交流和表達(dá)訴求的機(jī)會(huì)，使教學(xué)雙方的距離越拉越大?；?dòng)教學(xué)中課堂氛圍輕松、活躍，學(xué)生愿意主動(dòng)交流、探討，給學(xué)生提供展示觀點(diǎn)的的平臺(tái)，也給老師提供汲取養(yǎng)分的機(jī)會(huì)，形成了教學(xué)相長(zhǎng)的良性循環(huán)。

3.考核方式從結(jié)果評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向以結(jié)果和過(guò)程評(píng)價(jià)相結(jié)合

在推進(jìn)教學(xué)改革的過(guò)程中，考核方式的改革是必備環(huán)節(jié)，以往的考核方式是期末考試70%，平時(shí)成績(jī)30%。這種傳統(tǒng)的考核方式存在以下弊端：期末考試也大多采用試卷考核，一份試卷很難全面把握課程所要掌握的方方面面，同時(shí)也無(wú)法避免高分低能的現(xiàn)象；學(xué)生臨近考試突擊學(xué)習(xí)，沒有達(dá)到掌握知識(shí)的目的；在成績(jī)的利誘下，作弊情況難以完全杜絕，誠(chéng)信和公平受到挑戰(zhàn)。

在此次教學(xué)改革中，成績(jī)構(gòu)成為平時(shí)成績(jī)70%，期末考試30%。平時(shí)成績(jī)中包括了考勤、作業(yè)、參與討論、撰寫論文、自學(xué)課程等。具體所占比例如表1所示：

表1 考核內(nèi)容及比例分配表

項(xiàng)目 內(nèi)容 比例

平時(shí)

成績(jī) 考勤 8%

作業(yè) 12%

參與討論 15%

撰寫論文 15%

完成在線課程學(xué)習(xí) 20%

期末成績(jī) 考成成績(jī) 30%

考核方式的改革促使學(xué)生在平時(shí)多花功夫，而平時(shí)的厚重積累不但使學(xué)生端正了學(xué)習(xí)態(tài)度，形成了良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，并在長(zhǎng)期的鍛煉中潛移默化的形成了計(jì)算思維。

四、總結(jié)

信息化發(fā)展已經(jīng)與人類學(xué)習(xí)、交往、工作和生活融為一體，并且為人類的生存和發(fā)展帶來(lái)革命性的影響。作為普及信息技術(shù)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，也要適應(yīng)新形勢(shì)的變化，教師從“教授者”轉(zhuǎn)換為“引導(dǎo)者”，學(xué)生從“被動(dòng)學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)探索”。在推進(jìn)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)時(shí)效性改革的三年中，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、學(xué)習(xí)能力、解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力普遍提高，在學(xué)習(xí)中加強(qiáng)了交流和合作，在實(shí)踐中學(xué)會(huì)了反思、發(fā)現(xiàn)自我，欣賞別人，積極進(jìn)取，勇于創(chuàng)新。新疆工程學(xué)院學(xué)生在全國(guó)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技能大賽、全國(guó)數(shù)學(xué)建模大賽、挑戰(zhàn)杯及全國(guó)各類專業(yè)技能大賽中屢次獲得優(yōu)異成績(jī)。筆者將在取得一定成績(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入研究，逐步摸索出更加適合大學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)模式和方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]李廉.計(jì)算思維——概念與挑戰(zhàn)[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2012，（1）：7-12.

[2]中國(guó)科學(xué)院信息領(lǐng)域戰(zhàn)略研究組.中國(guó)至2050年信息科技發(fā)展路線圖[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

[3]孫家廣.計(jì)算機(jī)科學(xué)的變革[J].中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)通訊，2009，

5（2）：25-28.

[4]龔沛曾.大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的計(jì)算思維培養(yǎng)[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2012，（5）：51-54.

[5]九校聯(lián)盟（C9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2010，（9）：14-15.

[6]徐志偉.21世紀(jì)計(jì)算機(jī)科學(xué)的研究熱點(diǎn)[J].中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)通訊，2009，5（2）：15-18.

[7]王飛躍.從計(jì)算思維到計(jì)算文化[N].科學(xué)時(shí)報(bào)，2007-10-12.

（責(zé)任編輯：王意琴）