以計算思維能力培養(yǎng)為導向的《大學計算機基礎》教學探索與實踐

趙艷杰，張鈴麗

（許昌學院信息工程學院，許昌 461000）

以計算思維能力培養(yǎng)為導向的《大學計算機基礎》教學探索與實踐

趙艷杰，張鈴麗

（許昌學院信息工程學院，許昌 461000）

計算思維是當今大學生應具備的基本素質，《大學計算機基礎》是計算思維能力培養(yǎng)的一個關鍵課程。分析該課程的特點及教學中存在的問題，結合計算思維能力培養(yǎng)，在教學內容、教學方法和考核方式三個方面進行探索與實踐。實踐證明，這些方法和措施能夠在一定程度上提高學生的計算思維能力，提升教學質量。

大學計算機基礎；計算思維；教學實踐

0 引言

隨著信息技術的不斷發(fā)展和廣泛應用，計算思維已不知不覺地融入社會生活的各個方面，計算思維能力亦成為現代社會不可或缺的基本技能。那么，在《大學計算機基礎》課程教學中，培養(yǎng)學生的計算思維，引導學生用計算思維去思考問題和解決問題，這對提升計算機基礎課教學效果、培養(yǎng)創(chuàng)新人才具有重要意義。

1 計算思維與《大學計算機基礎》教學

計算思維（Computational Thinking）是運用計算機科學的基本概念去求解問題、設計系統(tǒng)和理解人類的行為，包括了涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動[2]。計算思維是一種選擇合適的方式去陳述一個問題，或對一個問題的相關方面建模使其易于處理的思維方法。理論思維、計算思維和實驗思維統(tǒng)稱為三大科學思維[3]。

目前，各高校的計算機基礎課一般由信息技術基礎、操作系統(tǒng)、辦公軟件、網絡和數據庫等幾部分組成，課程內容多知識分散、學時有限、學生程度參差不齊。計算機基礎教學中的主要問題是“狹義工具論”，認為計算機基礎課就是教學生如何使用好計算機這個工具，而不是培養(yǎng)學生使用計算機技術的思想與方法去解決實際問題。就我校而言，在部分教師和學生中的確在某種程度上存在“狹義工具論”的傾向。

在計算機基礎教學過程中，不能僅僅簡單地介紹“計算思維”的概念，而是將計算思維的培養(yǎng)融入到整個教學過程中。結合各個專業(yè)的應用需求，對現有的教學內容進行梳理和提升，將計算思維能力培養(yǎng)貫穿在課程教學過程中；通過改進教學方法，滿足不同的學習需求，突破教學的時空限制，更好地幫助學生運用所學的知識來分析和解決問題；通過完善考核方式，從多方位考察學生，從而更有利于計算思維培養(yǎng)目標的實現。

2 基于計算思維能力培養(yǎng)的《大學計算機基礎》教學改革

本文通過合理組織教學內容、改進教學方法和完善的考核方式，以促進學生有意識地運用計算思維解決問題，進而培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。

2.1 合理組織教學內容，突出計算思維培養(yǎng)

在《大學計算機基礎》課程中，幾乎每一個概念對應一種計算思維方法[7]。結合計算機思維培養(yǎng)，針對每個概念知識重新梳理教學內容，理論教學內容組織如下：

①信息技術基礎。計算機的發(fā)展歷史是人類對計算本質認識的不斷深入和持續(xù)發(fā)展的過程，計算機科學與與其他學科相互促進、結合，形成了龐大的高新技術產業(yè)。在介紹計算機的發(fā)展史的過程中，通過設置具體問題培養(yǎng)學生的計算思維意識。

②計算機硬件基礎。著重介紹馮·諾依曼體系結構，通過周易八卦引入二進制，接著介紹數值、字符、圖像、聲音和視頻的編碼。利用知識的歸納和演繹，讓學生理解為什么馮·諾依曼體系結構具有強大的生命力，為什么計算機中采用二進制，主動引導學生培養(yǎng)計算思維能力，幫助學生建立連貫的知識體系。

③操作系統(tǒng)。學生已經具備使用操作系統(tǒng)的基本技能，著重介紹操作系統(tǒng)在理論層面如何管理設備、如何處理計算資源的共享和競爭，培養(yǎng)學生的分類、排序、查找意識。操作系統(tǒng)五大功能中的文件管理是學生直接使用的功能，通過建立文件夾實現文件分類；對文件進行排序，可以快速地查找文件。不但操作系統(tǒng)，其他的軟件也具有查找功能，網絡中的搜索引擎也是查找，培養(yǎng)學生的查找意識也相當重要。

④辦公自動化。弱化Office軟件操作技能講解，加強學生自動處理意識培養(yǎng)。辦公自動化軟件具有的原則、思想也是計算思維的體現。自動處理是電子文檔的特點之一，在Word中著重介紹項目符號和編號、頁眉頁腳、腳注尾注、頁碼頁面邊框；在Excel中著重介紹數據的自動填充、公式與函數、條件格式、篩選、分類匯總等；在PowerPoint中著重介紹模板、設計、幻燈片切換等。

⑤計算機網絡基礎。在介紹計算機網絡基礎知識的同時，引入目前網絡新概念新技術，如物聯網、云計算等。著重介紹網絡協議和計算機網絡體系結構，培養(yǎng)學生使用網絡技術解決專業(yè)問題的主動性和自覺性。

⑥數據庫基礎。介紹數據管理技術、數據庫管理系統(tǒng)、數據庫模型以Access為例說明如何創(chuàng)建數據庫、表和查詢以及結構化查詢語言SQL。

此外，在組織教學內容時還要考慮教學內容與不同專業(yè)之間的關聯，關注計算思維在其他各個專業(yè)領域中的應用。

2.2 改進教學方法，滿足不同學習需求

以計算思維能力培養(yǎng)為導向的計算機基礎教學改革，采用“問題驅動”式案例教學與以“知識點”為聚類的網絡教學相結合的教學方法，在培養(yǎng)學生計算思維的同時兼顧計算機應用技能。

“問題驅動”式案例教學方法能夠激發(fā)學生的學習興趣，教學過程分為提出案例、分析問題、解決問題和歸納思考四個環(huán)節(jié)。教師在授課前以計算機思維能力培養(yǎng)為導向、以知識點為主線、以由淺入深為原則設計教學案例；針對具體案例，從計算思維的角度提出相關問題；針對操作系統(tǒng)部分設計下載并安裝QQ軟件的案例，由于QQ是學生常用軟件，下載并安裝QQ軟件并不復雜，但對于操作系統(tǒng)卻是一個復雜的過程。結合該案例可以設計以下問題：QQ軟件是保存到哪里？如何訪問QQ軟件？QQ軟件如何與其他進程共享CPU資源？在授課過程中將操作系統(tǒng)的主要知識點串聯在一起，通過提出問題層層深入，最后解決問題并對解決問題的方法進行歸納。通過精心設計案例把實際問題轉化成形式化的描述，通過提出和解決相關問題培養(yǎng)學生的計算思維。

計算機基礎課程知識分散、課時有限，網絡教學平臺突破了教學的時空限制，同時也能促進學生自主學習能力的提高。依托學校提供的網絡教學平臺建設計算機基礎網絡課堂，提供各種學習資源，包括課件、視頻、思考問題和前沿問題等。針對各個教學內容中的知識點分別錄制視頻教程，視頻教程的時間在15分鐘左右，視頻教程結束時可留下相關問題。例如，錄制辦公自動化軟件主題課程，不再利用有限的課時進行講授；操作系統(tǒng)中的進程管理知識點可以錄制視頻并設置“哲學家進餐”問題以訓練學生的計算思維；網絡教學平臺是課堂授課的有效補充，借助網絡教學平臺師生可以及時地交流互動，同時也使用QQ、微信、微博等新技術來拓展和延伸課堂教學。

2.3 完善考核方式，多方位評價學生

教學評價采用傳統(tǒng)考核與定期考核相結合的方法，傳統(tǒng)考核占60%，定期考核占40%。傳統(tǒng)考核主要考察學生對計算機技能的掌握，定期考核考察學生使用計算思維解決問題的能力。

傳統(tǒng)考核采用基于局域網的無紙化測評系統(tǒng)，學生考試時只需要通過IE瀏覽器訪問考試服務器，從服務器上下載考試需要的數據后即可開始考試，所有的考試過程管理均由考試客戶端和服務器共同完成。無紙化考試促進學生在平時注重實際操作能力的學習，考核過程公開透明，學生能夠認識到自己的優(yōu)勢與劣勢。

針對相關教學內容定期進行考核，主要考察學生對計算機技術核心思想和方法的掌握情況，提高學生使用計算機技術解決實際問題能力。學習相關知識之后，教師要求學生按照計算思維的模式解決一些實際問題，例如，何時不租用輪滑鞋子而是自己買一雙？去超市結賬排哪一隊？完善的考核方式加強了實際動手能力的培養(yǎng)，也有助于考察學生的計算思維，在潛移默化中培養(yǎng)學生的計算思維能力。

3 結語

計算思維是目前《大學計算機基礎》教學研究的熱點課題之一，本文從教學內容、教學方法和考核方式三個方面計算機基礎課程教學進行探討和研究，將計算思維訓練融入教學過程中，以挖掘學生潛能，提高學生運用計算思維思考和解決專業(yè)問題。實踐表明學生的學習習慣、方式和動力產生了較大的變化，計算思維能力也得到了一定的提升，然而以計算思維為導向的計算機基礎教學研究仍處于起步階段，教師仍需不斷總結教學經驗并及時調整教學內容、教學方法和考試方式，才能更好地推進學生計算思維能力乃至創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，進一步提高教學質量。

[1] 谷巖,宋文,劉敏華等.以能力培養(yǎng)為導向的大學計算機基礎課程教學改革與實踐[J].中國大學教學,2012（8）:52～54

[2] 董榮勝,古天龍.計算思維與計算機方法論[J].計算機科學,2009（1）:1～2

[3] 陳國良,董榮勝.計算思維與大學計算機基礎教育[J].中國大學教學，2011（1）:7～11

[4] Wing JM.Computational Thinking[J].Communications of the ACM,2006,49（3）:33～35

[5] 羅芳,楊長興.計算思維與大學計算機基礎教學改革的思考[J].計算機教育，2014（18）:83～89

[6] 韓秋楓,孔波,李祁.大學計算機課程引入基于計算思維的問題探究式教學的思考[J].計算機工程與科學，2014，36（A1）:186～190

[7] 龔沛曾,楊志強.大學計算機基礎教學中的計算思維培養(yǎng)[J].中國大學教學，2012（5）:51-5

Exploration and Practice of College Computer Foundation Teaching by the Guidance of Computational Thinking Ability Training

ZHAO Yan-jie，ZHANG Ling-li
（School of Information Engineering,Xuchang University,Xuchang 461000）

Computational thinking is essential accomplishment for undergraduate today,and College Computer Foundation course is a key course for the computational thinking training.Combined with the computational thinking capacity training,in view of the characteristics of the course and the existent problem in the teaching,makes an exploration and practice in teaching content,teachingmethods and examination form.Practice shows that thesemeasures can improve the computational thinking ability of students and the quality of teaching.

College Computer Foundation;Computational Thinking;Teaching Practice

1007-1423（2015）07-0029-03

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.07.009

趙艷杰（1977-），女，河南許昌人，本科，講師，研究方向為計算機網絡

張鈴麗（1982-），女，河南周口人，碩士研究生，講師，研究方向為網絡信息技術

2015-01-08

2015-02-10

許昌學院2014年教學研究項目