計算思維下的大學計算機基礎課程教學模式研究

唐小閑　任子亭

摘 要： 針對當前大學計算機基礎課程教學現(xiàn)狀，分析了存在的問題，引入了計算思維這一概念，探討了課程教學中計算思維培養(yǎng)的途徑，提出計算思維下的幾種教學模式，以培養(yǎng)學生用計算思維解決應用問題的能力。

關鍵詞： 計算思維； 計算機基礎； 教學模式； 教學評價

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2015）08-54-03

Research on teaching mode of computer basis course in computational thinking

Tang Xiaoxian1， Ren Ziting2

（1. School of Chemical and Biological Engineering， Hezhou University， Hezhou， Guangxi 542800， China；

2. School of Computer Science and Information Engineering， Hezhou University）

Abstract： In view of the present situation of college computer basic course teaching， the existing problems are analyzed. By introducing the concept of computational thinking， the method of training the computational thinking in the course teaching is discussed， and several teaching modes are proposed to cultivate students' ability of solving the application problems.

Key words： computational thinking； computer basis course； teaching mode； teaching evaluation

0 引言

大學計算機基礎是為非計算機專業(yè)開設的一門計算機必修課，是通識教育課程，集知識能力、操作能力和應用思維能力的培養(yǎng)于一體。隨著信息技術和科技的發(fā)展，社會對計算機素養(yǎng)的要求越來越高，因此其教學目的不僅是使學生掌握計算機的基本知識和實際應用能力，更要培養(yǎng)學生利用計算機和計算思維的方式來解決實際問題，為后續(xù)專業(yè)學習，以及畢業(yè)后適應職業(yè)崗位需求打下堅實基礎。

當前我校已加入應用技術大學（學院）聯(lián)盟，正處在應用轉型發(fā)展的關鍵時期，學生具備的計算機基礎知識低，水平差異較大，如何切合不同層次學生的需要是教學上一個很大的挑戰(zhàn)。為使計算機基礎教學內(nèi)容具有針對性，滿足層次性教學和學習需求，縮小學生水平差異，培養(yǎng)學生的綜合素質，最終培養(yǎng)出復合型的創(chuàng)新應用型人才，有必要從頂層思維方面進行設計，引入近年來興起的“計算思維”這一新的教學理念。在計算機基礎教學中，培養(yǎng)大學生的計算思維和計算思維能力，使其學會用計算思維去思考問題和解決問題，對培養(yǎng)卓越的人才具有重要意義。

1 大學計算機基礎教學現(xiàn)狀

根據(jù)教指委要求，計算機基礎課程教學大綱包含的內(nèi)容有：計算機基礎知識、計算機系統(tǒng)組成、Windows操作系統(tǒng)、辦公應用軟件、多媒體技術、數(shù)據(jù)庫技術、計算機網(wǎng)絡等。其中一些理論內(nèi)容涉及計算機專業(yè)課程方面的知識，如計算機組成原理、程序設計、操作系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡等，這些內(nèi)容知識點多，本身比較抽象，難以理解，而計算機基礎課程教材的編寫一般僅僅是將部分內(nèi)容揉和，教學上往往難以深入展開，學生不易聽懂，也不能實際運用。

當前，中小學課程教學中已基本普及了信息技術課程，大一新生具備了初步的計算機操作能力，一些學生計算機能力甚至較強，在計算機基礎教學過程中，學生普遍認為它們與本專業(yè)無關，再加上部分教師自身知識量儲備不夠從而影響了教學效果。所以很多學生學習興趣不高并反映到學校，導致大學計算機基礎課的教學得不到學校的足夠重視，學時被一再壓縮。在這樣嚴峻的形勢下，計算機基礎教學面臨著巨大的挑戰(zhàn)，計算機基礎教學內(nèi)容和教學方法的改革也就勢在必行。

計算機基礎課程作為許多高校學生的基礎必修課，不同的學校制定的課程教學內(nèi)容、教學方法和考核機制不盡相同，面臨的問題也多種多樣。結合我校實際，在大學計算機基礎教學中存在的主要問題有：一是教學理念問題，計算基礎課程教學中沒有運用計算思維的理念，仍然是按照傳統(tǒng)的“工具論”的教學理念，理論教學和實踐教學并行在開展教學活動，教會的是學生如何使用計算機工具，面對不斷發(fā)展的計算機前沿技術，學生只能粗淺的使用，而不會用計算思維來解決遇到的應用問題；二是未能更好的認識到實踐教學問題是一個應用的過程，實驗教學中完成的是單純對講授的理論的驗證，以及書中的案例和實驗指導書中的案例的完成；三是實驗內(nèi)容未能基于知識情景，即沒有結合實際和不斷變化的應用環(huán)境，缺乏設計性，模式單一，不能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性能力；四是未能體現(xiàn)職業(yè)技能，解決工作中多學科知識交叉應用的問題。

2 計算思維的發(fā)展

計算思維的概念是周以真（Jeannette M.Wing）教授于2006年提出的[1]，并對“Computational Thinking”這一概念進行了詳細闡述：它是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統(tǒng)和理解人類行為。它的內(nèi)容包括涉及計算機科學廣度的一系列思維活動。但是這一概念概括和抽象，難以在教學中展開，周教授又對計算思維進行了詳細的描述，就如同培養(yǎng)孩子時既要掌握閱讀（Reading）、寫作（Writing）和算術（Arithmetic），又要學會計算思維的方法，這是每個人的基本技能。

自計算思維這一概念提出以來，在國內(nèi)引起了廣泛的討論和研究。中國科學技術大學的陳國良院士2010年倡議把計算思維引入計算機基礎教學中，提出了“以計算思維為導向”的教學改革[2]；2010 年的《九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎教學發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》中，明確提出了計算機基礎課程教學要以計算思維為核心進行改革[3]；馮博琴[4]對計算思維能力培養(yǎng)如何“落地”問題的問題進行了探討；朱勇等[5]論述了大學計算機基礎教學中計算思維的培養(yǎng)途徑；趙瑤池等[6]提出了從案例引入思維，以思維為主線，知識傳授貫穿于教學過程，思維指導應用，將多種教學方式綜合起來的新型教學模式；劉光蓉[7]闡述了基于計算思維的計算機基本工作原理的理實一體化教學實施思路。

為了更好的理解運用計算思維方式將復雜的問題描述、理解并翻譯成可求解的思維方法，需要從培養(yǎng)思維意識、思維方法和思維能力著手。因此，首先是要將人們無意識的計算思維活動轉變成有意識的計算思維活動，在計算機基礎的教學中，分析、引導、演示，以及運用案例主動的用計算思維的方法去解決問題；其次，周以真教授將具體的計算思維方法闡述為七大類，在實際的教學中應從可操作性和應用性展開，將思維的方法與工程的方法結合，計算機基礎教學中幾乎都涉及到計算思維的方法。計算思維的根本目的是用計算機技術解決問題，正符合應用技術大學培養(yǎng)應用型人才過程中用計算機解決應用問題的目標。教學中培養(yǎng)計算思維能力的過程從問題概念的抽象化到分析解決問題，再到解決問題實現(xiàn)，即工程化，最后是形成思維能力延伸以解決現(xiàn)實問題，此過程正是計算思維的本質——抽象和自動化的體現(xiàn)。

3 基于計算思維的教學

如何在大學計算機基礎課程教學中培養(yǎng)學生計算思維，首先要理解計算思維的本質和內(nèi)涵，探索培養(yǎng)計算思維的途徑；其次，在教學模式上應采取有效的教學方法，陳國良院士對大學計算機基礎課程實施計算思維給出了教學方法的原則建議，即以計算學科基本問題為導向，以經(jīng)典案例為基礎，通過實驗了解和應用編程的基本原理，通過習題課強化學科基礎概念的理解，著力提高學生的計算思維能力[2]。

3.1 計算思維培養(yǎng)的途徑

⑴ 以大學算機基礎作為培養(yǎng)計算思維的起點，將觀念轉變到計算思維意識上來。要培養(yǎng)計算思維意識，首先，要求教師應具備在計算思維理念下教學的能力，在科學理論指導下學習、開展以計算思維為導向的教學活動，轉變教學理念，優(yōu)化教學內(nèi)容，課程知識點歸納整合為不同的單元，體現(xiàn)為計算思維的教學內(nèi)容，構建計算思維能力培養(yǎng)的知識體系；其次，采用適于計算思維培養(yǎng)的教學方法，培養(yǎng)學生使用計算機求解問題的思維能力為主線，從傳統(tǒng)的知識講授轉向計算思維講授，逐步培養(yǎng)學生計算思維認知能力，例如在講解操作系統(tǒng)進程時，由于學生掌握知識有限，很難理解，以程序的實際執(zhí)行為例演示系統(tǒng)在不同時間段內(nèi)完成的操作來直觀的體現(xiàn)，引導學生思維。

⑵ 培養(yǎng)利用計算機解決問題的計算思維能力，實驗教學中將計算思維與專業(yè)實踐相結合。學習計算機基礎課程的目的在于探尋計算機科學和專業(yè)應用的結合點，并能運用計算思維及計算機技術開拓性地解決各種專業(yè)問題。計算思維是一種思維方法，注重思維能力的培養(yǎng)，進而促進學生創(chuàng)造性思維的形成。計算機是一個多層體系結構的復雜系統(tǒng)，教學要回歸到計算機原理，通過開展實驗驗證，抽象問題的計算特性，展示計算機“如何解決問題”，設計反映計算思維和體現(xiàn)專業(yè)應用需要的典型案例教學，培養(yǎng)利用計算機解決計算問題的能力。

⑶ 建設開放性的、有助于計算思維培養(yǎng)的教學資源。隨著信息技術日益發(fā)展和成熟，學習已轉變?yōu)殚_放式的學習，學習資源環(huán)境也變得開放，因此，應將各種資源整合，建立教與學的支撐平臺是運用計算思維的一個關注點。我們建立了網(wǎng)絡綜合教學平臺，通過專業(yè)建設、精品課程、研究型教學、教學博客、課程共享聯(lián)盟、教學資源中心等欄目，形成開放性和實用性的教學資源庫，便于發(fā)揮教師的指導及學生自我個性學習，為教與學提供支持服務。

⑷ 建立以“計算思維導向”教學的教師隊伍。不同教師對本學科專業(yè)知識的掌握較為豐富，而對其他學科了解甚少，受限于知識水平和對學科的領悟能力，在不同專業(yè)中開展計算思維難以實施。在課程中引入計算思維，優(yōu)化整合體現(xiàn)計算思維知識點的教學內(nèi)容，最大限度的發(fā)揮個體的能力，要做到這一點，教師隊伍的提高是關鍵。在課程教學實踐中，組織教師對課程內(nèi)容進行頂層設計，定期開展教學心得、教學效果交流討論，讓教師更好地把握知識點的講授，提高對計算思維能力培養(yǎng)的認識。

3.2 教學模式

為了適應我校向應用技術大學的轉變，在教學學時壓縮的情況下引入計算思維教學，培養(yǎng)學生解決問題的能力，還需要改革當前的教學方法，我們因地制宜地將下列教學方法運用到教學中。

⑴ 摸底調(diào)查學生的基礎水平，分層實施教學。針對入學新生的計算機基礎水平，通過基礎知識水平測試、計算機應用實踐技能測試等來檢驗新生已掌握的計算機能力，發(fā)掘出學生間的差異，合理進行分層?；谟嬎闼季S的方式，根據(jù)不同起點進行課程內(nèi)容的選擇與設計，因材施教。例如對計算機技能較差的學生既要遵循教學的規(guī)律，又要培養(yǎng)計算思維；對那些掌握一定技能的學生布置相應的內(nèi)容，要求他們完成綜合性和創(chuàng)新性的實驗。

⑵ 實施專題教學，開展分組討論學習。通過教學團隊將課程中體現(xiàn)計算思維的知識點整合，之后以專題的形式布置給學生一個“論題”或由學生自選相關的論題來講解，要求學生以3-5人為一組，收集整理資料進行自學，尤其是一些總結性、概念性、抽象性方面的問題，存在理解上的問題以及多種可能性，比如計算機的發(fā)展歷史，什么是計算機，存儲器的概念，數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)是如何存儲的等等，讓學生通過收集的資料來進行匯總概括，理清概念和思路，并以報告的形式向大家講解，各小組進行提問討論，最后教師以點評的方式作總結，這樣既加深了學生對知識點的理解和掌握，又培養(yǎng)了學生用計算思維的方式來理解問題、處理問題和解決問題的能力。

⑶ 任務驅動，以案例為載體教學法。教學的目的是讓學生利用計算思維來解決問題，問題得到解決即完成任務，因此需合理引入一個一個的任務，激勵學生積極主動尋求解決問題的思路，并獲得成就感。教學中通過開發(fā)大量的案例，對完成任務所需知識內(nèi)容、解決途徑及解決問題過程出現(xiàn)的新問題一一列舉，引導學生理解并掌握在案例中解決實際問題的過程如何運用計算思維方法。

⑷ 基于知識情景，結合專業(yè)背景。當代社會計算機技術與信息技術引領著社會的發(fā)展，與各個專業(yè)領域的結合越來越緊密，而計算機基礎的教學在內(nèi)容上體現(xiàn)專業(yè)很少，導致學生缺乏興趣，因此結合專業(yè)特點來編寫教案，案例中融入專業(yè)知識進行教學尤為重要。例如對于會計專業(yè)的學生，把專業(yè)知識與計算機結合來設計體現(xiàn)專業(yè)的實驗內(nèi)容，突出解決專業(yè)問題，闡釋用計算機解決問題專業(yè)問題的思維過程。

⑸ 突出實驗教學地位，提升運用計算思維來解決綜合性問題的能力。實驗操作是教學中的重要環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)解決問題的直接路徑，對計算機基本原理和核心內(nèi)容進行拔高，提煉體現(xiàn)計算思維的綜合教學案例和設計性案例，強化計算思維的訓練并應用解決。有效利用網(wǎng)絡綜合平臺開展創(chuàng)新實驗教學。

⑹ “線上線下”相結合。由于課程授課學時有限，僅僅課堂教學無法滿足老師對所有的計算思維案例進行講解。而思維的培養(yǎng)需反復訓練，達到條件反射才能形成，因此除了課堂中計算思維的培養(yǎng)與訓練，這就要求學生不但在課上，在課下仍需進一步進行思維方式的學習和強化。開發(fā)開放性網(wǎng)絡教學資源平臺，包含授課課件、豐富的計算思維教學案例、各種課程材料和資源，方便學生獲取和自主學習。

4 考核評價機制

考核機制是評價教學活動效果的一個重要環(huán)節(jié)，考核與結果認定應面向解決應用問題。隨著計算思維在大學計算機基礎課程教學改革中的應用，需要建立體現(xiàn)計算思維能力的考核機制，破除傳統(tǒng)的考查學生對理論知識的掌握和基本實踐技能掌握的考核模式，加大實踐考核的力度，設計綜合性和創(chuàng)新新的考核題目，重點考核學生運用計算思維解決應用問題的能力。將學生運用知識和技能以計算思維方式解決現(xiàn)實生活中問題的能力作為目標，建立評價機制，并與平時表現(xiàn)和上機操作結合做出綜合考核。

5 結論

我校人才培養(yǎng)目標定位是面向地方的應用型高級專門人才，我們將計算思維運用到計算機基礎的教學，突出以計算思維解決應用問題的重要性，使學生基本掌握了計算思維的方法，促進了學生計算機應用能力的提高，并真正把計算機技術應用到社會生活以及實際工作中。然而計算思維能力的形成是一個長期的過程，在教學中仍面臨一些制度性和技術性問題。今后對于如何在計算思維下重建課程教學內(nèi)容，開展教學，建立體現(xiàn)計算思維能力考核機制，還需要不斷的探索和實踐。

參考文獻：

[1] Wing J M.Computational thinking[J].Communications of the ACM，

2006.49（3）：33-35

[2] 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

[3] 董榮勝.《九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎教學發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》呼喚教

育的轉型[J].中國大學教學，2010.10：14-15

[4] 馮博琴.對于計算思維能力培養(yǎng)“落地”問題的探討[J].中國大學教

學，2012.9：6-9

[5] 朱勇，楊洪偉等.大學計算機基礎教學中計算思維的培養(yǎng)途徑[J].計

算機教育，2013.3（5）：35-38

[6] 趙瑤池，胡祝華等.以計算思維為導向的大學“計算機基礎”課程教學

改革研究[J].海南大學學報自然科學版，2014.12（4）：383-388

[7] 劉光蓉.基于計算思維的大學計算機基礎理實一體化教學[J].計算機

教育，2014.6（11）：18-21