計算機基礎(chǔ)教學中計算思維能力培養(yǎng)探索

趙森嚴，劉 濤

（安徽工程大學 計算機與信息學院，安徽 蕪湖241000）

1 引 言

計算思維是運用計算機科學的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機之廣度的一系列思維活動[1]。Jeannette M.Wing還指出計算思維是每個人的基本技能，不僅僅屬于計算機科學家。換而言之，計算思維是每個人都應(yīng)當具備的一種思維方式。自從計算思維的概念被提出后，其相關(guān)的研究已經(jīng)取得了較大進展。文獻[1]就計算思維的概念以及本質(zhì)做了詳細的闡述，給計算思維與大學計算機基礎(chǔ)教育的融合提供了理論依據(jù)。文獻[2]指出計算思維能力培養(yǎng)的核心問題是求解能力的培養(yǎng)，大學計算機基礎(chǔ)教學是大學通識教育的一個重要組成部分，更是培養(yǎng)大學生養(yǎng)成用計算思維方式解決專業(yè)問題，成為復(fù)合型創(chuàng)新人才的基礎(chǔ)性教育。同時就如何圍繞計算思維設(shè)計大學計算機基礎(chǔ)課程教學內(nèi)容提供了一些指導(dǎo)性意見。但是培養(yǎng)學生具有一定的計算思維能力卻是十分復(fù)雜的工程，如何在教學過程中培養(yǎng)學生的計算思維，如何讓學生養(yǎng)成面對問題時應(yīng)用計算思維的方法去分析問題，解決問題等等，這些還沒有被完全解決。因此，把計算思維引入大學計算機基礎(chǔ)教育中來具有必要的，積極的意義，應(yīng)該在平時的教學中有意識培養(yǎng)學生的計算思維能力，讓學生認識到學習計算機知識不僅僅是把計算機當作工具使用，更是一種思維的訓(xùn)練，在潛移默化中提高了自己的計算思維能力，還可以讓學生試著把計算機處理問題的這種思維方式拓展應(yīng)用于其他領(lǐng)域。另一方面，以計算思維為基礎(chǔ)，更新教育理念，再造教學模式，結(jié)合課程內(nèi)容建設(shè)新的課程體系，通過有意識的培養(yǎng)學生計算思維能力，使他們學會從計算思維的角度觀察處理問題，不僅有利于課程深度以及廣度的提升，而且有利于高校對計算機基礎(chǔ)課程的改革形成一種基于計算思維的新視角。

2 原有教學存在的問題

2.1 教學模式陳舊化

目前，我國大學計算機基礎(chǔ)教育的模式依然停留在原有的授課方法上，即采用課堂講授加上機實驗課這種模式，這種單一的教學方法往往會導(dǎo)致教師在盡心盡力講授一個抽象復(fù)雜的問題時，由于問題晦澀難懂，學生感覺聽不懂，學不會，造成許多學生對計算機缺乏興趣，更不愿意進行更深層次的思考，當進行上機實驗課時，例如C 語言程序設(shè)計實驗，諸多的語法知識還沒有深刻理解又加上抽象邏輯思維編程，使得學生遇到問題不知如何下手，學生在上機時無所事事，課后的實驗報告也只是相互抄抄，沒有進行深刻的分析。這是基礎(chǔ)教學中存在的普遍問題，長此下去將會極大阻礙計算思維能力的發(fā)展，不利于教學。因此，在計算機基礎(chǔ)教學中必須探索新的教學模式，調(diào)動學生的思維，培養(yǎng)他們具有縝密的計算思維體系。

2.2 教學目的性不明確

計算機基礎(chǔ)教學目的應(yīng)該讓學生能夠了解通常的計算機處理問題，對于文科生來說需要讓他們在熟練掌握常用辦公軟件操作基礎(chǔ)上，重點培養(yǎng)將來從事社會職業(yè)所必須的實用文檔的編輯、表格的制作和計算機演示文稿的制作與優(yōu)化，建立對工作中出現(xiàn)的實際問題的處理以及獲取必要的信息的實際能力。對于理工科的學生來說需要讓他們熟練掌握編程語言、編程技術(shù)、基本算法以及程序設(shè)計的思想和方法，培養(yǎng)學生靈活應(yīng)用高級程序設(shè)計語言進行程序設(shè)計和運用計算機求解實際問題能力。但是，目前一些院校把計算機基礎(chǔ)教學與國家等級考試掛鉤，所有的教學工作都是圍繞等級考試來進行的。學生只要等級考試通過就可以拿到相應(yīng)的學分，這就導(dǎo)致學生對計算機應(yīng)用的學習缺乏興趣，失去主動學習的積極性。于是老師的教學只是教授某一個軟件的一些功能，并沒有從計算機的整體系統(tǒng)出發(fā)，把計算機當作簡單的工具來教學。例如，很多學生學完《計算機基礎(chǔ)》這門課后，把它等同于OFFICE 的操作。現(xiàn)有的程序設(shè)計的考試多以筆試為主，上機考試往往有相應(yīng)的題庫，導(dǎo)致學生只顧做大量的模擬題和真題，不注重上機實踐，無法反映出學生的實際操作能力，更談不上培養(yǎng)計算思維能力。

2.3 教材內(nèi)容單一化

目前，計算機基礎(chǔ)課程包括《計算機基礎(chǔ)》、《程序設(shè)計》、《微機原理及應(yīng)用》等課程，這些課程的相關(guān)教材內(nèi)容單一，而且課程教材之間的融匯性較差。學生對教材知識的學習只是浮淺的認識，無法從更深層次上去認識和理解計算機科學。例如：《微機原理與應(yīng)用》中對匯編語言程序設(shè)計的講解還是按照概述、程序格式、偽指令、上機過程、程序設(shè)計基礎(chǔ)這些內(nèi)容介紹的，這樣學習起來學生不易明白，因為匯編語言相對于其他高級語言來說比較抽象，實驗結(jié)果檢驗起來比較麻煩。其實教材在介紹匯編語言的同時，可以與學生學過的高級語言例如C 語言進行一些相關(guān)的對比，通過與自己學過的熟悉的語言相比較，可以極大增強課程的理解性，增強學生的學習興趣，進而培養(yǎng)他們的計算思維能力。所以當務(wù)之急是應(yīng)該探索一系列基于計算思維能力培養(yǎng)的教材。

3 計算思維能力培養(yǎng)

3.1 引導(dǎo)式教學

要學會并且學好計算機科學必須具有高度的抽象思維能力，即具備將實際問題抽象為數(shù)學模型同時將該數(shù)學模型轉(zhuǎn)換為計算機語言的能力，因此在平時的計算機教學中，那就需要老師不僅要講授基本的知識點，更要著重地培養(yǎng)學生按照計算機解決問題的方式去分析問題解決問題的能力。引導(dǎo)式教學的實踐將摒棄傳統(tǒng)課堂教學的方法，即滿堂講的模式，教師的作用只是引導(dǎo)學生學習，結(jié)合問題相關(guān)理論進行講授，先引導(dǎo)他們按照自己的思維去解決問題，讓學生有一個自我理解，自我思考，自我解決問題的自主思維過程。課堂的教學側(cè)重于方法的介紹，具體實現(xiàn)則讓學生自主完成，有意識的去培養(yǎng)學生的推理、邏輯思維能力，逐步地讓他們擁有計算思維能力。引導(dǎo)式教學實際上讓學生對問題的認識從表面的感性認識到深刻的理性認識，在這一過程中使得學生的對問題的認識不斷提高，從而能從多方面，多角度以及從更抽象的級別認識、分析、解決問題。但是學生自主思考問題往往需要一段時間，如果問題太難，太大往往學生思考時間過長還得不到任何效果，那么教學任務(wù)難以完成，所以教師在課堂上對知識點相關(guān)問題的選取與把握上顯得尤為重要，要恰到好處。這樣學生可以在課堂內(nèi)把知識點消化吸收。

3.2 任務(wù)式教學

任務(wù)式教學其本質(zhì)包含著問題學習方法，任務(wù)式教學不宜在課堂上實施，而是在課下實施。在任務(wù)式教學中教師需要把握任務(wù)的數(shù)量以及難度，交給學生的任務(wù)要有一定的應(yīng)用價值，讓學生覺得學以致用，這樣才能激發(fā)學生的學習興趣。例如在OFFICE 的學習中，我們可以給學生布置一個綜合的大作業(yè)，其中包括一個長文檔的排版、簡歷的制作、用PPT 制作一個演講稿，利用EXCEL 制作一份財務(wù)報表等。當學生完成任務(wù)，對OFFICE 中各個空間熟悉之后，教師可以安排一些提高性的任務(wù)，例如讓學生設(shè)計電子請?zhí)?，這不僅需要學生熟悉文字處理軟件，還需熟悉Photoshop、Flash 等繪圖軟件的使用。由于學生覺得知識有用，便會自行查閱資料，從而完成設(shè)計、排除困難，最終實現(xiàn)完成任務(wù)。在這一過程中學到的知識融會貫通，使得學習變成了一種創(chuàng)造性的學習，而不是被動的接受式學習，更不是簡單地知識堆砌式學習。任務(wù)式教學一方面調(diào)動學生的學習積極性，一方面拓寬了知識領(lǐng)域，讓學生形成了完備的計算機知識體系以及計算思維體系，為他們后續(xù)的知識學習提供了有效的方法。

3.3 多平臺化教學

計算機基礎(chǔ)課的上機實驗往往在Windows 平臺下進行，學生對于不同的操作系統(tǒng)以及不同的程序設(shè)計語言卻是一概不知，為了拓寬學生的知識領(lǐng)域，可以跨平臺實驗教學，有利于學生形成完備的計算機知識體系，同時培養(yǎng)他們的處理能力以及計算思維能力。例如：上機實驗可以在Windows 和Linux 兩種操作系統(tǒng)平臺下進行。匯編程序設(shè)計上機實驗中, 在學生完成實驗的基礎(chǔ)上可以要求他們將匯編語言翻譯成學過的高級語言 （C 語言等），讓學生認識到不同的計算機語言只是在表現(xiàn)形式上有所不同，其內(nèi)涵卻是相通的，有了這樣的舉一反三的訓(xùn)練，在學習新的計算機語言時不再會產(chǎn)生畏懼心理，而且這一過程訓(xùn)練了計算思維能力。

4 總 結(jié)

培養(yǎng)學生計算思維能力首先需要充分調(diào)動學生認識與實踐的主觀能動性，本文總結(jié)了傳統(tǒng)教學中存在的一些問題，提出了引導(dǎo)式教學、任務(wù)式教學等多種教學方式，旨在激發(fā)學生的學習興趣，在遇到問題時學會從計算機解決問題的角度去認識、分析和解決問題，同時在學習過程中學會舉一反三。經(jīng)過一年的實踐，將這些教學方式融合于計算機基礎(chǔ)教學中去，有效地培養(yǎng)學生計算機應(yīng)用能力以及他們的計算思維能力。

[1]Jeannette M.Wing.Computational thinking[J].Communications of the ACM,2006,49(3):33-35.

[2]何欽銘,陸漢權(quán),馮博琴.計算機基礎(chǔ)教學的核心任務(wù)是計算思維能力的培養(yǎng)[J].中國大學教育,2010(9):5-9.

[3]馬義德,張在峰，等.微型計算機原理及應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2004:144-146.

[4]董榮勝,古天龍.計算思維與計算機方法論[J].計算機科學,200936(1):1-4.

[5]牟琴, 譚良.計算思維的研究及其進展[J].計算機科學,2011，38(3):10-15.