基于計算思維教育的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)改革與實踐

李興瓊，唐培和，徐奕奕

(廣西科技大學(xué)，廣西 柳州　545006)

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基于計算思維教育的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)改革與實踐

李興瓊，唐培和，徐奕奕

(廣西科技大學(xué)，廣西 柳州545006)

廣西科技大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程從計算思維能力培養(yǎng)角度入手，重構(gòu)以學(xué)生能力培養(yǎng)為主的教學(xué)內(nèi)容，以慕課在線學(xué)習(xí)和翻轉(zhuǎn)課堂等現(xiàn)代教學(xué)方式，采取學(xué)生綜合能力考核評價方式，從教學(xué)內(nèi)容選擇、課堂教學(xué)模式、教學(xué)資源和網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)等方面，圍繞計算思維教育進行了系統(tǒng)地改革，成效顯著。

計算思維教育；計算機基礎(chǔ)課程；教學(xué)改革

大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程是全國非計算機專業(yè)高校學(xué)生的必修課，在信息技術(shù)的迅猛發(fā)展對各個行業(yè)都產(chǎn)生了全面而深遠影響的時代背景下，對學(xué)生眼中“枯燥、沒有意思以及所教內(nèi)容與未來從事的職業(yè)無太大關(guān)聯(lián)”的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程如何改革，成為了高校學(xué)者不斷探索的一個議題。

一　大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程改革的必要性

多年來大學(xué)計算基礎(chǔ)課程教學(xué)主要圍繞高校計算機聯(lián)合考試大綱進行，教師的教和學(xué)生的學(xué)圍繞統(tǒng)考大綱劃定的范圍和重點，教學(xué)內(nèi)容多側(cè)重于教學(xué)生如何去用計算機，是計算機基本知識的“科普”教育。高等教育改革的不斷深化對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提出了更高的要求，大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程應(yīng)以“夯實基礎(chǔ)、面向應(yīng)用、培養(yǎng)創(chuàng)新”為教學(xué)目標(biāo)，加強計算思維教育，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用和思維能力。

1.現(xiàn)行大學(xué)生計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)中存在的不足。

第一，以教為主的教學(xué)方式難以激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維。不管是采取教材、粉筆和黑板的傳統(tǒng)教學(xué)手段，還是采用PPT、投影儀等現(xiàn)代化輔助教學(xué)手段，教師的講授仍是主要的信息傳遞途徑。即使是實踐課，學(xué)生也是將課堂講授的內(nèi)容帶到機房通過計算機進行驗證操作。傳統(tǒng)填鴨式的教學(xué)，學(xué)生對知識被動接受，不敢向教科書和老師提出質(zhì)疑，不利于學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。

第二，以技能訓(xùn)練為主的教學(xué)內(nèi)容不利于終身能力培養(yǎng)。大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)以操作技能培訓(xùn)為主，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)計算學(xué)科的思想和方法，借助計算學(xué)科的基礎(chǔ)概念去分析、解決問題方面，教學(xué)中涉及較少，而且尚未引起足夠的重視。教學(xué)生怎么用，而不是教學(xué)生明白這樣用的原理，不利于學(xué)生終身學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，若計算機革新?lián)Q代，應(yīng)用操作方式有變，在大學(xué)學(xué)習(xí)的計算機操作技能就會派不上用場。

第三，注重結(jié)果的考核方式不利于計算思維能力培養(yǎng)。全國高校計算機聯(lián)合考試，內(nèi)容偏重知識的記憶，理論筆試多為客觀選擇題，以計算機工具技能操作為考核內(nèi)容的實踐考試也是可以死記硬背完成的?！奥?lián)合考試”下教師按考試大綱教，學(xué)生按考試大綱學(xué)，師生關(guān)注較多的是考試成績，不利于學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)和解決問題能力的提高。

2.計算思維教育是培養(yǎng)創(chuàng)新能力和終身學(xué)習(xí)能力的重要途徑。

李國杰院士認為，計算思維是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類的行為,它選擇合適的方式去陳述一個問題,對一個問題的相關(guān)方面建模并用最有效的辦法實現(xiàn)問題求解。大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程加強計算思維教育，教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生去深入挖掘隱藏在一般陳述性計算機科學(xué)知識和技術(shù)背后的、科學(xué)家們求解問題的思想和方法，[1]并應(yīng)用到問題解決、系統(tǒng)設(shè)計和理解人類的行為之中，是培養(yǎng)創(chuàng)新能力和終身學(xué)習(xí)能力的重要途徑。

第一，符合大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求。國務(wù)院辦公廳2015年關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見指出，高校應(yīng)通過豐富課程、創(chuàng)新教法等方法，挖掘和充實創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育資源，在傳授專業(yè)知識過程中加強創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，增強學(xué)生創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。[2]大學(xué)計算機基礎(chǔ)作為高校學(xué)生修讀的基礎(chǔ)課程，受益學(xué)生面廣，教學(xué)改革中以計算思維教育為主，引導(dǎo)學(xué)生去深入挖掘和整理隱藏在計算機知識和技術(shù)背后的思想和方法，提高學(xué)生解決計算機應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嶋H問題的能力，這對拓展學(xué)生的“思維”空間、培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力非常有幫助，與高等教育強調(diào)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求相吻合。

第二，是培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)能力的有效途徑。在知識更新周期大大縮短的當(dāng)今社會，“授人以魚”不如“授人以漁”，學(xué)生才能更好地適應(yīng)不斷變革的社會。大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)中，教學(xué)關(guān)注點從注重學(xué)生計算機基礎(chǔ)知識的掌握和操作技能的培訓(xùn)，轉(zhuǎn)變到注重培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的習(xí)慣，啟發(fā)學(xué)生主動思考問題和解決問題，才能滿足學(xué)生終身受益的學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)要求。

二　基于計算思維教育對大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程改革的具體措施

將計算思維教育融入大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革中，除用傳統(tǒng)的方式講授計算學(xué)科基本概念與基礎(chǔ)理論外,應(yīng)構(gòu)建以計算思維教育為主的教學(xué)內(nèi)容體系，以MOOC的在線學(xué)習(xí)方式和翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的提升，以設(shè)計“作品”的形式考核學(xué)生的計算機應(yīng)用水平，讓學(xué)生在認知計算機世界和解決計算問題過程中提升創(chuàng)新能力和終身學(xué)習(xí)能力。但計算思維教育并不能完全等同于大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教育，它應(yīng)該作為大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程的一部分，高校應(yīng)根據(jù)教育部大學(xué)計算機課程改革的相關(guān)要求，進行“普及計算文化，培養(yǎng)專業(yè)應(yīng)用能力，訓(xùn)練計算思維能力”。[3]6-9

1.轉(zhuǎn)變慣性教學(xué)模式，更新教學(xué)觀念。

推動以計算思維能力培養(yǎng)為核心的全面改革，難點不在于學(xué)生能否接受，而是教師的教學(xué)觀念和改革態(tài)度。大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程改革的首要任務(wù)是任課教師轉(zhuǎn)變以往的教學(xué)理念，以計算思維能力培養(yǎng)為教學(xué)改革出發(fā)點，不害怕多年的教學(xué)路子被打亂，改變計算機基礎(chǔ)知識與操作技能培養(yǎng)的狹義能力培養(yǎng)觀念，從學(xué)生的全面發(fā)展需要出發(fā)，有計劃推進課堂試點計劃，用研究成果、教學(xué)實效等帶動大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)改革。

2.構(gòu)建包含計算思維教育的課堂教學(xué)內(nèi)容。

在講授計算機學(xué)科基礎(chǔ)知識的同時，教學(xué)內(nèi)容要體現(xiàn)對學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)。將每個教學(xué)知識點與學(xué)生感興趣的問題相結(jié)合，挖掘計算學(xué)科已有知識和技術(shù)背后的思想和方法，進行歸納和總結(jié)，以淺顯易懂、甚至“故事化”的方式表述出來，給學(xué)生以熏陶。大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程的很多教學(xué)內(nèi)容都可以加以提煉，成為計算思維教育的素材，如計算理論中的圖靈機模型思想，計算機硬件系統(tǒng)設(shè)計中體現(xiàn)抽象化、自動化和流水線等計算思維思想，在介紹操作系統(tǒng)、進程控制、存儲管理等內(nèi)容體現(xiàn)著抽象、并發(fā)、共享等計算思維的概念，在講授計算機網(wǎng)絡(luò)時對協(xié)議、約定等內(nèi)容引出的抽象、分層、共享等計算思維思想等。[4]96-99同時，將計算學(xué)科前沿發(fā)展、最新研究成果和成功經(jīng)驗融入課程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的批判性和創(chuàng)造性思維，激發(fā)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)靈感。

3.采取MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂等多種現(xiàn)代教學(xué)方法手段。

將融合了計算思維教育的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程，以知識點的形式錄成視頻，上傳到視頻網(wǎng)站。學(xué)生根據(jù)老師給的預(yù)習(xí)任務(wù)，在課余時間自行觀看視頻，完成設(shè)置的習(xí)題和作業(yè)，參與討論，其優(yōu)點是學(xué)生可根據(jù)自己的實際情況掌控學(xué)習(xí)進度，克服課堂上時間有限的問題。然后在課堂上，老師以某個計算機知識點為核心，組織學(xué)生開展討論，將課堂教學(xué)的注意力集中在問題討論、師生互動等在網(wǎng)絡(luò)上無法完成的內(nèi)容上來。大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程采取“課堂與在線混合式”的教學(xué)方式，開展啟發(fā)式、討論式、參與式教學(xué)，可以實現(xiàn)更加深度和個性化的學(xué)習(xí)，提高教與學(xué)的質(zhì)量和效率，更有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和主動思考、主動解決問題能力的提升。自2015年以來，我校圍繞“計算思維”建設(shè)了MOOC平臺，拍攝了70個知識點的視頻。其基本思想是讓學(xué)生理解通過計算，能解決什么樣的自然和社會問題；理解計算問題是如何解決的；讓學(xué)生感受到計算機提供的強大支持能力，拓展學(xué)生的想象空間。在近兩年的試點班和全校選修班上，進行了實際驗證，取得了一系列的成果。

4.建立考核學(xué)生綜合能力的評價方式。

在考核評價方式上，摒棄傳統(tǒng)的“一張試卷定乾坤”的考核方式，從考核學(xué)生實際解決計算機問題的能力角度入手，探索非標(biāo)準(zhǔn)答案考核方式?？己酥饕杏嬎銠C基礎(chǔ)理論知識考核、參與翻轉(zhuǎn)課堂互動探討、設(shè)計作品三個方面，其中互動探討和作品設(shè)計情況應(yīng)占較大比例。通過考核學(xué)生參與重要計算機知識點的互動討論情況，考查學(xué)生主動學(xué)習(xí)、創(chuàng)新思維、團隊協(xié)作、文獻查閱和表達反應(yīng)等方面的綜合能力；基于考核計算機應(yīng)用能力掌握情況，要求學(xué)生自己制作微課知識點，或者完成某個作品的設(shè)計。這種學(xué)生綜合能力考核評價方式，既不放棄“知”的考核，更看重學(xué)生“習(xí)”的考核，很好地輔助了大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程“興趣引入、自主探究、培養(yǎng)解決問題的能力”的教學(xué)目的。

計算思維是人類的三大科學(xué)思維方式之一，它作為一個問題解決的有效工具，正在改變著大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育的教學(xué)模式。[5]35-39近年來，我校通過計算思維教學(xué)團隊的組建，以計算思維教育為主的教材編著，融合了計算思維教育為主要教學(xué)內(nèi)容的慕課拍攝，學(xué)生在線自主學(xué)習(xí)和參與分組討論，教師基于特定學(xué)習(xí)任務(wù)的教學(xué)引導(dǎo)，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式的廣泛開展，基于學(xué)生過程學(xué)習(xí)和作品制作的評價方式等一系列措施，在大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)改革方面進行了大量的探索，實現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)從強調(diào)“知識與技能的培養(yǎng)”到突出“計算思維能力的培養(yǎng)”，教學(xué)內(nèi)容由從拼盤式狀態(tài)到運用計算機科學(xué)基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)，考核方式從“理論(筆試)+實驗”到“讀書報告+討論課+實驗案例”，課外輔導(dǎo)從教師個別答疑的非及時性和普遍性到慕課在線答疑的強實時性和互動性。

[1]唐培和，徐奕奕.計算思維——計算機學(xué)科導(dǎo)論[M].電子工業(yè)出版社，2015：前言.

[2]國務(wù)院辦公廳關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見(國辦發(fā)〔2015〕36號).

[3]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(xué)教學(xué)，2012(9).

[4]何明，陳衛(wèi)衛(wèi)，陳希亮，葉旭光，楊飛，王坤.基于計算思維的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程改革方法探析.計算機工程與科學(xué)，2014(36).

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

Class No.:G647Document Mark：A

(責(zé)任編輯：蔡雪嵐)

Teaching Reform and Practice of College Computer Foundation Course Based on the Computational Thinking Education

Li Xingqiong，Tang Peihe，Xu Yiyi

(Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou，Guangxi 545006，China)

From the training of computational thinking ability in the university computer foundation course, we focused on the teaching contents. the online learning and flip classroom, to cultivate the students' comprehensive ability.The college computer foundation course in our university reform the computational thinking education and we have got some achievements in the teaching content choice, the classroom teaching mode, the teaching resources and network course construction, etc.

computational thinking education; computer foundation course; teaching reform

李興瓊，碩士，助理研究員，廣西科技大學(xué)教務(wù)處。研究方向：高等教育管理。

廣西高等教育教學(xué)改革工程項目 (2014JGZ133， 2016JGA240)。

1672-6758(2016)10-0031-3

G647

A

唐培和，教授，廣西科技大學(xué)教務(wù)處。

徐奕奕，副教授，廣西科技大學(xué)計算機科學(xué)與通信工程學(xué)院。