基于計(jì)算思維的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

賀晶晶++傅凌云

摘要：計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)是計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，文章通過(guò)分析“計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)”課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)中存在的不足和問(wèn)題，以培養(yǎng)計(jì)算思維為核心目標(biāo)，思考和探討“計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)的原則，并從計(jì)算思維培養(yǎng)、課程內(nèi)容重組、教學(xué)實(shí)施等方面給出教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)實(shí)例，為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)類(lèi)課程改革提供實(shí)踐基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程；課程教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）07-0116-02

1 計(jì)算思維簡(jiǎn)介

自從2008年美國(guó)部分高校已經(jīng)在大學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)中引入了“計(jì)算思維”，并取得了很好的效果、英國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)的相關(guān)專(zhuān)家和學(xué)者也對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行了深入學(xué)習(xí)和研討。在我國(guó)，2010年7月，教育部高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教指委組織九所首批“985”學(xué)校舉辦了“九校聯(lián)盟計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會(huì)”，并發(fā)表了“九校聯(lián)盟計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明”的會(huì)議決議。此次會(huì)議報(bào)告中明確表示引入計(jì)算機(jī)思維是大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)的“核心任務(wù)”，并對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行詳細(xì)解讀，深入研究計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的契合點(diǎn)，分析計(jì)算思維在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中的體現(xiàn)方法與具體應(yīng)用，成為了目前大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)研究的關(guān)鍵[1]。

著名學(xué)者周以真教授提出計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念及你想那個(gè)問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和理解人類(lèi)行為等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)廣度的一系列思維活動(dòng)。CMU Computational Thinking Center認(rèn)為計(jì)算思維意味著通過(guò)創(chuàng)造和使用不同層次的抽象以有效理解和解決問(wèn)題.；計(jì)算思維意味著算法化思維（thinking algorithmically），通過(guò)應(yīng)用數(shù)學(xué)概念（如歸納）尋求更高效、公平和可靠的解決方案；計(jì)算思維意味著從效率、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)等角度理解規(guī)模的重要性。

計(jì)算思維不僅滲透到每一個(gè)人的生活里，而且影響了計(jì)算機(jī)學(xué)科的發(fā)展，創(chuàng)造和形成了一系列新的教學(xué)理念和教學(xué)模式。

2 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容改革的需求

目前，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育在教育理念、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法等方面，還存在一些問(wèn)題，面臨一些挑戰(zhàn)。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)一直以來(lái)存在著“計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程就是講解Windows操作系統(tǒng)、Office辦公軟件等常用軟件操作的一門(mén)課程”等觀點(diǎn)，老師也主要講解常用辦公軟件的具體操作，而對(duì)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維來(lái)解決專(zhuān)業(yè)問(wèn)題的能力沒(méi)有引起關(guān)注；教學(xué)內(nèi)容采用模板式的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重難點(diǎn)，未能將教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生自身專(zhuān)業(yè)緊密結(jié)合，為專(zhuān)業(yè)提供服務(wù)；教學(xué)方法也只著重重要知識(shí)點(diǎn)的灌輸，忽視了對(duì)學(xué)生“計(jì)算思維”的養(yǎng)成訓(xùn)練。

1）對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)具有片面認(rèn)識(shí)

大多數(shù)人存在計(jì)算機(jī)只會(huì)常用辦公軟件操作就可以，計(jì)算機(jī)就是一般程序設(shè)計(jì)等不全面的觀點(diǎn)，高校對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程不重視，學(xué)時(shí)一度被壓縮，教學(xué)資源得不到充分配置，其次，學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的態(tài)度也不重視，覺(jué)得可學(xué)可不學(xué)，有的學(xué)校教師認(rèn)為大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程可有可無(wú)。

2）信息技術(shù)發(fā)展迅猛，知識(shí)體系龐雜，內(nèi)容更新快

當(dāng)今是信息社會(huì)，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)計(jì)算機(jī)課程的教學(xué)提出越來(lái)越高的要求，知識(shí)構(gòu)成龐雜，教學(xué)內(nèi)容需要緊跟時(shí)代腳步，更新變化非?？?，這與計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)相對(duì)有限的學(xué)時(shí)和有限的教學(xué)目標(biāo)形成了矛盾。

當(dāng)前形勢(shì)對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)提出了更高要求，對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的多樣化要求，和計(jì)算機(jī)技術(shù)內(nèi)容新穎化也提出了更鮮明的要求?；诖耍覀儾恍柁D(zhuǎn)變以前的觀念，需要選定相對(duì)合理、能夠體現(xiàn)計(jì)算機(jī)本學(xué)科核心思想及方法的重要內(nèi)容，更加突出思維方法的訓(xùn)練，用以滿足有限的課時(shí)應(yīng)對(duì)教學(xué)改革的壓力和不斷更新的技術(shù)，擺脫以“操作技能”培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)能力造成的“危機(jī)”，更好地詮釋課程建設(shè)的目標(biāo)，更好地體現(xiàn)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育特征。

3 基于“計(jì)算思維”的教學(xué)內(nèi)容重組設(shè)計(jì)[2]

為了更好地將“計(jì)算思維”引入到計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)中，遵循教學(xué)內(nèi)容要“再組織與優(yōu)化”的指導(dǎo)思想，增加計(jì)算理論基礎(chǔ)的教學(xué)、加強(qiáng)算法與程序課程講解、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)突出重點(diǎn)，例如重點(diǎn)講解計(jì)算機(jī)組成、網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、軟件工程等，進(jìn)行典型案例設(shè)計(jì)、進(jìn)行符合思維習(xí)慣的教學(xué)內(nèi)容重組。兼顧原有的知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)行有針對(duì)性的提高，具體見(jiàn)如下表所示：

4 以“二進(jìn)制計(jì)算”教學(xué)內(nèi)容為案例設(shè)計(jì)

1）改革課堂教學(xué)方法

教學(xué)中以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)為主，增加少量的問(wèn)題求解，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)框架下進(jìn)行改革與提升，通過(guò)案例、研討、活動(dòng)等手段推進(jìn)計(jì)算思維的改革。課堂中采用的教學(xué)方法有以下幾種[3]：

啟發(fā)式教學(xué)，以學(xué)生為主體，采用多種方式，啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生積極思維，探索問(wèn)題，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題，激發(fā)學(xué)習(xí)。

討論式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生為解決某個(gè)問(wèn)題進(jìn)行探討，形成不同的觀點(diǎn)并得以進(jìn)行知識(shí)的碰撞，促進(jìn)學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)。

參與式教學(xué)，主要以學(xué)生為中心，直觀形象的教學(xué)手段。學(xué)生自己動(dòng)手、動(dòng)腦，積極參與發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，其中以團(tuán)隊(duì)協(xié)作的方式，通過(guò)數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析等方式來(lái)完成任務(wù)。

案例教學(xué)，通過(guò)對(duì)案例的選擇與分析，引入相關(guān)單元的核心問(wèn)題和基本思路，講解討論核心內(nèi)容，自學(xué)拓展知識(shí)內(nèi)容，讓學(xué)生融會(huì)貫通。

2）教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

教學(xué)的主要內(nèi)容包含：第一，進(jìn)位制的概念及各進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換方法；第二，計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制的原因及二進(jìn)制表示方法；第三，二進(jìn)制計(jì)算問(wèn)題的分析及解決。教學(xué)難點(diǎn)我們?cè)O(shè)定為數(shù)的表示范圍與計(jì)算思維的培養(yǎng)

3）教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

教學(xué)中具體教學(xué)過(guò)程：

① 提出問(wèn)題：以“二進(jìn)制計(jì)算”教學(xué)內(nèi)容為例，提出問(wèn)題。例如：什么是進(jìn)制的概念？同學(xué)們了解過(guò)二進(jìn)制的概念嗎？

② 明確教學(xué)目標(biāo)：掌握二進(jìn)制與計(jì)算。

③ 學(xué)情分析：提問(wèn)評(píng)估學(xué)生學(xué)習(xí)本知識(shí)的背景知識(shí)。

④ 案例剖析：引入案例，進(jìn)行案例分析，組織學(xué)生參與式學(xué)習(xí)，以“二進(jìn)制數(shù)值表示的范圍和換算”為例，課堂可以設(shè)置數(shù)模轉(zhuǎn)換、進(jìn)度管理、CPU工作方式等任務(wù)驅(qū)動(dòng)。學(xué)生在這個(gè)環(huán)節(jié)為主體地位，自己動(dòng)手、動(dòng)腦主動(dòng)參與進(jìn)來(lái)。

⑤ 問(wèn)題求解：重在算法和程序的體驗(yàn)

⑥ 總結(jié)反思提高：注重學(xué)生的反饋信息，布置課后作業(yè)拓展提升。

課堂主要教學(xué)片段設(shè)計(jì)思路如下[4]：

5 小結(jié)

計(jì)算思維是人類(lèi)三大科學(xué)思維方式之一，它作為一個(gè)問(wèn)題解決的有效工具，正在改變著大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的教學(xué)模式[5]。

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中，其內(nèi)容設(shè)計(jì)中關(guān)鍵點(diǎn)是要落實(shí)計(jì)算思維的教學(xué)，我們可以對(duì)以前的知識(shí)進(jìn)行重組和優(yōu)化，并合理引入培養(yǎng)計(jì)算思維的新的知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)一步尋求一種切實(shí)可行的操作方法并具有適應(yīng)性和普遍性，可以進(jìn)行高校范圍內(nèi)推廣嘗試。

參考文獻(xiàn)：

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