信管專業(yè)計算機科學(xué)概論課程的教學(xué)改革實踐

馬金平+沈照功

摘要：文章分析了信管專業(yè)計算機科學(xué)概論課程教學(xué)中存在的問題原因，提出了把培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力作為主要目標(biāo)的教學(xué)改革方案和實施措施。把培養(yǎng)計算思維能力與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)相結(jié)合、授課教師掌握一定的管理科學(xué)專業(yè)領(lǐng)域知識、選擇管理科學(xué)領(lǐng)域中的實際問題作為教學(xué)案例等是促進教學(xué)改革成功的重要因素。

Abstract： This paper analyzes the existing problems and reasons of the course of Introduction to Computer Science in Information Management Major， puts forward the teaching reform plan and the implementation measures to cultivate students ability of computing thinking as the main objective. There are some important factors to promote the success of teaching reform， such as combining the computational thinking ability with the professional training objectives， teachers with some knowledge of management science， choosing the practical problems in the field of management science as teaching cases and so on.

關(guān)鍵詞：計算思維；計算機科學(xué)；教學(xué)改革；信管專業(yè)

Key words： computational thinking；computer science；teaching reform；information management major

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）29-0205-03

0 引言

自1993年青島大學(xué)信管專業(yè)開始招生以來，主講該門課程的教師前后更換過多位，課程名稱也改過多次。無論誰講這門課程，都感到“老師難講，學(xué)生難學(xué)”。自2011年秋季學(xué)期開始，筆者接手講這門課程。在此之前，筆者主講過多門計算機方面的課程，自認為講授該課程應(yīng)該沒有任何問題。但是，在2011年秋季一上課就遇到了其他老師遇到的同樣問題。自2013年秋季學(xué)期開始，筆者以計算思維為導(dǎo)向，對該門課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進行了嘗試性改革，經(jīng)過幾輪的教學(xué)實踐與逐步改進，教學(xué)效果獲得了明顯的提升。

1 計算思維與信管專業(yè)人才培養(yǎng)

近年來，不斷有以計算思維為切入點的計算機課程教學(xué)改革成果發(fā)表出來[1]，說明了計算思維對計算機課程教學(xué)改革產(chǎn)生了巨大的推動作用。什么是計算思維？計算思維是與形式化問題及其解決方案相關(guān)的一個思維過程，其解決問題的表示形式應(yīng)該能有效地被信息處理的代理執(zhí)行[2]。“計算思維是人類科學(xué)思維中，以抽象化和自動化，或者說以形式化、程序化和機械化為特征的思維形式”[3]。計算思維呈現(xiàn)的基本對象是“符號、算法（程序）、模型和系統(tǒng)”[4]，采用的基本方法是“抽象（離散化、符號化、模型化）、自動化（程序化）”[4]。由此可見：用計算思維的思路解決問題的過程與管理信息系統(tǒng)開發(fā)過程有很多相似之處。管理信息系統(tǒng)開發(fā)過程包括：系統(tǒng)需求分析、系統(tǒng)框架設(shè)計和詳細設(shè)計、編寫代碼與調(diào)試、系統(tǒng)實施等步驟，其實質(zhì)就是把現(xiàn)實世界的“一個物理系統(tǒng)”轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C虛擬世界的“一個數(shù)據(jù)系統(tǒng)”的過程，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化運行。計算思維把這個過程提升為與演繹思維、邏輯思維同等重要的分析與解決問題的普遍方法，對管理信息系統(tǒng)開發(fā)具有重要的指導(dǎo)作用。因此，培養(yǎng)信管專業(yè)學(xué)生的計算思維能力對于提升他們的管理信息系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用能力具有重要的意義。計算機科學(xué)概論課程對學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)起著奠定基礎(chǔ)的作用。

2 計算機科學(xué)概論課程教學(xué)中的問題分析

在計算機科學(xué)概論的多年教學(xué)中，之所以出現(xiàn)“教師難教，學(xué)生難學(xué)”的局面是由有多種主客觀因素綜合作用的結(jié)果。

2.1 生源問題

由于生源不同，新生的計算機基礎(chǔ)參差不齊。部分生源除了具有office的操作能力外，還有部分學(xué)生具有一定的編程知識；而也有少數(shù)生源不熟悉計算機的基本操作，有的甚至很少接觸計算機。這就造成教學(xué)起點、課程內(nèi)容的覆蓋范圍和深度難以掌握。

2.2 對計算機的認識問題

在管理科學(xué)領(lǐng)域，很多學(xué)者形成一個根深蒂固的概念，就是普遍把計算機簡單地看成是解決管理問題的工具，而不是解決問題的思維方法。在他們看來，只有采用數(shù)學(xué)建模才是管理科學(xué)方法，計算機編程不是處理問題的科學(xué)方法，僅是技術(shù)工具而已。把新生的計算機課程等同于學(xué)習(xí)計算機操作，是很多學(xué)校在開設(shè)計算機基礎(chǔ)課程時的普遍做法。

2.3 灌輸式的教學(xué)模式

正是由于對計算機這種工具論的錯誤定位，導(dǎo)致教師把計算機科學(xué)概論課程當(dāng)成一種工具教授學(xué)生，學(xué)生也就作為工具來學(xué)習(xí)。教師在教學(xué)過程中采用灌輸式講授計算機工具怎么用的，而不是引導(dǎo)學(xué)生從如何解決問題的思維方法上學(xué)習(xí)計算機課程。其結(jié)果還可能導(dǎo)致部分學(xué)生形成學(xué)習(xí)計算機的障礙，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)埋下隱患。

2.4 沒有貫穿整個課程的一條主線

現(xiàn)有的計算機概論課程內(nèi)容基本都是對計算機學(xué)科涉及的各個領(lǐng)域按章進行概括介紹，是一個名副其實的“壓縮餅干”。沒有一條能夠貫穿整個課程的一條主線，使得學(xué)生形成不了對計算機系統(tǒng)的整體認識。

3 計算機科學(xué)概論課程教學(xué)改革方案的設(shè)計

3.1 教改指導(dǎo)思想與目標(biāo)

指導(dǎo)思想：把以培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力為核心任務(wù)，并將其與信管專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)緊密結(jié)合，采用計算機科學(xué)領(lǐng)域知識解決管理科學(xué)領(lǐng)域問題的計算思維模式和方法作為教學(xué)改革的主線，對計算機科學(xué)有相對完整的認識和了解。目標(biāo)是使得學(xué)生：①建立起用計算思維的思想方法解決管理科學(xué)問題的意識；②具有用計算機科學(xué)方法對管理系統(tǒng)進行抽象建模的初步能力；③具有初步的求解管理科學(xué)問題的算法分析與設(shè)計能力；④了解算法實現(xiàn)的方法。

3.2 理論教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

按照上述計算機科學(xué)概論課程的教改指導(dǎo)思想與目標(biāo)，對課程內(nèi)容進行重組如下：

第1章 緒論：主要介紹本課程涉及的核心概念和發(fā)展?fàn)顩r，它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，使得學(xué)生建立起對這些概念的初步認識和整體把握。包括：計算思維的概念、理論與方法、計算思維的發(fā)展；計算文化、計算科學(xué)及發(fā)展；計算機科學(xué)的框架體系；管理系統(tǒng)及其復(fù)雜性、管理系統(tǒng)建模的概念。布置大作業(yè)，要求學(xué)生隨著課程的進度逐步完成大作業(yè)。

第2章數(shù)據(jù)的表示與存儲：這一章首先要從用計算機科學(xué)方法解決復(fù)雜管理科學(xué)系統(tǒng)問題的視角，強調(diào)復(fù)雜管理科學(xué)系統(tǒng)建模過程就是把現(xiàn)實世界的“一個物理系統(tǒng)”轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C虛擬世界“一個數(shù)據(jù)系統(tǒng)”的過程，并用數(shù)據(jù)及其之間的關(guān)系，存儲“數(shù)據(jù)系統(tǒng)”的。包括：管理系統(tǒng)模型與計算科學(xué)中的數(shù)據(jù)存儲問題；數(shù)和數(shù)制；數(shù)的機器表示與運算；存儲設(shè)備；多級存儲體系；用位模式表示信息。

第3章數(shù)據(jù)操控：采用與第2章類似的視角介紹計算機科學(xué)中對數(shù)據(jù)進行操作控制的方法過程。包括：計算科學(xué)中數(shù)據(jù)的操作處理問題；CPU基礎(chǔ)與存儲程序；機器指令；數(shù)據(jù)的輸入與輸出設(shè)備、計算機結(jié)構(gòu)體系。

第4章管理系統(tǒng)抽象建模一一系統(tǒng)建模：從把“一個物理系統(tǒng)”如何轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙粋€數(shù)據(jù)系統(tǒng)”的視角，介紹計算思維中的抽象方法。包括：管理系統(tǒng)抽象建模的概念和步驟；管理系統(tǒng)分析過程；UML建模語言與應(yīng)用；系統(tǒng)設(shè)計建模初步。

第5章管理系統(tǒng)抽象建模一一數(shù)據(jù)建模與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：以第4章為基礎(chǔ)，介紹管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)建模問題，如何通過數(shù)據(jù)模型描述“一個數(shù)據(jù)系統(tǒng)”的。包括：海量數(shù)據(jù)的存儲問題；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；實體聯(lián)系模型、數(shù)據(jù)模型；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

第6章計算思維的算法：這一章要使得學(xué)生樹立用計算思維中的算法分析設(shè)計方法解決復(fù)雜管理系統(tǒng)問題的意識。本章主要例舉實際管理科學(xué)中的算法問題作為案例介紹。包括：管理科學(xué)的算法問題；算法的概念和表示、算法分析與設(shè)計、常用的排序和查找算法；算法的有效性與正確性；算法的復(fù)雜性。

第7章計算思維的自動化：要使得學(xué)生認識到，對于絕大部分管理科學(xué)問題的求解，即使設(shè)計出了好的算法，靠人工在有限的時間內(nèi)是無法求解出來的，必須使用計算機編程實現(xiàn)自動化計算，才能夠獲得結(jié)果。突出實現(xiàn)自動化的重要作用，建立起對計算思維的整體認識。包括：計算機如何執(zhí)行算法；程序設(shè)計語言；算法的實現(xiàn)與編程；程序的執(zhí)行。

第8章計算機科學(xué)的新發(fā)展：為了拓展學(xué)生的視野和激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣，對計算機科學(xué)快速發(fā)展的幾個領(lǐng)域進行介紹。包括：人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、計算機視覺等。

上述內(nèi)容教學(xué)總學(xué)時32學(xué)時。

3.3 實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

實驗教學(xué)分為兩個部分：①分類實驗教學(xué)。對于計算機操作基礎(chǔ)比較差的學(xué)生，要求他們在課下自己熟悉計算機的windows操作和Office的基本操作；②采用綜合實驗方法。布置大作業(yè)方式，進行一個實際管理系統(tǒng)的建模、算法設(shè)計、算法編程。在Micosoft Visio平臺上，用UML建模，繪制算法流程圖，采用自己熟悉的編程環(huán)境（包括用Excel）寫出程序。實驗課總學(xué)時32學(xué)時，采用周末時間集中上機實驗。

3.4 教學(xué)方式的改革

采用問題導(dǎo)向式的教學(xué)模式[5]：以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，把知識點以問題的形式呈現(xiàn)，教師圍繞問題來組織教學(xué)，學(xué)生以問題為主線進行探索、構(gòu)建知識、培養(yǎng)技能和拓展知識視野。通過解決問題的活動過程來培養(yǎng)學(xué)生解決問題的計算思維能力。

4 計算機科學(xué)概論課程教學(xué)改革方案的實施

4.1 教師要牢固樹立計算思維意識

首先教師自己樹立計算思維的意識，破除把計算機作為工具的思想。在授課過程中，要引導(dǎo)學(xué)生把現(xiàn)實世界的問題，通過抽象建模，算法設(shè)計和編程等過程，轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C虛擬世界的替代系統(tǒng)，并通過觀察替代系統(tǒng)的自動化運行，反饋分析求解現(xiàn)實世界系統(tǒng)的解。

4.2 強化案例教學(xué)

教師要在上課前，要選擇構(gòu)思出具有實際應(yīng)用背景的管理系統(tǒng)建模和管理科學(xué)算法的案例各2個，發(fā)給學(xué)生。其中用2個案例貫徹整個課堂的教學(xué)過程。另2個案例作為學(xué)生與教師課堂教學(xué)同步的課下大作業(yè)。通過案例教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生如何用計算思維的方法提出解決問題的思路、方法步驟。

4.3 革新教學(xué)手段

我們通過建立QQ群和微信群，校園網(wǎng)絡(luò)平臺與移動教學(xué)終端配合，實現(xiàn)了教師隨時隨地與學(xué)生進行交流互動，并將各種形式的教學(xué)材料上傳到校園網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)共享，拓展了“教與學(xué)”和師生互動的空間與時間。

4.4 處理好與其他課程的銜接關(guān)系

為了和本課程的教學(xué)改革相呼應(yīng)，管科系將管理學(xué)課程提前到大一第一學(xué)期與本課程平行開設(shè)，對本課程的教學(xué)改革起到支持作用。同時，目前我們也正在制定后續(xù)計算機課程的教學(xué)改革方案，使得對學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)能夠延續(xù)到其他計算機課程的教學(xué)中。

5 教學(xué)改革實踐的體會

截止目前，我們已經(jīng)進行了三輪的教學(xué)改革實踐。主要體會體現(xiàn)在幾個方面：①要把培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力與信管專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)結(jié)合，使得學(xué)生初步具有運用計算思維的思想解決信管專業(yè)領(lǐng)域問題的意識；②給信管專業(yè)講授計算機科學(xué)概論課程的教師，應(yīng)該具有一定的管理科學(xué)專業(yè)領(lǐng)域知識，便于培養(yǎng)學(xué)生運用計算思維的思想方法解決管理科學(xué)領(lǐng)域問題的能力；③案例教學(xué)不僅要有常用經(jīng)典算法案例，而且還要例舉與信管專業(yè)領(lǐng)域相關(guān)的典型案例，有助于對學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)。

參考文獻：

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