基于計(jì)算思維的大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)改革

朱志慧+陳曈+林捷

摘 要：當(dāng)前以計(jì)算思維為核心的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教育改革是人們研究的熱點(diǎn)。文章對教學(xué)現(xiàn)狀存在的問題進(jìn)行了分析，并針對這些問題提出應(yīng)從教學(xué)對象、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法3個(gè)方面進(jìn)行改革，對改革的辦法實(shí)施進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

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

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課開設(shè)以來，人們對該課程的性質(zhì)和在學(xué)生培養(yǎng)過程中所占的地位發(fā)生了很大的變化，隨之，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式也在不斷改革。

1 大學(xué)計(jì)算機(jī)發(fā)展背景

20世紀(jì)90年代，大學(xué)計(jì)算機(jī)被稱為“計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)”，進(jìn)行基礎(chǔ)性和思維性的培養(yǎng)，但是在實(shí)際教學(xué)過程中，逐漸演變?yōu)椤坝?jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)”，側(cè)重于軟件技能的培養(yǎng)，而逐漸忽略了“計(jì)算機(jī)文化”的內(nèi)涵，因此，該課程逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧兇獾能浖僮髡n程。目前，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)中常用的軟件逐漸普及，“計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)”課程的內(nèi)容稍顯陳舊，當(dāng)前很多學(xué)者提出“計(jì)算思維”的概念，為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，應(yīng)當(dāng)在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的教學(xué)過程中，強(qiáng)調(diào)“計(jì)算思維的”培養(yǎng)。2010年7月，教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)發(fā)布了《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》，確定了以計(jì)算思維為核心的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革。

2 計(jì)算思維

2006年3月，美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真教授首次提出計(jì)算思維的概念，她認(rèn)為“計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)?！?/p>

計(jì)算思維不同于計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)思維，其特征歸納如下：

（1）概念化，不是程序化。計(jì)算思維并不等同于計(jì)算機(jī)編程，只是要求我們在抽象的多個(gè)層次上思維。

（2）根本技能，不是刻板機(jī)械。計(jì)算思維是人們在現(xiàn)代信息社會(huì)中解決問題的一種基本技能，而不是刻板機(jī)械地重復(fù)。因此，計(jì)算思維應(yīng)該是大學(xué)生必備的一種素質(zhì)，掌握一種科技的思維方法，對專業(yè)知識(shí)的創(chuàng)新和發(fā)展具有舉足輕重的作用。

（3）人的思維，而非機(jī)器的思維。計(jì)算思維是人解決問題的方式，思維是人特有的方式，而計(jì)算機(jī)僅僅是機(jī)械的工具，沒有思維能力。我們利用自己的聰明才智，使用計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行各種復(fù)雜問題的處理。即使缺乏計(jì)算機(jī)技能知識(shí)，也可以通過其他方式獲得計(jì)算思維，增加解決問題的一種新的途徑。

（4）任何人，任何地方。計(jì)算思維的本質(zhì)是抽象和自動(dòng)化，但不僅僅限于計(jì)算機(jī)專業(yè)。它可以應(yīng)用于任何人、任何專業(yè)、任何地方。由于計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展日新月異，每個(gè)人對它的掌握程度也不同，因此計(jì)算思維具有層次性，不同層次的思維有不同程度的創(chuàng)新，根據(jù)我們自身的條件，可以建立自己獨(dú)特的計(jì)算思維層次。

3 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)現(xiàn)狀

目前，對計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中引入計(jì)算思維的培養(yǎng)，國內(nèi)外不少專家和學(xué)者進(jìn)行了積極的探討，但是，在基于計(jì)算思維的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容改革中，主要涉及的專業(yè)為理工科類、文科、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)專業(yè)等。

3.1 計(jì)算機(jī)課程的“狹義工具論”

《大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》教程，主要包括：計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、系統(tǒng)操作、辦公軟件、多媒體技術(shù)、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)4部分內(nèi)容，在教學(xué)過程中，分為理論課和上機(jī)實(shí)驗(yàn)課。整個(gè)教學(xué)過程中，主要教授計(jì)算機(jī)及常用軟件的操作技能，因此學(xué)生對計(jì)算機(jī)科學(xué)知識(shí)淡化，認(rèn)為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)僅僅是一門教授工具使用的操作課程。另外一方面，由于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課時(shí)不斷縮減，課程內(nèi)容較多，為了完成教學(xué)任務(wù)，課程進(jìn)行速度比較快，學(xué)生對一些問題理解并不透徹，因此大大降低了學(xué)習(xí)的積極性。

3.2 課程內(nèi)容與專業(yè)關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)

目前大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的多媒體教學(xué)，主要涉及圖像處理、音頻、視頻和動(dòng)畫制作3方面的內(nèi)容。但是由于教學(xué)教材的編寫者主要來自計(jì)算機(jī)專業(yè)，因此所編撰的內(nèi)容普遍設(shè)置單一，側(cè)重于常用軟件的操作使用說明，而與所選學(xué)生所在的專業(yè)沒有太大的關(guān)系，教學(xué)內(nèi)容無法體現(xiàn)專業(yè)特色。

3.3 學(xué)生專業(yè)的個(gè)性特點(diǎn)

與普通專業(yè)學(xué)生相比，由于本校專業(yè)學(xué)生中學(xué)階段主要精力在專業(yè)學(xué)習(xí)，因此文化基礎(chǔ)知識(shí)掌握較差，并且在考慮問題時(shí)以感性思維為主，邏輯思維相對比較弱但富有活力和創(chuàng)造力，在進(jìn)行多媒體的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的角度新穎，但是由于個(gè)性強(qiáng)，課堂管理難度大，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)教學(xué)方法很難吸引學(xué)生的注意力。

4 基于計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)改革

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的目的主要是培養(yǎng)學(xué)生具備在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用計(jì)算解決問題的能力。為了對學(xué)生進(jìn)行計(jì)算思維的培養(yǎng)，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程從以下3個(gè)方面進(jìn)行改革。

4.1 教學(xué)對象的改革

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教育對象一般為大一新生，以浙江音樂學(xué)院為例，在課程開始前，對學(xué)生的計(jì)算機(jī)成績進(jìn)行了摸底考試，具體情況如圖1所示。

從圖1中可以看到，大部分學(xué)生的成績處于40～50分之間，說明學(xué)生對計(jì)算機(jī)知識(shí)處于一知半解的狀態(tài)，70分以上的學(xué)生有30位，40分以下的也有30多位，那么在教學(xué)過程中，對于70分以上的學(xué)生，會(huì)感覺課堂的內(nèi)容過于簡單，而對于40分以下的則有點(diǎn)困難。針對大一新生對計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握不平衡問題，可以進(jìn)行分層教學(xué)，根據(jù)計(jì)算機(jī)的摸底考試的成績，分為A，B，C不同的班級，根據(jù)本班學(xué)生的實(shí)際情況確定教學(xué)內(nèi)容的難易程度。

另外，本校專業(yè)分為音樂類、舞蹈類和音樂工程類。針對不同專業(yè)的學(xué)生，所要掌握的多媒體軟件不同。例如，舞蹈類學(xué)生要求學(xué)習(xí)圖像處理工具，而音樂專業(yè)學(xué)生比較傾向于學(xué)習(xí)音頻相關(guān)知識(shí)。因此在對學(xué)生分班的時(shí)候，盡可能地在考慮分?jǐn)?shù)的同時(shí)，將相近專業(yè)的學(xué)生集中到一起。

4.2 教學(xué)內(nèi)容的改革

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)作為高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的第一門計(jì)算機(jī)課程，在計(jì)算思維理論的指導(dǎo)下，應(yīng)該改變傳統(tǒng)的授課方式，進(jìn)行一系列的改革。首先，計(jì)算思維包括思維意識(shí)的培養(yǎng)，思維方法的理解以及思維能力的掌握，根據(jù)這3個(gè)層次的培養(yǎng)目標(biāo)，將計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容分為“1+X”的課程體系，其中1課程的目標(biāo)主要是計(jì)算思維意識(shí)和方法的介紹，X課程培養(yǎng)計(jì)算思維能力的掌握。其中1課程包括計(jì)算機(jī)的基本知識(shí)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫和程序設(shè)計(jì)，在授課過程中，該部分主要通過案例的形式，感受到經(jīng)典算法的作用。X課程主要為多媒體技術(shù)，包括圖像、音頻、視頻和動(dòng)畫，通過實(shí)際的操作，逐步掌握計(jì)算思維能力。

在改革過程中，豐富的教學(xué)內(nèi)容和少量的課時(shí)是一個(gè)比較突出的矛盾。以筆者所在學(xué)校為例，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)分為上下兩個(gè)學(xué)期，共60個(gè)學(xué)時(shí)；如果1+X的所有內(nèi)容全部講授完的話，勢必會(huì)蜻蜓點(diǎn)水，特別是X中的包括4個(gè)方面的內(nèi)容，不同專業(yè)的學(xué)生所需要掌握的軟件也不同，因此根據(jù)專業(yè)特色選擇必須+選修的模式。必修包括1課程和X中的與自己專業(yè)相關(guān)軟件，而剩下的內(nèi)容通過選修的方式進(jìn)行。

4.3 教學(xué)方法的改革

在教學(xué)內(nèi)容中，引入計(jì)算思維的概念后，課程的廣度、深度進(jìn)一步提高，課程難度增大，必須選擇一比較靈活有趣的教學(xué)方法和手段才能吸引學(xué)生的注意力，提高課堂效率。

首先，在教學(xué)過程中，盡可能地選擇一些比較有趣的案例，并且具有專業(yè)特色，例如在電子表格Excel的講授過程中，由于排序篩選特別是公式函數(shù)部分比較抽象，可以通過歌曲大賽排名的方式進(jìn)行講解，消除學(xué)生心理上的陌生感和排斥感。其次，可以采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的方法，以一個(gè)實(shí)際的任務(wù)為主線串聯(lián)起來知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生帶著問題，去講課內(nèi)容中找解決的方法，在完成任務(wù)的過程中構(gòu)建了自己的知識(shí)體系；在多媒體Flash動(dòng)畫制作中，通過優(yōu)秀學(xué)生作品的演示，激發(fā)大家的創(chuàng)新熱情，然后用動(dòng)畫片片頭的制作將知識(shí)點(diǎn)貫穿起來。學(xué)生在項(xiàng)目推進(jìn)過程中，直觀地體驗(yàn)到了問題分解、問題局部解決和階段性成果有機(jī)結(jié)合在一起的思路，這正是計(jì)算思維的具體體現(xiàn)。最后，隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)課程、MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂等應(yīng)用比較廣泛，可以引導(dǎo)學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)來拓寬學(xué)習(xí)的途徑；針對學(xué)生愛看手機(jī)的習(xí)慣，可以將課程制作動(dòng)畫演示和實(shí)際操作的小視頻，通過第三方軟件平臺(tái)或者自己開發(fā)APP作為傳統(tǒng)課程授課方式的補(bǔ)充。

5 結(jié)語

思維是人生來就具備的，計(jì)算思維也不是一種新的發(fā)明，是一種早已存在的思維活動(dòng)，但是這種活動(dòng)是無意識(shí)的，將計(jì)算思維引入大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，主要作用是將無意識(shí)的思維變成有意識(shí)的，主要通過在具體的學(xué)習(xí)中，將這種思維潛移默化地建立起來，主動(dòng)用計(jì)算思維去思考問題和解決問題。雖然在教學(xué)過程中進(jìn)行了一系列的改革，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性增強(qiáng)了，但計(jì)算思維培養(yǎng)結(jié)果的考核無法量化，因此，在以后的工作中，可以從教學(xué)內(nèi)容方面作進(jìn)一步的研究。