基于計(jì)算思維能力培養(yǎng)的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革探索

于寧　戴紅　安繼芳　常子冠

摘 要： 為推動(dòng)以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為核心的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)全面改革，結(jié)合我校城市型、應(yīng)用型大學(xué)的定位屬性，進(jìn)行了面向應(yīng)用，基于計(jì)算思維能力培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)研究，提出了將計(jì)算思維理念與面向應(yīng)用相結(jié)合的改革思路。以“理論夠用，適度擴(kuò)展；實(shí)驗(yàn)導(dǎo)學(xué)，逐步滲透”為原則重構(gòu)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程內(nèi)容，并借助中國(guó)大學(xué)MOOC與Blackboard網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，開(kāi)展傳統(tǒng)課堂教學(xué)與SPOCs課程混合式教學(xué)實(shí)踐。

關(guān)鍵詞： 計(jì)算思維； 面向應(yīng)用； 混合式教學(xué)； 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2017）09-72-03

Abstract： In order to promote the comprehensive reform of basic computer teaching in university with computational thinking ability as the core， combined with the location attributes of city type and application type of our university， the application-oriented and computational thinking ability training oriented teaching of basic computer course is researched， and the reform idea of combining computational thinking with application-oriented is put forward. With the principle of "sufficient theory， moderate expansion， experimental guidance and gradual infiltration"， the content of basic computer course in the university is reconstructed， and the blended teaching practice of traditional classroom teaching and SPOCs （small private online courses） course is carried out via the Chinese university MOOC and Blackboard network teaching platform.

Key words： computational thinking； application-oriented； blended teaching； teaching reform

0 引言

計(jì)算思維曾經(jīng)是數(shù)學(xué)家、計(jì)算機(jī)科學(xué)家、軟件工程師等人的專利。隨著計(jì)算機(jī)的普及和其應(yīng)用領(lǐng)域的爆炸性發(fā)展，計(jì)算能力的瓶頸不斷被突破。計(jì)算這種智力活動(dòng)的門檻被打破，計(jì)算思維不再是少數(shù)人的專屬，它逐漸普及開(kāi)來(lái)，先是成為所有理工科大學(xué)生的必備技能，進(jìn)而拓展為所有大學(xué)生的基礎(chǔ)素質(zhì)，最終一步步拓延為全人類的集體直觀[1]。

教育部高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)在經(jīng)過(guò)大量調(diào)研與深入研究后，于2015年11月推出《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》，確立了推進(jìn)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革的總體目標(biāo)，即計(jì)算思維能力的培養(yǎng)將成為今后大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的新常態(tài)。這是新的歷史時(shí)期大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的基本任務(wù)和基本要求。北京聯(lián)合大學(xué)是以本科教育為主的高等院校，學(xué)?；谑袑倬C合性普通高校的定位屬性，將學(xué)校發(fā)展目標(biāo)確立為建設(shè)高水平、有特色、首都人民滿意的城市型、應(yīng)用型大學(xué)。針對(duì)我校的定位及發(fā)展目標(biāo)，結(jié)合教指委課程指導(dǎo)意見(jiàn)，在面對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的計(jì)算機(jī)能力培養(yǎng)上，如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)使學(xué)生既掌握必要的工具，也讓計(jì)算思維諸要素融入他們的能力結(jié)構(gòu)中，更好地幫助他們建立計(jì)算機(jī)問(wèn)題求解意識(shí)，是對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)教育的挑戰(zhàn)[2]。也是一個(gè)有待深入研究的問(wèn)題。

1 以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為引領(lǐng)，信息應(yīng)用能力為目標(biāo)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革

1.1 由“基于知識(shí)的技能傳授”向“基于應(yīng)用的思維能力培養(yǎng)”的轉(zhuǎn)變認(rèn)識(shí)

自20世紀(jì)80年代，非計(jì)算機(jī)專業(yè)的大學(xué)計(jì)算機(jī)教育經(jīng)過(guò)30余年的發(fā)展，逐步形成了大學(xué)計(jì)算機(jī)教育理念和課程體系。計(jì)算機(jī)教育發(fā)展初期，是以基于知識(shí)和的技能傳授為目標(biāo)的，即將計(jì)算機(jī)視為工具，培養(yǎng)的是軟件工具的使用能力。雖然這種使用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)工具的能力非常重要，但時(shí)代對(duì)大學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力要求不斷提高，大學(xué)生不僅要具有熟練操作計(jì)算機(jī)的能力，還要掌握必要的計(jì)算機(jī)技術(shù)以及運(yùn)用其解決與計(jì)算機(jī)相關(guān)的綜合性業(yè)務(wù)問(wèn)題的能力，這就將大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力提高了一個(gè)層次。

思維是人類認(rèn)識(shí)世界、改造世界的最重要的主觀來(lái)源，人的一切活動(dòng)都是建立在思維活動(dòng)的基礎(chǔ)上。古人云：“善思則得，善誘則通，誘思交融，百煉成鋼?！?，“學(xué)以思為貴”。北京師范大學(xué)資深教授顧明遠(yuǎn)先生在談到“中國(guó)的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和教育轉(zhuǎn)型”時(shí)提出：教育的本質(zhì)在某種意義上來(lái)講就是培養(yǎng)學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生思維的改變。美國(guó)著名心理學(xué)家、教育家R. J. 斯騰伯格在《思維教學(xué)》一書中指出：教育最重要的目標(biāo)就是引導(dǎo)學(xué)生的思維，這也是教育最令人歡欣的目標(biāo)?？梢?jiàn)思維能力培養(yǎng)在學(xué)習(xí)過(guò)程中的重要性。

計(jì)算思維是在計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代，運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法形成解決問(wèn)題方案的過(guò)程中，所包含的一系列思維活動(dòng)，是一種以數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)為基礎(chǔ)的理性思維方式。大學(xué)計(jì)算機(jī)作為通識(shí)型課程，應(yīng)該像數(shù)學(xué)、物理一樣成為大學(xué)生認(rèn)識(shí)世界、改造世界的三大基本思維方式。提倡計(jì)算思維的培養(yǎng)，訓(xùn)練這種思維能力，從而使學(xué)生具備使用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決實(shí)際的能力，推動(dòng)各個(gè)領(lǐng)域的信息化發(fā)展。大學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)內(nèi)容由“基于知識(shí)的技能傳授”向“基于應(yīng)用的思維能力培養(yǎng)”的轉(zhuǎn)變是時(shí)代發(fā)展的要求，對(duì)提升大學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)水平、培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新人才具有十分重要的意義。endprint

1.2 確定以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為引領(lǐng)，信息應(yīng)用能力為目標(biāo)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程改革思路

陳國(guó)良院士指出，計(jì)算思維無(wú)處不在，當(dāng)計(jì)算思維真正融入人類活動(dòng)的整體時(shí)，它作為一個(gè)問(wèn)題解決的有效工具，人人都應(yīng)掌握，處處都會(huì)被使用。自然，它應(yīng)當(dāng)有效地融入我們每一堂課之中[3]。

計(jì)算思維自提出以來(lái)，得到了廣泛認(rèn)可，研究型大學(xué)已率先將計(jì)算思維能力培養(yǎng)落實(shí)到計(jì)算機(jī)系列課程中并進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。我校是一所市屬應(yīng)用型高校，面對(duì)95%以上的非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，其計(jì)算機(jī)教育是面向應(yīng)用的方向。在新一輪課程改革中，確立以計(jì)算思維培養(yǎng)為引領(lǐng)，信息應(yīng)用能力為目標(biāo)作為大學(xué)計(jì)算機(jī)課程的根本任務(wù)。這樣的教學(xué)定位，不僅符合我校人才培養(yǎng)要求，也擺脫了以操作技能為培養(yǎng)目標(biāo)所帶來(lái)的不足，更好地詮釋當(dāng)前大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育發(fā)展趨勢(shì)。

計(jì)算思維培養(yǎng)與應(yīng)用能力提升是相輔相成的。學(xué)生的計(jì)算思維的形成，必須建立在學(xué)會(huì)使用計(jì)算工具的基礎(chǔ)上并借助于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的沉淀和實(shí)踐能力的提升[4]。計(jì)算思維能力培養(yǎng)首先從建立“計(jì)算”的意識(shí)開(kāi)始，認(rèn)識(shí)和了解計(jì)算機(jī)的基本概念和功能，從而掌握應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決問(wèn)題的思路和方法，而在應(yīng)用計(jì)算機(jī)過(guò)程中不斷理解計(jì)算思維，逐步訓(xùn)練，逐漸具備計(jì)算思維的能力，從而全面提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

2 以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為引領(lǐng)，信息應(yīng)用能力為目標(biāo)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)設(shè)計(jì)

綜合計(jì)算思維培養(yǎng)和應(yīng)用技能培養(yǎng)相結(jié)合的教學(xué)目標(biāo)，重構(gòu)和梳理教學(xué)內(nèi)容，實(shí)施問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、實(shí)驗(yàn)導(dǎo)學(xué)、傳統(tǒng)課堂+SPOCs混合教學(xué)等模式，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)用計(jì)算思維去思考問(wèn)題和解決問(wèn)題。

以計(jì)算思維為引領(lǐng)，信息應(yīng)用能力為目標(biāo)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)設(shè)計(jì)從教學(xué)內(nèi)容是什么、傳授給學(xué)生什么、以什么樣方式呈現(xiàn)三個(gè)方面展開(kāi)教學(xué)研究與探索。

2.1 教學(xué)內(nèi)容是什么——大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)體系及所涉及的計(jì)算思維概念

大學(xué)計(jì)算機(jī)是我校各類專業(yè)通識(shí)教育必修課程，是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)知識(shí)和信息技術(shù)的入門課程。參照教育部高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)編制的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求，結(jié)合我校的定位和培養(yǎng)目標(biāo)，按學(xué)科知識(shí)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)重新梳理大學(xué)計(jì)算機(jī)課程知識(shí)框架和所涉及的計(jì)算思維概念，如圖1、圖2所示。

2.2 傳授給學(xué)生什么--理論夠用，適度擴(kuò)展；實(shí)驗(yàn)導(dǎo)學(xué)，逐步滲透

課程內(nèi)容主要包括理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，傳授給學(xué)生的是計(jì)算思維意識(shí)的培養(yǎng)和實(shí)際應(yīng)用技能的訓(xùn)練。

在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，圍繞計(jì)算機(jī)學(xué)科中通用的、普適的、核心的基礎(chǔ)知識(shí)，從計(jì)算機(jī)素質(zhì)教育、基礎(chǔ)知識(shí)、硬件基礎(chǔ)、軟件基礎(chǔ)等不同角度構(gòu)建理論部分的教學(xué)內(nèi)容，本著“理論夠用，適度擴(kuò)展”的原則，課堂講授核心內(nèi)容和求解問(wèn)題的方法，引導(dǎo)學(xué)生理解知識(shí)背后所涉及的計(jì)算思維核心概念，逐步建立起利用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決問(wèn)題的思路，并理解問(wèn)題的可計(jì)算性、可求解性。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)采取“實(shí)驗(yàn)導(dǎo)學(xué)，逐步滲透”原則，從工作和學(xué)習(xí)需求出發(fā)，設(shè)計(jì)真實(shí)、應(yīng)用性強(qiáng)的任務(wù)，使學(xué)生掌握操作平臺(tái)和相應(yīng)辦公軟件的使用方法。如設(shè)計(jì)圖書排版、論文排版、旅游景區(qū)宣傳片、學(xué)生記分冊(cè)統(tǒng)計(jì)和分析等任務(wù)，體現(xiàn)學(xué)以致用的理念。為滿足不同起點(diǎn)學(xué)生在同一課堂學(xué)習(xí)均有提高，分級(jí)設(shè)計(jì)不同層次的任務(wù)，在完成基本任務(wù)后，可以進(jìn)一步完成如制作數(shù)學(xué)試卷答案、自動(dòng)問(wèn)卷系統(tǒng)、學(xué)生綜合測(cè)評(píng)等綜合性任務(wù)。通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)、實(shí)驗(yàn)導(dǎo)學(xué)使學(xué)生在操作中加深對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，提高實(shí)際應(yīng)用能力。在課程教學(xué)中對(duì)各種文字處理系統(tǒng)、各種電子表格系統(tǒng)、各種數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、各種程序語(yǔ)言環(huán)境等做一定的總體分析，俯瞰可復(fù)用知識(shí)的本質(zhì)，其抽象、概括的思維意識(shí)會(huì)得到訓(xùn)練和提高[5]。

2.3 以什么方式呈現(xiàn)——開(kāi)展多元化混合式教學(xué)

為解決學(xué)生基礎(chǔ)不同、學(xué)時(shí)壓縮與教學(xué)內(nèi)容不斷更新之間的矛盾，必須提高教學(xué)實(shí)效，以恰當(dāng)、合適的方式將教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)給學(xué)生。

借助中國(guó)大學(xué)MOOC與Blackboard網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，開(kāi)展傳統(tǒng)課堂教學(xué)與SPOCs混合教學(xué)模式，解決課程教學(xué)資源共享問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的多通道學(xué)習(xí)、重復(fù)學(xué)習(xí)、不受時(shí)空限制地自由學(xué)習(xí)、碎片化學(xué)習(xí)。讓學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生學(xué)習(xí)到更多內(nèi)容，讓基礎(chǔ)弱的學(xué)生學(xué)習(xí)得更扎實(shí)。

混合式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)理論是教育理論和實(shí)踐發(fā)展共同的必然要求。 這主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：混合多種學(xué)習(xí)方式的課程設(shè)計(jì)是班級(jí)授課制的必然要求；是促進(jìn)學(xué)生課外學(xué)習(xí)的需要；是發(fā)展學(xué)生專業(yè)技能的需要[6]。在混合式學(xué)習(xí)模式下，參照斯騰伯格提出的思維三元理論，即運(yùn)用三種促進(jìn)思維發(fā)展的教學(xué)策略開(kāi)展課堂教學(xué)：第一種策略是以講授為基礎(chǔ)的照本宣科策略。適合呈現(xiàn)新知識(shí)、新信息；第二種策略是以事實(shí)為基礎(chǔ)的問(wèn)答策略。教師通過(guò)提出問(wèn)題，引出事實(shí)；第三種策略是以思維為基礎(chǔ)的對(duì)話策略。通過(guò)師生之間、生生之間的直接交流對(duì)話，展開(kāi)對(duì)問(wèn)題的討論。三種教學(xué)策略各有各的實(shí)用性，關(guān)鍵是要運(yùn)用得當(dāng)，要綜合運(yùn)用各種策略。

課堂教學(xué)之外，構(gòu)建北京聯(lián)合大學(xué)網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂的教與學(xué)資源，以課堂教學(xué)內(nèi)容再現(xiàn)、學(xué)習(xí)支持和服務(wù)、自測(cè)和作品欣賞、拓展學(xué)習(xí)為主要內(nèi)容，為課堂學(xué)習(xí)的強(qiáng)化和延伸提供支持。利用互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放課程資源，構(gòu)建基于中國(guó)大學(xué)MOOC平臺(tái)的北京聯(lián)合大學(xué)《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》SPOC課程，如圖3所示。拓展學(xué)習(xí)的深度和廣度，強(qiáng)化輔導(dǎo)和自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)，促進(jìn)混合式教學(xué)和參與式學(xué)習(xí)。

在教學(xué)模式上，將系統(tǒng)化的課堂教學(xué)和學(xué)生的線上學(xué)習(xí)相結(jié)合，不同的教學(xué)內(nèi)容，給予不同側(cè)重的教學(xué)設(shè)計(jì)。對(duì)于理論內(nèi)容，將課內(nèi)學(xué)習(xí)和課外拓展相結(jié)合；對(duì)于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將線上演示和課外體驗(yàn)相結(jié)合，使學(xué)生更好地整合知識(shí)，形成學(xué)習(xí)的能力。

3 結(jié)束語(yǔ)

面向應(yīng)用，基于計(jì)算思維能力培養(yǎng)的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革正在我校展開(kāi)，我們重點(diǎn)從教學(xué)內(nèi)容是什么、傳授給學(xué)生什么、以什么樣方式呈現(xiàn)三個(gè)方面入手，研究并制定基于應(yīng)用的思維能力培養(yǎng)的課程設(shè)計(jì)。在新一輪教學(xué)中，繼續(xù)探索思維能力培養(yǎng)和應(yīng)用技能訓(xùn)練相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容，全面采用混合式學(xué)習(xí)方式進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，不斷總結(jié)教學(xué)成效，改進(jìn)存在的問(wèn)題。這項(xiàng)工作是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，任重道遠(yuǎn)，需要我們不斷探索。最終目標(biāo)是學(xué)生學(xué)會(huì)使用計(jì)算機(jī)這個(gè)工具，并能利用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題，為本專業(yè)服務(wù)。

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