計算思維下的計算機基礎課程教學內容設計

周揚

摘要：計算思維能力的培養(yǎng)是現(xiàn)階段大學計算機基礎教學的一個重點內容，該文主要闡述了計算思維的相關內容及其在計算機基礎課程教學中的作用，以培養(yǎng)大學生的計算思維為核心目標，對計算機基礎課程教學內容設計提出具體的措施，希望借此來促進計算機基礎課程的發(fā)展。

關鍵詞：計算思維；計算機基礎課程；內容設計

隨著計算機技術的不斷發(fā)展，社會對計算機應用能力水平的要求不斷得到提高，從而促進了計算機教學的不斷改革。在教育部高等學校計算機課程教學指導委員會2013年發(fā)表的“計算思維教學改革宣言”中明確將計算思維的內涵、表達形式等作為改革的重點對象，并且指出要大力的培養(yǎng)大學生的計算思維。如何最大化的提高計算機課程教學的效果成為了現(xiàn)階段計算機教學改革的一個主要關注點。

1計算思維概述

1.1計算思維的定義

國外部分高校從2008年起便在計算機基礎課程教學中引入了“計算思維”這一概念，并且已經取得了良好的效果。隨著計算思維的影響不斷擴大，我國也制定了具有針對性的措施來促其發(fā)展，也舉辦了“九校聯(lián)盟計算機基礎課程研討會”等對計算思維進行了細致的闡述和解讀，深入研究計算思維和計算機基礎課程教學的契合點，對其運用在計算機基礎課程教學中的具體情況進行分析和探討。

計算思維是運用計算機科學的基礎概念以及所需要解答的問題、系統(tǒng)設計和理解人類行為等一系列需要提高計算機科學技術來實現(xiàn)的思維活動，是一種高層次認知水平為主導的綜合性思維能力。計算思維也被認為可以創(chuàng)造和使用抽象的觀念來對疑難問題進行解答，對數(shù)學問題進行歸納和匯總，以便尋求出高效準確的解決方案。正是由于計算思維的經濟性、效益型和準確性，使其不斷的滲透到了人們生活的方方面面，也成為現(xiàn)代教學的一個主要關注點。

1.2計算思維的特征

一是把復雜問題簡單化。憑借其簡化和仿真的能力，對復雜的問題進行深入的探討，進行思維的傳遞和并行處理，用抽象的概念來分解問題，從而將問題簡單化，使其更容易被理解。

二是具有靈活的思維方法。計算思維是利用啟發(fā)式的推理來對問題進行歸納和解答，選取適合的方式進行陳述，可以在不確定的情況下及時地進行規(guī)劃和解答，適應性強，具有靈活性。

三是具有折中性。計算思維是按照預防、保護和糾錯的方式，從最壞的情況著手進行考慮，對系統(tǒng)進行快速恢復的一種思維方式。在對海量的數(shù)據(jù)進行計算的過程中，需要在實踐和空間中、在處理能力和存儲容量之間進行衡量，是一種具有折中性的思維方式。

1.3計算思維的核心方法是“構造”

國內外專家指出：“計算思維不是今天才有的，早就存在于中國的古代數(shù)學之中，只不過是隨著專家學者的研究逐漸的將其概念和內容深化了”。現(xiàn)實意義上的計算思維的基礎是計算機學科，其既是構造計算機的學科也是基于計算機器進行問題解答的學科。計算機學科不同的研究領域可以理解為不同計算環(huán)境下的問題求解，例如，在語言級上的程序設計和數(shù)據(jù)庫設計等。不管面對什么樣的計算環(huán)境，問題的表示都是問題求解的一個重要部分，所能夠理解的基本計算對象就是通過這樣的方式建立起的，為計算環(huán)境下的問題求解提供可能，同時在最后還要借助預防、保護和糾錯等手段對計算過程的正確性進行驗證。所以，從本質上來說，計算思維的核心方法就是“構造”，這里面包含了三種構造形態(tài)：一是對象構造，就是面向計算過程中的各種對象，如，硬件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)組織和系統(tǒng)軟件等。二是過程構造，就是計算形態(tài)的構造，包括分布式處理、指令的執(zhí)行和分布式處理等。三是驗證構造，是指在對象構造和過程構造的基礎上進行有效性分析，如，系統(tǒng)安全性和可靠性。

從學科思維上，與計算機學科關系最密切的傳統(tǒng)思維方法就是數(shù)學思維、邏輯思維和工程思維，計算思維并不是一個單一的、孤立的思維，而是一種具有多樣性的思維模式，在系統(tǒng)級的問題求解中則是將數(shù)學思維、邏輯思維和工程思維進行抽象和概括后得出的。由此決定了計算機教學內容與其余專業(yè)課程的教學內容的不同點，計算機基礎教學層次上的計算思維并沒有要求面面俱到，而是應該注重對學生的計算機的認知能力、判斷能力和運用計算機解決問題的能力進行培養(yǎng)。

2計算機基礎課程教學內容改革的需求

由于計算機技術的日新月異的變化，計算機基礎課程教學所依賴的科學和技術飛快的變化著，知識更新的周期逐漸的縮短，在以傳統(tǒng)技能為主的應用型課程不斷的滯后，教學內容枯燥死板，這種應試教育的模式不能將教學內容與學生的自身專業(yè)緊密結合，教學上也不能對學生的“計算思維”進行系統(tǒng)的培訓。在現(xiàn)階段的計算機教學中，主要的困難就是人們普遍對計算機基礎教學的認識不正確，大多數(shù)人認為只要學會計算機基礎的辦公操作就可以了，高校對計算機的教學也不重視，教學資源不能夠得到充分的利用，不能對學生的深入學習提供保障。21世紀是信息化的時代，隨著信息技術的不斷發(fā)展，知識更新較快，對計算機教學也提出了更多的要求，知識體系漸趨復雜，教學內容不能夠很好地與時代接軌，造成了現(xiàn)階段教學的主要瓶頸。

基于計算機教學的現(xiàn)狀，要順應計算機教學的多樣化的要求，及時的轉變教學觀念，選取具有針對性的教學內容，體現(xiàn)出計算機基礎教學的特點，注重對學生的思維方法的訓練，強化學生的實際操作水平，更好的響應課程建設的目標。

3“計算思維”的教學內容重組設計

在計算機基礎課程的教學中，為了更好的引入“計算思維”這一概念，要遵循教學內容“在組織優(yōu)化”的指導思想，對計算機基礎課程教學的內容進行設計，重視計算機理論基礎的教學，注重基礎教學，強化重點理論知識，幫助學生更好的理解計算機基礎教學。例如，在教學時，對于計算機組成、數(shù)據(jù)庫設計和網絡知識等這些內容要重點進行講解，進行典型的案例設計，將理論知識點融入其中，形成具有思維特色的教學內容的重組，及時的與所學知識點進行復習和整合，幫助學生的學習效果的提高。在教學內容重組設計中，主要可以對以下幾方面進行具有針對性的改良。endprint

首先就是要制定專門的章節(jié)對計算思維的相關概念進行講解，包括計算思維的概念和計算思維的特點以及應用上進行講解，加深學生的理解，課時控制在2課時以內。

對于信息及編碼存儲，在教學內容設計時要增加對信息的度量和信息二進制的表示，對布爾代數(shù)和電路表示進行處理，課時上由原來的4課時增加至6課時。

對于計算機組成及工作原理，要注重對馮諾依曼體系結構、圖靈機和信息技術的講解，課時保持4課時不變。

在計算機系統(tǒng)級應用上，要加強度操作系統(tǒng)和網絡應用上的知識的講解，并且將課時保持6課時不變。

在對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行講解時，要重點強調數(shù)據(jù)組織的作用，并且針對該節(jié)內容難度較大的特點，將課時增加到8個課時。

4“二進制”教學內容的案例設計

4.1改進課堂教學方法

在教學過程中，要加強與學生的溝通和互動，以計算機系統(tǒng)基礎知識為主，設計具體的應用情景，增加兩至三個問題引入情景，通過案例、研討等活動來促進計算思維改革的進程。在具體的教學時，可以靈活運用以下教學方式：

啟發(fā)式教學。它是強調啟發(fā)學生的思維為主，強調學生在教學中的主體地位，通過啟發(fā)和引導等方式促進學生自主思考能力的提高。

討論式教學。顧名思義，就是將學生引人到某個具體的情景進行探討，以一個問題為出發(fā)點，讓學生在不同的觀點中闡述自己的看法，提高自己的思維能力和說服能力。

參與式教學。這是一種以學生為主體、簡單直觀的教學手段。讓學生在學習的過程中，通過自己動手參與發(fā)現(xiàn)問題、自主思考解決問題和對問題進行及時的反饋，可以通過團隊合作或者數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析的方式來完成任務。

案例教學，在教學時選取具有代表性的案例來開展教學，對案例的具體情況進行分析，將相關的教學內容與案例進行結合，幫助學生更好的理解其中的核心內容，并通過自己的自主學習來擴展知識內容，提高學習的效果。

4.2教學內容設計

如同上面對教學重組的設計一樣，在設計關于“二進制”的教學內容時，首先要進行進位制的概念及格盡職之間轉換方法的考慮；其次就是要對計算機采用二進制的原因和二進制表示方法的具體情況進行介紹，由于此處關于知識點的理論較多，在可課時的安排不用占用太多時間；最后，對于二進制教學的難點——二進制計算問題的分析和解決等要制定特定的案例進行講解，幫助學生的理解和吸收。

4.3教學過程設計

課堂教學是一個環(huán)環(huán)相扣的過程，要對教學的過程進行設計，充分的利用有限的課堂教學時間。在現(xiàn)階段的教學中，效果最好的教學過程的就是圍繞問題求解的基本過程，即通過問題的引入，尋求解決問題的思路，進而得出問題的解決辦法或實現(xiàn)方法，式學生了解其中的核心內容。針對二進制的教學，在教學過程的設計時可以采取案例引人、提出問題和解決問題的步驟。

首先是案例引人，在這個過程中要針對教學的內容選取適合的案例，通過案例的引人讓學生對二進制的概念有一定的了解，為接下來的系統(tǒng)學習打下基礎。

其次是提出問題，以“二進制計算”為例，提出一系列的問題，引起學生學習的興趣，例如：“二進制計算有什么特點以及二進制計算的過程等?！币獜娀瘜W生的團隊學習能力的培養(yǎng)，使其成為學習共同體，共同參與問題的討論，讓學生具有學習的主體意識，更好的投入到學習中去。

最后是問題總結。這個階段包括知識講解和問題反饋，在課堂教學時，要明確教學目標，對二進制的計算進行細致的講解，注重與學生的溝通互動，及時的向學生提出具有針對性的問題，掌握學生的學習情況。知識點的講完并不代表教學任務的結束，教師還要制定具有針對性的習題任務，對大學生課堂所學知識及時進行拓展，提高他們的思維能力。

5結束語

基于計算思維的計算機基礎課程教學內容設計是一個長期的不斷向前發(fā)展的一項任務。各方面要積極地參與到具體的實踐中去，不斷進行探索和總結經驗，尋求出最有效的方法，促進大學計算機基礎課程教學的效果提升。endprint