基于計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

賈文峰

摘要：在介紹了計(jì)算思維概念的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)校工作實(shí)際，進(jìn)行了基于計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究，以進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)水平。

關(guān)鍵詞： 計(jì)算思維；實(shí)驗(yàn)教學(xué)； 研究

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）28-0178-02

Abstract：Based on the introduction of computational thinking concepts and related to school work， application and research in the experiment of computer basics Based on computational thinking has been conducted.It also makes further improvement on the quality of the experiment of computer basics.

Key words：computational thinking； experimental teaching； research

1 計(jì)算思維的概念

2006年，美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在《Communications of the ACM》雜志上給出了了計(jì)算思維（Computational Thinking）的定義。周以真教授認(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(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類(lèi)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)。

為了易于理解，周教授將計(jì)算思維進(jìn)一步定義為：通過(guò)約簡(jiǎn)、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，把一個(gè)看來(lái)困難的問(wèn)題重新闡釋成一個(gè)我們知道問(wèn)題怎樣解決的方法；是一種遞歸思維，是一種并行處理，是一種把代碼譯成數(shù)據(jù)又能把數(shù)據(jù)譯成代碼，是一種多維分析推廣的類(lèi)型檢查方法；是一種采用抽象和分解來(lái)控制龐雜的任務(wù)或進(jìn)行巨大復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，是基于關(guān)注分離的方法（SoC方法）；是一種選擇合適的方式去陳述一個(gè)問(wèn)題，或?qū)σ粋€(gè)問(wèn)題的相關(guān)方面建模使其易于處理的思維方法；是按照預(yù)防、保護(hù)及通過(guò)冗余、容錯(cuò)、糾錯(cuò)的方式，并從最壞情況進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)的一種思維方法；是利用啟發(fā)式推理尋求解答，也即在不確定情況下的規(guī)劃、學(xué)習(xí)和調(diào)度的思維方法；是利用海量數(shù)據(jù)來(lái)加快計(jì)算，在時(shí)間和空間之間，在處理能力和存儲(chǔ)容量之間進(jìn)行折中的思維方法。

2 計(jì)算思維在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中的地位

2010年，我國(guó)九校聯(lián)盟計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明指出：計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)是培養(yǎng)大學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力不可或缺的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)復(fù)合型人才的重要組成部分；必須正確認(rèn)識(shí)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的重要地位，把培養(yǎng)學(xué)生的“計(jì)算思維”能力作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)。計(jì)算和計(jì)算思維是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的基本理論和基本思維，科學(xué)家已將計(jì)算思維和理論思維、實(shí)驗(yàn)思維并列為人類(lèi)三大科學(xué)思維，為此，高校就應(yīng)該將計(jì)算思維的基本概念和基本理論講授給大學(xué)生。

綜上所述，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)不僅是高校通識(shí)教育的重要組成部分，而且是提高大學(xué)生綜合素質(zhì)和培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的重要途徑。在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育中，不斷注重和深化“計(jì)算思維”的培養(yǎng)，必將促進(jìn)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育學(xué)科的健康、可持續(xù)發(fā)展，加快國(guó)家創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)步伐。

3 構(gòu)建基于計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)是培養(yǎng)大學(xué)生計(jì)算思維能力的重要課程載體。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)作為實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)在其中的作用顯得尤為重要，可以說(shuō)只有單純的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論教學(xué)而沒(méi)有計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是不可想象的。目前，國(guó)內(nèi)多數(shù)高校的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程只在大學(xué)一年級(jí)開(kāi)設(shè)，每學(xué)期的總學(xué)時(shí)一般為32或48學(xué)時(shí)，理論和實(shí)驗(yàn)的學(xué)時(shí)數(shù)之比是1：1，甚至是2：1以上，多數(shù)教師和學(xué)生認(rèn)為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程開(kāi)設(shè)時(shí)間較短，總學(xué)時(shí)較少，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)所占比例較低，希望學(xué)校可以將計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程如英語(yǔ)、數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)課程一樣貫穿大學(xué)教學(xué)全過(guò)程，即使在總學(xué)時(shí)不能增加的情況下，適當(dāng)減少理論學(xué)時(shí)，增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，給學(xué)生提供更多的動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)。

我校在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革中，進(jìn)行了基于計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索和研究，修訂了實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，開(kāi)展了課外教學(xué)實(shí)踐，調(diào)整了課程考核方式，逐步培養(yǎng)學(xué)生具備與算術(shù)、閱讀和寫(xiě)字等技能一樣的計(jì)算思維能力，使學(xué)生能自覺(jué)地將其應(yīng)用于日常的學(xué)習(xí)、研究和工作中，以更好地滿足當(dāng)今信息社會(huì)高速發(fā)展的需要。

3.1 修訂了基于計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱

首先，我們組織了校內(nèi)外多個(gè)學(xué)科的專(zhuān)家和多名一線專(zhuān)業(yè)教師，基于計(jì)算思維對(duì)我校的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱進(jìn)行了大幅度修訂。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱的修訂，充分考慮了學(xué)生的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，結(jié)合了各學(xué)科的應(yīng)用范圍，分析了各個(gè)專(zhuān)業(yè)在課程體系的設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容的安排和學(xué)生的思維方式、能力等方面存在的差異，設(shè)計(jì)了符合學(xué)生認(rèn)知水平和接受能力的計(jì)算思維培養(yǎng)方案。

實(shí)驗(yàn)一般分為三種類(lèi)型：（1）驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，可以幫助學(xué)生掌握各知識(shí)點(diǎn)的基本內(nèi)容，使學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中逐漸領(lǐng)悟到計(jì)算思維在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的引領(lǐng)作用；（2）設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，可以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用抽象思維方式構(gòu)建常用數(shù)學(xué)模型的方法，借此了解運(yùn)用計(jì)算思維方法處理問(wèn)題的過(guò)程；（3）綜合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，可以最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，是學(xué)生計(jì)算思維能力的最好體現(xiàn)，其內(nèi)容的選取既要反映各學(xué)科對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的實(shí)際需求，也要涵蓋計(jì)算思維思想。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱的設(shè)計(jì)中要充分考慮這三種實(shí)驗(yàn)類(lèi)型的區(qū)別，精心設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目，滿足學(xué)生學(xué)習(xí)需要。

3.2 改進(jìn)了基于計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。把培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維融入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)中，可以解決理論教學(xué)中“教什么”、“為何教”以及“如何教”等一系列教學(xué)難題。endprint

我校在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，注重發(fā)揮教師和學(xué)生的能動(dòng)作用。每學(xué)期開(kāi)學(xué)前，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教師會(huì)將教學(xué)課件、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和參考資料發(fā)布在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)平臺(tái)上，如圖1所示，學(xué)生可以使用個(gè)人賬號(hào)登錄網(wǎng)站學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)時(shí)間和地點(diǎn)不局限于課內(nèi)和教室，可以隨時(shí)隨地訪問(wèn)教學(xué)平臺(tái)自主學(xué)習(xí)。教學(xué)平臺(tái)還設(shè)有答疑區(qū)，有教師及時(shí)回答學(xué)生的提問(wèn)。教師和所教班學(xué)生建立學(xué)習(xí)QQ群，在群里及時(shí)發(fā)布和討論相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容。在實(shí)驗(yàn)時(shí)采用小組制，5-7人一組，每組指定程度較好的一名學(xué)生為組長(zhǎng)，負(fù)責(zé)全組的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，小組成員的座位相鄰，有問(wèn)題及時(shí)討論，內(nèi)部解決不了的再請(qǐng)教教師，這樣既避免了教師因帶學(xué)生過(guò)多而指導(dǎo)不過(guò)來(lái)的情況出現(xiàn)，也有助于提高學(xué)生的發(fā)現(xiàn)能力、分析能力、操作能力、協(xié)作能力、書(shū)面表達(dá)能力、語(yǔ)言表述能力等。

3.3 開(kāi)展了基于計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課外實(shí)踐教學(xué)

使用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際生產(chǎn)生活的問(wèn)題時(shí)，只有熟悉計(jì)算機(jī)軟件和硬件的特點(diǎn)、遵循計(jì)算機(jī)的工作方式、運(yùn)用計(jì)算思維，才能應(yīng)用計(jì)算機(jī)順利實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。為了提高學(xué)生實(shí)際運(yùn)用計(jì)算機(jī)的能力，我校除了注重課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)外，還積極開(kāi)展計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課外實(shí)踐教學(xué)。聯(lián)系了統(tǒng)計(jì)局、財(cái)政局、軟件公司、廣告公司、電子商務(wù)公司等單位，設(shè)立多個(gè)課外實(shí)踐教學(xué)點(diǎn)，積極組織學(xué)生參與其日常運(yùn)行管理，了解其實(shí)際需求，解決其存在的問(wèn)題，真正地在實(shí)踐中掌握各種技能。經(jīng)驗(yàn)證明，開(kāi)展計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課外實(shí)踐教學(xué)是一種雙贏的方式。

3.4 調(diào)整了基于計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程考核方式

課程的考核方式對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)該門(mén)課程的積極性影響很大。我校將計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程列為考試課程，而且增大了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的學(xué)分，使學(xué)生必須要高度重視計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)。我校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程考試采用上機(jī)方式考試，由題庫(kù)隨機(jī)抽題組卷，考試系統(tǒng)自動(dòng)評(píng)分，不再進(jìn)行筆試考試。課程成績(jī)?cè)u(píng)定方法：平時(shí)成績(jī)占40%，考試成績(jī)占60%，平時(shí)成績(jī)由教學(xué)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)、小組表現(xiàn)、課外實(shí)踐、考勤、獎(jiǎng)勵(lì)等綜合評(píng)定。考核方式充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，學(xué)生不再為了考試而學(xué)習(xí)，而是更關(guān)注學(xué)習(xí)過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，切實(shí)提高自身的信息素養(yǎng)，為今后走上工作崗位解決實(shí)際問(wèn)題奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的重要內(nèi)容，是高校實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)大學(xué)生計(jì)算思維能力的重要載體。高校應(yīng)以培養(yǎng)計(jì)算思維為目標(biāo)開(kāi)展計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，改進(jìn)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和教學(xué)方法，提高計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，全面提高學(xué)生的信息素養(yǎng)和專(zhuān)業(yè)技能。

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