“計算機導(dǎo)論”課程教學(xué)“痛點”分析與對策

王劍

【摘 要】本文較詳細(xì)地闡述了計算思維在計算機導(dǎo)論課程教學(xué)中的應(yīng)用狀況和特點分析，列舉了計算機導(dǎo)論課程授課中存在的“痛點”，針對論述的“痛點”，提出了計算機導(dǎo)論課程教學(xué)的有效的對策，并提出了展望。

【關(guān)鍵詞】計算機導(dǎo)論；計算思維；課程教學(xué)

中圖分類號： G642；TP3-4 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）28-0198-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.28.090

【Abstract】This paper expounds the application and characteristics of computational thinking in the teaching of Introduction to Computer， lists the “pain points” in the teaching of Introduction to Computer， and puts forward effective countermeasures and prospects for the “pain points” discussed.

【Key words】Introduction to Computer； Computational Thinking； Course Teaching

2018年1月，教育部發(fā)布了《普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱標(biāo)準(zhǔn)），這是向全國、全世界發(fā)布的第一個高等教育教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)指出，“計算機科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)空間信息安全等計算機類學(xué)科，統(tǒng)稱為計算學(xué)科。計算學(xué)科已經(jīng)成為基礎(chǔ)技術(shù)學(xué)科。隨著計算機和軟件技術(shù)的發(fā)展，繼理論和實驗后計算成為第三大科學(xué)研究范型，從而使計算思維成為現(xiàn)代人類重要的思維方式之一?！睒?biāo)準(zhǔn)亦指出”學(xué)科基礎(chǔ)知識被視為專業(yè)類基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學(xué)生計算思維、程序設(shè)計與實現(xiàn)、算法分析與設(shè)計、系統(tǒng)能力等專業(yè)基本能力”，計算機導(dǎo)論是計算機類的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是引導(dǎo)新生了解并掌握基礎(chǔ)知識點，對計算機專業(yè)入門的重要前導(dǎo)課程。通過標(biāo)準(zhǔn)可以發(fā)現(xiàn)，目前計算思維的培養(yǎng)和學(xué)習(xí)已經(jīng)成為計算機導(dǎo)論課程必須重視和強調(diào)的組成部分。

計算思維是美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計算機科學(xué)系教授周以真倡導(dǎo)的新興思維模式，是計算機專業(yè)的重要組成部分。美國計算機協(xié)會也指出“ 計算思維”與“ 計算機導(dǎo)論” 課程應(yīng)該綁定在一起， 而且應(yīng)該在該課程中講述計算思維的本質(zhì)和應(yīng)用 。2010 年以來，國內(nèi)高校逐步開設(shè)了以計算機導(dǎo)論（基于計算思維）、計算思維導(dǎo)論、計算思維概論、計算思維基礎(chǔ)等命名的課程。但是經(jīng)過數(shù)年來對計算機導(dǎo)論教材的調(diào)研和一線教學(xué)、實驗活動使用，我們發(fā)現(xiàn)了目前“計算機導(dǎo)論”教材仍然存在一些無法回避的“痛點”：

一是仍然有超過80%的專業(yè)計算機導(dǎo)論教材依舊按照“計算機基礎(chǔ)”的模式編寫，甚至某些教材在前言中已經(jīng)指出該教材是為非計算機專業(yè)或者相近理工類專業(yè)服務(wù)的！這對于日益壯大的高校計算機專業(yè)及其其他理工類專業(yè)的需求是極為不利的，而且剩下的20%教材中也有即使采用了針對計算機專業(yè)的學(xué)科特點的知識體系，仍然存在著未能與時俱進，某些知識陳舊如完全沒有計算思維的引入，或者無法及時跟上目前計算機發(fā)展熱點和趨勢，或者講述比較偏于”高端化”的缺陷。比如有些教材還在繼續(xù)介紹比較老的操作系統(tǒng)和辦公自動化等工具軟件，計算機類的學(xué)生主要在導(dǎo)論中學(xué)習(xí)的不是這些基本軟件的操作使用，而是基本的原理和入門基礎(chǔ)，如果只是為了操作而操作，那就失去了專業(yè)性了。在當(dāng)前已經(jīng)進入到云存儲和云計算的年代，某些教材仍然對于03版本或者07版本孜孜不倦的介紹，與時代脫節(jié)嚴(yán)重，更與計算機類專業(yè)的大綱要求與國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)證沖突；還有些教材將計算機基礎(chǔ)和計算機導(dǎo)論混為一談，沒有將專業(yè)性放在首位，甚至理工類和文史類也使用同樣的課程大綱和教材，這就使得該基礎(chǔ)課與通識課混淆了，模糊了專業(yè)性和通識課之間的區(qū)別。有的教材引入了計算思維的講解，但是講述的非?；逎?，使用的術(shù)語太多而沒有解釋，讓很多新生或者入門者感到非常的吃力，打擊了學(xué)習(xí)的積極性，完全沒有激發(fā)學(xué)習(xí)的積極性。有的教材對當(dāng)前的信心技術(shù)和前沿趨勢視若無睹，依然抱著“老三樣”繼續(xù)講解，當(dāng)前正是人工智能和大數(shù)據(jù)為代表新興技術(shù)發(fā)展如火如荼的時代，如果在入門都未做相關(guān)介紹和引導(dǎo)，會使學(xué)生在真正需要學(xué)習(xí)該知識點時措手不及，缺乏前導(dǎo)知識?？偠灾?，不僅和市場脫節(jié)極其嚴(yán)重，也和高校與時俱進的教學(xué)理念產(chǎn)生沖突，更使得開設(shè)了該課程的單位存在著需要更好更貼近當(dāng)前教學(xué)要求教材的需求；

二是幾乎絕大部分計算機導(dǎo)論教材并未考慮到我國地域遼闊生源水平不同的問題，比如對于最核心的算法章節(jié)，絕大部分教材仍然采用了傳統(tǒng)的流程圖，N-S圖，偽代碼，少部分使用了python等語言進行表達，通過調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，我國廣大的專業(yè)大一新生在入校以前正規(guī)學(xué)過的計算機課程普遍偏少甚至為零，特別是目前高中培養(yǎng)模式下的非發(fā)達地區(qū)學(xué)子普遍是“0基礎(chǔ)”偏多，有些學(xué)生直接對老師說高中上信息課就被其他老師占用了，或者直接做卷子了事，這樣選擇了計算機類的新生的基礎(chǔ)基本上就可以預(yù)見了。而這樣的專業(yè)表現(xiàn)這就使得授課老師產(chǎn)生了疑惑和壓力，學(xué)生基礎(chǔ)薄弱甚至術(shù)語零基礎(chǔ)，如何能淺顯易懂的教授計算機類最重要的算法思維？算法思維屬于計算思維的一種具體化表達方式，屬于客觀世界抽象后形成的計算機世界的表達，算法和文檔的有序組織，才能形成有效的軟件程序。重視算法思維的教學(xué)，是計算機類基礎(chǔ)課和核心課教學(xué)的重要組成部分。國內(nèi)頂尖高校普遍重視在大學(xué)低年級階段就展開算法思維的教學(xué)工作，由于這些高校生源基礎(chǔ)好，學(xué)生普遍自學(xué)能力強，在入校前都有了一定的計算機類思維的培訓(xùn)甚至有項目經(jīng)歷，因而對于這些學(xué)校不存在上述問題，但是反過來說絕大部分高校由于種種原因，對這一塊的教學(xué)深化還有待加強。

三是絕大部分計算機導(dǎo)論課程教材對于基礎(chǔ)的計算機課程教學(xué)內(nèi)容與新興技術(shù)間的沖突處理不夠合理，近十年來計算機新興技術(shù)得到迅猛發(fā)展，如何在課程中處理基礎(chǔ)性的知識點和前沿知識點之間質(zhì)量和數(shù)量的程度成為授課老師的考慮問題。哪部分知識的多和少需要認(rèn)真思考和斟酌。

四是對新興技術(shù)不夠敏感，絕大部分教材對于近年來出現(xiàn)的普適計算、無線傳感器、邊緣計算、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等新興技術(shù)幾乎沒有涉略或者一筆帶過，在教材既沒有深度的情況下（這是這門課程決定的）， 也沒有了廣度，無法與時俱進。

因此，針對上述計算機導(dǎo)論課程中的“痛點”，課程的授課可以采用如下方法：

（1）課程可以緊緊的以《普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)--計算機類》和美國計算機協(xié)會ACM的CC2001報告為抓手，有效的將計算機導(dǎo)論課程和計算思維合理結(jié)合，清晰地給出了計算機學(xué)科的學(xué)習(xí)地圖。

（2）授課中應(yīng)該通俗易懂地闡述計算機導(dǎo)論知識，巧妙運用可視化編程方法，幫助薄弱基礎(chǔ)甚至零基礎(chǔ)的新生迅速入門并掌握相關(guān)知識點。可視化是利用計算機圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形或圖像在屏幕上顯示出來，并進行交互處理的理論、方法和技術(shù)。它涉及到計算機圖形學(xué)、圖像處理、計算機視覺、計算機輔助設(shè)計等多個領(lǐng)域，成為研究數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)處理、決策分析等一系列問題的綜合技術(shù)。目前正在飛速發(fā)展的虛擬現(xiàn)實技術(shù)也是以圖形圖像的可視化技術(shù)為依托的。依托可視化技術(shù)，可以有效地將許多原本晦澀枯燥的計算機類知識點更好的介紹給學(xué)生，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，擴展他們的學(xué)習(xí)視野。

（3）授課中應(yīng)該深入淺出的闡述了當(dāng)前新興計算機技術(shù)，既有時效性，又有系統(tǒng)性；同時良好的平衡了基礎(chǔ)內(nèi)容與計算機發(fā)展的前沿技術(shù)之間的度的把握。基礎(chǔ)內(nèi)容講多少？新興技術(shù)降多少？這個問題需要授課老師結(jié)合課程大綱要求，學(xué)生的現(xiàn)實基礎(chǔ)狀況和學(xué)科知識體系要求來綜合判斷。既不能對前沿科技熟視無睹，也不能因噎廢食對核心基礎(chǔ)內(nèi)容完全廢棄?？偠灾@是個系統(tǒng)性的需要群策群力的問題，必須慎重對待。

（4）導(dǎo)論課程應(yīng)該兼顧廣度和深度，廣度知識為先，兼顧一定程度的深度知識。比如對算法的講解，除了傳統(tǒng)的描述方法以外，python語言是個不錯的選擇，另外可視化表達方法如scratch，APP inventor等也是對算法描述的非常有益的補充。同時，除了排序，查找算法等，對于近年來的常用算法如網(wǎng)絡(luò)爬蟲，數(shù)據(jù)挖掘，文本壓縮等算法也有介紹。

總之，將計算思維和計算機導(dǎo)論有效結(jié)合綁定是一項需要積極對待和實踐的工作，需要不斷深化實踐和總結(jié)。在找到了計算機類只是入門的“痛點”基礎(chǔ)上，積極展開相關(guān)課程教學(xué)改革實踐活動，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，擴展他們的學(xué)習(xí)視野。

【參考文獻】

[1]國際教育技術(shù)學(xué)會 The International Society for Technology in Education ISTE[EB/OL].[2017-10-12].https：//www.iste.org/explore/categorylist？code=Computational+thinking.

[2]Computer Science Teachers Association CSTA[EB/OL].[2017-10-12].https：//www.csteachers.org/page/CompThinking.

[3]The UK Computing at School CAS [EB/OL].[2017-10-12].http：//community. computing school .org.uk/ resources/252.

[4]教育部高等學(xué)校大學(xué)計算機課程教學(xué)指導(dǎo)委員會.計算思維教學(xué)改革宣言[J].中國大學(xué)教學(xué)，2013（7）：7-10.

[5]大學(xué)計算機—計算思維導(dǎo)論（第2版）[M].張基溫，清華大學(xué)出版社，2017.6.