面向計(jì)算思維的《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》課程建設(shè)的探究

余田

摘要：該文構(gòu)建了面向計(jì)算思維能力培養(yǎng)的《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》課程建設(shè)，對(duì)課程內(nèi)容融合了計(jì)算思維概論、計(jì)算思維經(jīng)典算法、“互聯(lián)網(wǎng)+專業(yè)”主題教育;對(duì)課程的教學(xué)模式進(jìn)行了線上線下混合教學(xué)模式的改革，對(duì)教學(xué)評(píng)價(jià)提出了多維評(píng)價(jià)，旨在提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)操作能力，能夠利用計(jì)算思維有效解決現(xiàn)實(shí)難題。

關(guān)鍵詞：《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》;計(jì)算思維;“互聯(lián)網(wǎng)+”;課程建設(shè)

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1009-3044（2018）31-0134-03

Thoughts on the Construction of “Computer Application Foundation Course”for Computational Thinking

YU Tian

（Nanjing Institute of Industry Technology， Nanjing 210023， China）

Abstract： This paper constructs the course of "Computer Application Foundation" for the cultivation of computational thinking ability. It integrates the introduction of computational thinking， the classical algorithm of computational thinking， and the "Internet + professional" theme education. The online teaching and learning mode of the course is mixed online and offline. The reform of teaching mode has proposed a multi-dimensional evaluation of teaching evaluation， aiming at improving students' computer operation ability and using computational thinking to effectively solve practical problems.

Key words： “Computer application foundation”; computational thinking; "Internet +"; course construction

1 引言

大學(xué)計(jì)算機(jī)是面向高校開設(shè)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育課程，是培養(yǎng)信息時(shí)代大學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力不可或缺的重要環(huán)節(jié)。教育部高等教育司組織“大學(xué)計(jì)算機(jī)課程改革研討會(huì)”提出：合理定位大學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)的內(nèi)容，形成科學(xué)的知識(shí)體系、穩(wěn)定的知識(shí)結(jié)構(gòu)，使之成為重要的通識(shí)類課程之一，是大學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)改革的重要方向;以計(jì)算思維為切入點(diǎn)是今后大學(xué)計(jì)算機(jī)課程深化改革、提高質(zhì)量的核心任務(wù)。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)于2015年最新編發(fā)了《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》一書指出：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問(wèn)題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為的一系列思維活動(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)，能夠使各專業(yè)的學(xué)生廣泛接受計(jì)算思維方法的訓(xùn)練，對(duì)普遍提升大學(xué)生的創(chuàng)新思維能力、具備復(fù)合交叉知識(shí)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提升中國(guó)未來(lái)在科技與教育領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)具有重要的意義。

2 計(jì)算思維是什么

2.1 計(jì)算思維定義

2006年3月，美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在美國(guó)計(jì)算機(jī)權(quán)威期刊《Communications of the ACM》雜志上給出，并定義的計(jì)算思維（Computational Thinking）。周教授認(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)。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)人們知道問(wèn)題怎樣解決的方法。它如同所有人都具備的“讀、寫、算”能力一樣，是必須具備的思維能力，是數(shù)學(xué)思維和工程思維的集合，是每個(gè)人面對(duì)問(wèn)題時(shí)的思維路徑和有效工具。它是一種選擇最優(yōu)的方式描述一個(gè)問(wèn)題然后對(duì)問(wèn)題建模并迅速處理問(wèn)題的方法和途徑。計(jì)算模型和計(jì)算思維的工作步驟如圖1所示。

2.2 計(jì)算思維方法

當(dāng)人們遇到難題時(shí)首先會(huì)問(wèn)這個(gè)問(wèn)題難處在哪？應(yīng)該如何解決？已經(jīng)具備了哪些條件？所處的環(huán)境是如何的？還需要做哪些工作？做了這些工作最壞的結(jié)果是什么？最好的結(jié)果是什么？也許人們還沒有意識(shí)到這一系列的思考過(guò)程其實(shí)就是計(jì)算思維的雛形。計(jì)算思維包括了涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)，計(jì)算機(jī)科學(xué)根據(jù)堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)來(lái)準(zhǔn)確地回答這些問(wèn)題，表述問(wèn)題的難度就是工具的基本能力，必須考慮的因素包括機(jī)器的指令系統(tǒng)、資源約束和操作環(huán)境。為了有效解決這個(gè)難題，人們可能還會(huì)自問(wèn)：是不是只有這一種解決辦法，是否需要查找其他辦法，以及是否允許誤報(bào)（false positive）和漏報(bào)（false negative）。計(jì)算思維就是利用計(jì)算機(jī)科學(xué)中的多種理論方法建立計(jì)算模型，結(jié)合現(xiàn)有環(huán)境，創(chuàng)造有利條件完成最終目標(biāo)。

3 基于計(jì)算思維的《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》課程建設(shè)

3.1 課程建設(shè)目標(biāo)

《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》課程是面向全院的公共基礎(chǔ)必修課，著重講授計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本操作技能。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展，新理念的運(yùn)用和新技術(shù)的誕生提高了學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)認(rèn)知和操作的要求，引導(dǎo)學(xué)生理解計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、掌握基本操作技能、解決計(jì)算機(jī)實(shí)際問(wèn)題、鍛煉計(jì)算思維解決問(wèn)題，將專業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)相融合是《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》課程教學(xué)的新目標(biāo)。

3.2 課程教學(xué)內(nèi)容建設(shè)

3.2.1 計(jì)算機(jī)思維概述

計(jì)算機(jī)組成及工作原理具有基礎(chǔ)性、應(yīng)用性，可以為進(jìn)一步學(xué)習(xí)、研究、推動(dòng)計(jì)算思維落地，計(jì)算思維概述介紹計(jì)算思維的概念、特征、方法和應(yīng)用，讓學(xué)生具備計(jì)算思維的認(rèn)識(shí)，了解計(jì)算思維是通過(guò)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的方法解決問(wèn)題，使用抽象分解、冗余糾錯(cuò)、約簡(jiǎn)仿真、遞歸并行等方法處理龐大復(fù)雜的任務(wù)或設(shè)計(jì)復(fù)雜的系統(tǒng)。

3.2.2 辦公技能綜合訓(xùn)練

隨著計(jì)算機(jī)的普及，各行各業(yè)離不開計(jì)算機(jī)的基本操作，學(xué)生熟練掌握辦公軟件基本技能為將來(lái)就業(yè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。Windows操作系統(tǒng)部分除了熟練掌握Windows的基本操作，添加學(xué)生安裝操作系統(tǒng)環(huán)節(jié)，鍛煉實(shí)際操作能力;Word操作部分添加綜合案例，進(jìn)行主題文檔的編輯，如制作求職簡(jiǎn)歷、論文排版等，提升學(xué)生的編輯應(yīng)用能力;Excel操作部分添加綜合案例，如成績(jī)匯總表、銷售表單等，提升學(xué)生實(shí)踐操作能力;PPT操作部分添加主題匯報(bào)展示，如城市介紹、論文答辯等，為學(xué)生今后工作匯報(bào)奠定基礎(chǔ);最后添加常用軟件，比如幫助理清思路，梳理方法的思維導(dǎo)圖軟件，繪制流程圖、框圖的Visio軟件，以及編輯圖片，更換證件照背景的修圖軟件等。

3.2.3 計(jì)算思維養(yǎng)成

大學(xué)計(jì)算機(jī)教育一直傳授計(jì)算機(jī)理論和操作的知識(shí)體系，但是計(jì)算機(jī)運(yùn)行方法，人工智能的思維方式并沒有在教學(xué)中體現(xiàn)。計(jì)算思維課程主要培養(yǎng)學(xué)生的思想、方法、意識(shí)、興趣和能力，學(xué)會(huì)像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣思考，條理清晰、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)解決實(shí)際問(wèn)題。計(jì)算思維在計(jì)算機(jī)科學(xué)中最直接的體現(xiàn)就是算法的設(shè)計(jì)，課程介紹經(jīng)典的算法案例，如表1所示，讓學(xué)生感悟算法魅力，并將計(jì)算思維方式應(yīng)用到日常生活中。算法中分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)算法、實(shí)現(xiàn)算法，與日常處事種分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)方案，解決問(wèn)題的思路相對(duì)應(yīng)。

3.2.4 “計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用”章節(jié)建設(shè)

互聯(lián)網(wǎng)的普及已經(jīng)深入到學(xué)生日常生活學(xué)習(xí)中，一部手機(jī)可以幫助學(xué)生完成支付、出行、學(xué)習(xí)等，衣食住行的便利無(wú)不歸功于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，很多學(xué)校也已實(shí)現(xiàn)教學(xué)區(qū)和生活區(qū)的WIFI全覆蓋，追本溯源了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息傳輸原理以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)置是大學(xué)生必備的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技能基礎(chǔ)。在此章節(jié)添加搭建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、路由器設(shè)置環(huán)節(jié)，是大學(xué)生走向職場(chǎng)需要具備的基本技能。

表2? ?“互聯(lián)網(wǎng)+專業(yè)”主題教育

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3.2.5 “互聯(lián)網(wǎng)+專業(yè)”專題建設(shè)

職業(yè)院校培養(yǎng)學(xué)生的驅(qū)動(dòng)就是為了高質(zhì)量就業(yè)，“互聯(lián)網(wǎng)+”是“互聯(lián)網(wǎng)+各個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)”，但并不是簡(jiǎn)單的兩者相加，而是利用信息通信技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，讓互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)進(jìn)行深度融合，創(chuàng)造新的發(fā)展生態(tài)。在《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》課程中為學(xué)生演示現(xiàn)代社會(huì)的互聯(lián)網(wǎng)新興應(yīng)用技術(shù)，設(shè)置主題教學(xué)作為職業(yè)計(jì)算機(jī)導(dǎo)論很有必要。結(jié)合學(xué)院具體專業(yè)開展對(duì)應(yīng)的主題課，如表2所示，為大學(xué)生展示講解計(jì)算機(jī)技術(shù)與專業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用已是大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的必然方向。

3.3 課程教學(xué)模式建設(shè)

計(jì)算思維融合的《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》課程教學(xué)采用建構(gòu)主義的教學(xué)理念，充分發(fā)揮學(xué)生個(gè)體的主觀能動(dòng)性，學(xué)習(xí)過(guò)程中以原有的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，用探究、討論等方法在頭腦中主動(dòng)建構(gòu)學(xué)習(xí)知識(shí)，通過(guò)與外界的相互作用來(lái)建構(gòu)新的理解，培養(yǎng)學(xué)生使用計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的理念分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和創(chuàng)造性的思維能力。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)的學(xué)習(xí)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)線上線下的混合教學(xué)模式，線上整合優(yōu)質(zhì)微課資源，線下課堂為學(xué)生答疑解惑，拓展練習(xí);采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)、案例教學(xué)、等多種教學(xué)方法穿插在不同的教學(xué)環(huán)節(jié)中;使用多種信息化手段，比如藍(lán)墨云班課、極域課堂管理軟件等高效完成教學(xué)目標(biāo)，突破重難點(diǎn)，系統(tǒng)優(yōu)化學(xué)習(xí)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化信息化教學(xué)模式。

3.4 課程教學(xué)評(píng)價(jià)建設(shè)

大數(shù)據(jù)時(shí)代計(jì)算思維融合的《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》課程教學(xué)評(píng)價(jià)主體多元化、方式多樣化，通過(guò)形成性、終結(jié)性評(píng)價(jià)，合理使用定性和定量的綜合評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)指標(biāo)不僅包括計(jì)算機(jī)理論知識(shí)、操作技能、還應(yīng)包括學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、應(yīng)變能力和計(jì)算機(jī)思維意識(shí)等。課程評(píng)價(jià)運(yùn)用科學(xué)的評(píng)價(jià)方式，使用考試系統(tǒng)當(dāng)堂檢測(cè)學(xué)生掌握情況、網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)記錄學(xué)生課前課后學(xué)習(xí)軌跡和提問(wèn)記錄，結(jié)合學(xué)生的行為投入（出勤、課前準(zhǔn)備、課堂表現(xiàn)）、認(rèn)知投入（學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法）、情感投入（師生交流、學(xué)科態(tài)度）按照比例給予評(píng)價(jià)，同時(shí)教師通過(guò)學(xué)生學(xué)習(xí)反饋和學(xué)生評(píng)教改進(jìn)教學(xué)，教學(xué)相長(zhǎng)。

4 總結(jié)和展望

面向計(jì)算思維的《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》課程建設(shè)是一次巨大的改革實(shí)踐，對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)評(píng)價(jià)多維度改革，以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力為目標(biāo)，踐行學(xué)院“手腦并用，雙手萬(wàn)能”的職業(yè)理念，提升學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力和解決問(wèn)題的能力。面向計(jì)算思維的《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》課程在2018-2019學(xué)年第一學(xué)期以計(jì)算機(jī)與軟件學(xué)院作為試點(diǎn)教學(xué)，教學(xué)過(guò)程嚴(yán)格按照教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行教學(xué)計(jì)劃，科學(xué)考察學(xué)生學(xué)習(xí)效果，根據(jù)教學(xué)實(shí)際情況持續(xù)跟蹤、調(diào)整教學(xué)安排，總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)大學(xué)生計(jì)算思維能力，解決實(shí)際難題！

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