面向計(jì)算思維培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革和實(shí)踐

林琳

摘 要 本文闡述了計(jì)算思維對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的重要性。提出了借助“互聯(lián)網(wǎng)+”教學(xué)以提高學(xué)生計(jì)算思維能力為目標(biāo)的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革方式，并進(jìn)行了有益的探索。

關(guān)鍵詞 計(jì)算思維 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué) 互聯(lián)網(wǎng)+

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.12.057

Abstract This paper expounds the importance of Computational Thinking for students' innovative thinking. The college basic computer course aims to improve students' Computational Thinking is put forward with the teaching method based on "Internet+". The beneficial exploration is also carried out.

Keywords Computational Thinking； computer basic teaching； Internet+

信息化的社會(huì)需要大量的信息技術(shù)人才，繼理論科學(xué)和實(shí)驗(yàn)科學(xué)的之后，計(jì)算科學(xué)日益受到重視，當(dāng)今社會(huì)需要大量的可以利用計(jì)算科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)科學(xué)問題進(jìn)行求解的人才。[1]計(jì)算思維就是學(xué)生利用計(jì)算知識(shí)解決問題體現(xiàn)的思維形式。

1 計(jì)算思維發(fā)展研究現(xiàn)狀

2006年，計(jì)算思維（Computational Thinking）[2，3]概念被首次提出，提出者卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的周以真教授將其定義為：“運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)之廣度的一系列思維活動(dòng)”。其實(shí)，計(jì)算思維的思想自古有之，古時(shí)候，人們利用算盤、算籌進(jìn)行輔助的數(shù)學(xué)計(jì)算，現(xiàn)今，人們使用現(xiàn)代化的計(jì)算工具進(jìn)行大規(guī)模的超級(jí)計(jì)算，這些都是使用了計(jì)算思維的思想，是計(jì)算思維的體現(xiàn)。美國國家基金會(huì)2007年基礎(chǔ)科學(xué)研究計(jì)劃“Pathways of Revitalized Undergraduate Computing Education”提出要加強(qiáng)美國大學(xué)計(jì)算機(jī)教育力度，明確以“計(jì)算思維”為核心的美國大學(xué)計(jì)算機(jī)教育改革。

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課是大學(xué)階段的第一門計(jì)算機(jī)類課程，其主要目的之一就是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。[4]同時(shí)也屬于培養(yǎng)大學(xué)生的綜合素質(zhì)，實(shí)踐創(chuàng)新能力的重要課程。在2012年，有22個(gè)以計(jì)算思維為主導(dǎo)思想的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革項(xiàng)目獲得教育部高教司的資助，在如今的大學(xué)中，以培養(yǎng)當(dāng)代大學(xué)生計(jì)算思維為目的，同時(shí)提升學(xué)生信息素養(yǎng)的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程改革日益受到重視。

由此可見，以計(jì)算思維培養(yǎng)為主導(dǎo)思想的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革勢(shì)在必行，如何建立面向課程體系的整體性計(jì)算思維的培養(yǎng)模式，如何利用現(xiàn)有環(huán)境進(jìn)一步提高學(xué)生的計(jì)算思維能力，是本文研究的重點(diǎn)。

2 關(guān)于計(jì)算思維存在的問題和誤區(qū)

2.1 計(jì)算思維就是會(huì)使用計(jì)算機(jī)

有人認(rèn)為，現(xiàn)在的學(xué)生從初中甚至小學(xué)起就開始學(xué)習(xí)信息技術(shù)，已經(jīng)很好地掌握了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，操作也沒有問題了，計(jì)算思維可有可無。然而，通過調(diào)研考察，實(shí)際情況并非如此，本校學(xué)生入學(xué)后經(jīng)過測(cè)試考核發(fā)現(xiàn)，由于地域差異，各學(xué)校重視程度和中考高考?jí)毫Φ仍?，學(xué)生的計(jì)算機(jī)水平參差不齊，差別巨大，只有極少數(shù)學(xué)生較好地掌握了計(jì)算機(jī)的基本操作并能靈活應(yīng)用，大多數(shù)學(xué)生并未系統(tǒng)學(xué)習(xí)過計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，僅僅限于可以應(yīng)付考試，部分知識(shí)處于死記硬背水平，僅僅對(duì)于聊天游戲等操作熟練，根本無法將所學(xué)知識(shí)靈活應(yīng)用解決實(shí)際專業(yè)問題。

2.2 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)多，課時(shí)壓縮嚴(yán)重

現(xiàn)在的觀點(diǎn)認(rèn)為非計(jì)算機(jī)專業(yè)需要的計(jì)算機(jī)知識(shí)就是使用學(xué)會(huì)使用本專業(yè)的工具軟件，因而課時(shí)被大大壓縮。另外，由于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)涉及到的知識(shí)廣泛而豐富，若想將知識(shí)點(diǎn)全部講通講透在有限的課時(shí)內(nèi)根本不可能完成，而學(xué)生希望通過強(qiáng)行記憶知識(shí)點(diǎn)通過考試，之后則很快遺忘，并不能將所學(xué)知識(shí)真正掌握。

2.3 現(xiàn)有計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系內(nèi)容有待更新

計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容也應(yīng)該緊跟發(fā)展的步伐。但是，現(xiàn)在部分教學(xué)內(nèi)容并不能進(jìn)行及時(shí)的更新和調(diào)整，難以體現(xiàn)最新的計(jì)算技術(shù)和計(jì)算思維理念，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)等課程之間難以銜接，硬軟件之間界限明顯，學(xué)生很難融會(huì)貫通進(jìn)行理解，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不好，積極性下降。

2.4 無法靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，教學(xué)效果不理想

學(xué)生學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)知識(shí)和實(shí)踐不能有效結(jié)合，在實(shí)踐設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，不會(huì)合理使用網(wǎng)絡(luò)搜集資料，不會(huì)使用文獻(xiàn)檢索工具檢索文獻(xiàn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)不會(huì)借助工具軟件進(jìn)行分析，不能合理利用計(jì)算工具導(dǎo)致工作效率低下。以上這些都顯示學(xué)生的計(jì)算思維能力差，其能力未達(dá)到預(yù)期教學(xué)水平。

3 如何促進(jìn)計(jì)算思維的培養(yǎng)

計(jì)算思維的核心是基于計(jì)算模型和約束的問題求解，要求建立運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算方法解決實(shí)際問題的能力。[5]主要包括在解決實(shí)際問題時(shí)充分運(yùn)用計(jì)算機(jī)工具，將現(xiàn)有問題抽象分解為計(jì)算機(jī)可解決問題，較好地構(gòu)建問題模型并找到合適的計(jì)算方法，編寫程序或調(diào)用軟件來解決專業(yè)實(shí)際問題等。

3.1 “互聯(lián)網(wǎng)+”促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維能力培養(yǎng)

為了適應(yīng)本科教育發(fā)展的需求，促進(jìn)計(jì)算思維的培養(yǎng)，借助“互聯(lián)網(wǎng)+”進(jìn)行實(shí)施將會(huì)收到事半功倍的效果，[6，7]利用“互聯(lián)網(wǎng)+”進(jìn)行教學(xué)，給傳統(tǒng)的教學(xué)模式插上了能夠自由騰飛的翅膀，利用互聯(lián)網(wǎng)的開放自由模式可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教育資源的共享，實(shí)現(xiàn)在線教學(xué)，實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的個(gè)性教學(xué)等，多樣化的教學(xué)方式必然能夠獲得更好的學(xué)習(xí)效果。endprint

3.2 利用“互聯(lián)網(wǎng)+”更好地學(xué)習(xí)前沿學(xué)科專業(yè)知識(shí)和技術(shù)

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”課程教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在更豐富優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源的共享，更豐富的教學(xué)信息，更便捷自主的學(xué)習(xí)環(huán)境。這些對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力是非常有利的。此外，學(xué)生在學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)定、學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)習(xí)環(huán)境等方面可以獲得更多的選擇余地，現(xiàn)在利用全民普及的智能手機(jī)，方便快捷的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生和教師的學(xué)習(xí)互動(dòng)將不僅僅局限于課堂，隨時(shí)隨地可以進(jìn)行一對(duì)一或一對(duì)多的教學(xué)輔導(dǎo)，教師和學(xué)生擁有靈活自由的時(shí)間和教學(xué)空間。教師和學(xué)生可以隨時(shí)進(jìn)行教學(xué)信息分享、教學(xué)互動(dòng)。網(wǎng)絡(luò)匯聚了大量的視頻資料，通過MOOC和SPOC課程的形式可以獲得更優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，學(xué)習(xí)到課堂上沒有的鮮活實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

3.3 強(qiáng)化實(shí)踐鍛煉整體化教學(xué)

以計(jì)算思維為主線，充分利用實(shí)驗(yàn)室、實(shí)習(xí)基地等環(huán)境，強(qiáng)化實(shí)踐鍛煉的整體化教學(xué)，促進(jìn)計(jì)算思維教育的延伸和擴(kuò)展。在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的過程中，可以利用多種手段進(jìn)行教學(xué)，能夠更好地強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，可以通過設(shè)計(jì)較大型的設(shè)計(jì)實(shí)踐任務(wù)，再拆解各個(gè)任務(wù)環(huán)節(jié)，通過互聯(lián)網(wǎng)獲得豐富的教學(xué)資源和方便快捷的計(jì)算工具來實(shí)現(xiàn)任務(wù)，這樣的學(xué)習(xí)過程可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的靈活運(yùn)用和理解。

4 總結(jié)

對(duì)于高校學(xué)生，尤其是非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生，培養(yǎng)良好的計(jì)算思維能力對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)和認(rèn)知能力具有重大意義，較好的計(jì)算思維能力能大大提高學(xué)生的認(rèn)知能力和解決問題的能力，靈活地運(yùn)用計(jì)算機(jī)工具解決專業(yè)問題，實(shí)現(xiàn)從知識(shí)到真正能力的轉(zhuǎn)化。在目前，多數(shù)高校這方面開展的工作有限，因而本文研究內(nèi)容具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和探索新意。

吉林省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃一般規(guī)劃課題，課題名稱：面向“計(jì)算思維”培養(yǎng)的非計(jì)算機(jī)專業(yè)“互聯(lián)網(wǎng)+計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)”改革和實(shí)踐，課題批準(zhǔn)號(hào)：GH170480

參考文獻(xiàn)

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