計(jì)算思維在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的實(shí)踐與探討

王文溥

（長(zhǎng)治學(xué)院 計(jì)算機(jī)系，山西 長(zhǎng)治 046011）

1 引言

計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)踐中，很多教師注重軟件操作方法的教學(xué)，技能上強(qiáng)調(diào)把計(jì)算機(jī)作為一種工具使用。如大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，就是學(xué)習(xí)操作計(jì)算機(jī)，使用一些工作、學(xué)習(xí)、生活中需要的辦公軟件或網(wǎng)絡(luò)聊天等工具就行了，對(duì)于計(jì)算機(jī)工作原理，只是在教材中以操作步驟形式重點(diǎn)描述即可，缺乏對(duì)問題的分析和解決思路的探究，造成學(xué)生學(xué)習(xí)了計(jì)算機(jī)軟件后，只能完成簡(jiǎn)單操作，而沒有深入掌握用該軟件解決復(fù)雜問題的本領(lǐng)，暴露出傳統(tǒng)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程重操作不重思維的教學(xué)弊端。需要從計(jì)算思維角度出發(fā)，創(chuàng)新實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程“技能培養(yǎng)”向“能力培養(yǎng)”轉(zhuǎn)化。

2 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)現(xiàn)狀及問題分析

2.1 教學(xué)內(nèi)容和課程設(shè)置存在不足

實(shí)際教學(xué)中，大部分學(xué)生只對(duì)實(shí)際操作感興趣，對(duì)理論知識(shí)學(xué)習(xí)缺乏學(xué)習(xí)動(dòng)力，暴露出教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生專業(yè)聯(lián)系不緊，且落后于日新月異的信息技術(shù)發(fā)展。而在課程設(shè)置上，有時(shí)又會(huì)因?qū)I(yè)學(xué)習(xí)需要，課時(shí)被擠占，造成學(xué)生對(duì)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)的態(tài)度問題。

2.2 教學(xué)方法和教學(xué)手段比較單一

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)時(shí)，一般都采用多媒體教學(xué)，讓學(xué)生在機(jī)房上機(jī)完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而后教師上機(jī)進(jìn)行指導(dǎo)。不僅教學(xué)方式方法單一，且只是讓學(xué)生學(xué)會(huì)一些常用軟件的操作，學(xué)到的知識(shí)和技能在實(shí)際中應(yīng)用不廣。

2.3 教學(xué)思維和教學(xué)模式還有缺陷

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)往往注重學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面的表現(xiàn)，對(duì)學(xué)生計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展思想和理論知識(shí)掌握缺少評(píng)價(jià)，教學(xué)上習(xí)慣讓學(xué)生應(yīng)用已有技術(shù)手段解決問題，啟發(fā)學(xué)生用科學(xué)思維方式探究解決問題方案缺少，培養(yǎng)創(chuàng)新精神不足，尤其是教學(xué)模式上缺少對(duì)學(xué)生分層、體現(xiàn)專業(yè)導(dǎo)向。

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)關(guān)鍵還要注重對(duì)計(jì)算思維的深入理解和應(yīng)用，要從教學(xué)過程進(jìn)行改變。一要使教師從原有的“工具論”教學(xué)觀念中解脫出來，轉(zhuǎn)而對(duì)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和行為理解上的求解，幫助學(xué)生從解決問題的思路上開展有效學(xué)習(xí)活動(dòng)。二要改變以往以演示和操作為主的教學(xué)模式。通過選取滿足計(jì)算思維能力培養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合實(shí)際引入新的教學(xué)模式，使“一言堂”教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)式教學(xué)。三要改革不合理的評(píng)價(jià)體系。通常教師把學(xué)生通過計(jì)算機(jī)等維考核作為教學(xué)質(zhì)量衡量標(biāo)準(zhǔn)，使教學(xué)不自覺會(huì)圍繞計(jì)算機(jī)考試大綱為重點(diǎn)實(shí)施教學(xué)，忽略了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論知識(shí)學(xué)習(xí)掌握，偏離等級(jí)考試本質(zhì)內(nèi)涵，也就使學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)去解決實(shí)際問題的能力偏弱，造成學(xué)用脫節(jié)現(xiàn)象。

3 計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程關(guān)系

計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)概念進(jìn)行問題求角、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、行為理解的系列思維活動(dòng)，它與大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程有著緊密聯(lián)系。一是求解的思維方法，通過約簡(jiǎn)、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真方法，幫助學(xué)生用抽象思維求解理論問題的能力、用計(jì)算機(jī)語言解決抽象問題的能力等，即：大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程核心內(nèi)容就是計(jì)算思維能力訓(xùn)練。二是設(shè)計(jì)和控制的思維方式。通過多維度分析推廣的類型檢查方法訓(xùn)練，形成與計(jì)算機(jī)并行的思維方式，既具備從最壞情況進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)的思維方式，包括預(yù)防、保護(hù)、冗余、容錯(cuò)、糾錯(cuò)等方式，又具備對(duì)龐雜的任務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行有效設(shè)計(jì)和控制的思維方式。這是大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)基礎(chǔ)性、普適性目標(biāo)，即：突出計(jì)算思維能力引導(dǎo)。三是規(guī)劃、學(xué)習(xí)和調(diào)度的思維方式。體現(xiàn)在一種時(shí)間和空間之間，以性能效率和存儲(chǔ)空間的平衡進(jìn)行折中的思維方式。包括對(duì)某些問題建模、啟發(fā)式推理等，與大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程存在的本質(zhì)性、傳導(dǎo)性內(nèi)在聯(lián)系，是優(yōu)化現(xiàn)有課程體系的依據(jù)參數(shù)。

4 計(jì)算思維嵌入大學(xué)計(jì)算機(jī)課堂的實(shí)踐

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)不僅要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算環(huán)境的認(rèn)識(shí)，更要突出培養(yǎng)學(xué)生掌握問題的計(jì)算求解方法。一是結(jié)合基礎(chǔ)理論與工具使用，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力。教學(xué)過程中，教師應(yīng)以引導(dǎo)手段讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，如：學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)時(shí)，可通過“手機(jī)上網(wǎng)的WIFI網(wǎng)絡(luò)和4G網(wǎng)絡(luò)有何不同？”、“機(jī)房的計(jì)算機(jī)是如何網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的？”等問題，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，激發(fā)學(xué)生自主思維活動(dòng)，從而嘗試去解決問題。二是讓學(xué)生在實(shí)踐中掌握所學(xué)知識(shí)與技能，達(dá)到計(jì)算思維能力訓(xùn)練目的。實(shí)踐教學(xué)中，要幫助學(xué)生從計(jì)算思維角度理解計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論，需要把知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行編排和改造，使計(jì)算思維融入“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”?？砂凑铡八季S方式－抽象研究－基礎(chǔ)理論”為主線的教學(xué)層次，幫助學(xué)生掌握“合理抽象、高效實(shí)現(xiàn)”為特征的知識(shí)體系，使學(xué)生較好理解計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)與抽象問題的求解關(guān)系。如：在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程中，可從普通郵遞信函在得地郵局之間的傳遞方式，引導(dǎo)出多個(gè)計(jì)算機(jī)終端進(jìn)行連接的問題，啟發(fā)學(xué)生實(shí)現(xiàn)多臺(tái)計(jì)算機(jī)或電子設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)集成辦法，通過認(rèn)知、掌握多個(gè)計(jì)算機(jī)設(shè)備連接，乃至跨省市、國家等遠(yuǎn)距離的連接，激發(fā)學(xué)生對(duì)連接抽象問題的思考和研究，從而引出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)中的網(wǎng)絡(luò)概念、網(wǎng)絡(luò)分類、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等基礎(chǔ)概念，進(jìn)而介紹傳統(tǒng)思維方式與計(jì)算思維方式的差異，引出計(jì)算方法和程序設(shè)計(jì)語言等學(xué)習(xí)內(nèi)容，并教育學(xué)生以計(jì)算思維方式設(shè)計(jì)算法和程序。三是把計(jì)算思維與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)理論到應(yīng)用過渡。通常，大學(xué)計(jì)算機(jī)課堂是以教師對(duì)教材內(nèi)容的講授為主，通過課題貫穿、循序漸進(jìn)及多視角教學(xué)或多媒體課件進(jìn)行知識(shí)傳播時(shí)，進(jìn)行思維引導(dǎo)。因此，在理論課時(shí)要做好驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，融入計(jì)算思維中的遞歸、并行、轉(zhuǎn)化、抽象等概念，以趣味性鼓勵(lì)學(xué)生完成自主選取的任務(wù)。如：“二進(jìn)制”部分，可設(shè)置以游戲方式進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生通過使用二進(jìn)制表示二值圖像、計(jì)算人的生日、計(jì)算ISBN等，從中體會(huì)二進(jìn)制與實(shí)際生活的關(guān)聯(lián)。又如：構(gòu)建以計(jì)算思維為核心的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)平臺(tái)，以單機(jī)、主機(jī)、多機(jī)環(huán)境演示計(jì)算機(jī)硬件環(huán)境；以無線網(wǎng)絡(luò)藍(lán)牙、云報(bào)務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)等營(yíng)造網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；建立課程網(wǎng)站進(jìn)行多元化計(jì)算機(jī)軟件演示平臺(tái)，促進(jìn)個(gè)性化、實(shí)量化的交互教學(xué)互動(dòng)，在實(shí)踐中鍛煉和提高學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維思考和解決問題的綜合能力。

5 計(jì)算思維的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)創(chuàng)新

構(gòu)建基于“計(jì)算思維”下的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)體系，應(yīng)根據(jù)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)和個(gè)性需求，創(chuàng)新采用有助于學(xué)生計(jì)算思維能力培養(yǎng)的教學(xué)方法，選擇不同教學(xué)模式對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)和啟發(fā)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升其計(jì)算思維能力。

5.1 內(nèi)容選取注重情境化，與實(shí)際應(yīng)用相聯(lián)系

當(dāng)前，一些算機(jī)名詞、設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)使大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)比較瑣碎，有些并不適合教學(xué)，應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)梳理，突出學(xué)生理解、掌握應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題即可。如；程序設(shè)計(jì)課，應(yīng)突出計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的思路，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維，而對(duì)程序語言本身不必過于強(qiáng)化。又如：對(duì)磁盤數(shù)據(jù)應(yīng)注重存儲(chǔ)原理、工作過程和格式化方法，對(duì)磁道、扇區(qū)、柱面等與計(jì)算思維關(guān)聯(lián)不緊的知識(shí)，不必深究。還有與數(shù)據(jù)庫的查詢、信息編碼和傳輸?shù)群诵乃悸泛突炯夹g(shù)不太相關(guān)聯(lián)的知識(shí)，都應(yīng)根據(jù)學(xué)生應(yīng)用需求進(jìn)行適當(dāng)刪減，只要求學(xué)生了解就行，從而減少計(jì)算機(jī)理論枯燥，讓學(xué)生有更多精力利用計(jì)算機(jī)工具進(jìn)行計(jì)算思維、個(gè)性求解和創(chuàng)新能力訓(xùn)練。

5.2 方法訓(xùn)練注重個(gè)性化，與專業(yè)技能相結(jié)合

根據(jù)學(xué)生專業(yè)背景、理論基礎(chǔ)和接受能力采取不同類型的計(jì)算思維能力培養(yǎng)訓(xùn)練，可結(jié)合學(xué)生專業(yè)特點(diǎn)，針對(duì)性讓學(xué)生學(xué)習(xí)與專業(yè)關(guān)聯(lián)緊密的計(jì)算機(jī)知識(shí)。如：程序設(shè)計(jì)，對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生是學(xué)習(xí)難點(diǎn)，教學(xué)時(shí)可加入可視化的編程語言（RAPTOP），幫助學(xué)生了解算法和抽象思維。通過學(xué)習(xí)以計(jì)算思維為導(dǎo)向的問題求解，即：?jiǎn)栴}求解（尋找路徑）－解決方案（一筆畫算法）－算法優(yōu)化（使用編程語言、實(shí)現(xiàn)優(yōu)化）－總結(jié)歸納（找到通用方法）。由此，從算法構(gòu)造角度，讓學(xué)生領(lǐng)悟計(jì)算思維之美。

5.3 學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)注重綜合化，與系統(tǒng)應(yīng)用相關(guān)聯(lián)

考核環(huán)節(jié)應(yīng)綜合采取不同的方法進(jìn)行考察，突出學(xué)生應(yīng)用計(jì)算思維去分析問題和解決問題的能力?？捎苫A(chǔ)考核和應(yīng)用考核兩部分組成：基礎(chǔ)考核可在教學(xué)單元統(tǒng)一預(yù)設(shè)測(cè)試題目和考核任務(wù)，教師用默認(rèn)形式進(jìn)行考核，也可讓學(xué)生設(shè)置測(cè)試題目和考核任務(wù)，以完成指定次數(shù)練習(xí)且練習(xí)成績(jī)合格為標(biāo)準(zhǔn)；應(yīng)用考核由任務(wù)情境和相關(guān)素材組成，在教學(xué)單元設(shè)置不同難度任務(wù)供學(xué)生選擇完成，任務(wù)難度完成越大，學(xué)生成績(jī)?cè)礁?。由此，既可面向各專業(yè)的不同需求有針對(duì)性地培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維，又體現(xiàn)考核的公平和公正。

6 結(jié)語

計(jì)算思維培養(yǎng)是大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，可為學(xué)生提供全新的思維方式用于解決各類問題。作為思維性、技能型訓(xùn)練內(nèi)容，還需要實(shí)踐中挖掘更好教學(xué)資源平臺(tái)、精品課程平臺(tái)，提高大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)效率和質(zhì)量，滿足個(gè)性化培養(yǎng)需要，使學(xué)生在信息化社會(huì)中熟練使用計(jì)算思維，成為新時(shí)代高素質(zhì)人才。