大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中的計(jì)算思維培養(yǎng)

賈瑞鳳　馬曾　侯春龍

摘要 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程是本科學(xué)生必修的科學(xué)文化基礎(chǔ)課程。旨在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)基本技能，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)和終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)要準(zhǔn)確定位課程理念、合理設(shè)置課程內(nèi)容、精心選擇教學(xué)方法手段。

關(guān)鍵詞 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程 計(jì)算思維 教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.02.037

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程是本科學(xué)生必修的科學(xué)文化基礎(chǔ)課程。旨在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)基本技能，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)和終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)。如何培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維與能力，需要從課程教學(xué)理念、課程內(nèi)容組織、課程教學(xué)方法等方面精心設(shè)計(jì)。

1以計(jì)算思維為導(dǎo)向的課程教學(xué)理念

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程僅僅是專業(yè)課程學(xué)習(xí)的知識(shí)基礎(chǔ)與應(yīng)用工具，更是一種注重學(xué)生能力培養(yǎng)及未來發(fā)展的通識(shí)教育。建立以學(xué)生為本的理念，有利于學(xué)生終身學(xué)習(xí)素質(zhì)的養(yǎng)成。學(xué)生是有血有肉的人，教育的目的就是激發(fā)和引導(dǎo)他們的自我發(fā)展之路。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)主要體現(xiàn)在計(jì)算思維。

計(jì)算思維簡(jiǎn)單地講是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為，它包括了涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。計(jì)算思維的本質(zhì)是抽象和自動(dòng)化，反映了計(jì)算的根本問題，即什么能被有效地自動(dòng)進(jìn)行。也即當(dāng)遇到問題時(shí)，自然地想到如何通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)地、又好又快地解決問題完成任務(wù)。

通過上述分析，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的基本理念可以概括為：立足于培養(yǎng)學(xué)生未來發(fā)展和職業(yè)需要，計(jì)算思維為導(dǎo)向，以掌握計(jì)算機(jī)基本知識(shí)為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算思維解決實(shí)際問題的能力為目標(biāo)，按照學(xué)生主體、教師主導(dǎo)的教學(xué)思想，鼓勵(lì)學(xué)生自主探索，大膽實(shí)踐，養(yǎng)成獨(dú)立學(xué)習(xí)的習(xí)慣，通過形成性考核與終結(jié)性考核相結(jié)合的方式，促進(jìn)學(xué)生掌握知識(shí)發(fā)展能力，為未來適應(yīng)工作崗位、實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值奠定良好的基礎(chǔ)。

2將計(jì)算思維落到實(shí)處的課程內(nèi)容組織安排

2.1課程內(nèi)容定位

課程擯棄了以計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)和Oiffce軟件為主的內(nèi)容安排，突出算法與邏輯。內(nèi)容主要涵蓋：計(jì)算與社會(huì)，從歷史和現(xiàn)實(shí)的角度了解計(jì)算技術(shù)的影響和作用；算法與邏輯，以Py-thon語言為基礎(chǔ)，了解計(jì)算機(jī)解決問題的方法和思維模式；信息編碼與數(shù)據(jù)表示，計(jì)算機(jī)問題求解的基礎(chǔ)，也是最基本的計(jì)算對(duì)象構(gòu)造；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)，完成計(jì)算的軟硬件基礎(chǔ)，進(jìn)而了解計(jì)算機(jī)的工作原理；操作系統(tǒng)，完成計(jì)算的良好平臺(tái)和環(huán)境；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、多媒體技術(shù)與辦公信息處理，這些都是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的具體體現(xiàn)。

2.2課程內(nèi)容的組織安排

新大綱要求教學(xué)內(nèi)容不僅圍繞計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)展開，更要把計(jì)算機(jī)學(xué)科培養(yǎng)的本質(zhì)——計(jì)算思維與能力落到實(shí)處。內(nèi)容組織突出算法以及計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)與Python語言的融合，促使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中養(yǎng)成使用Python語言解決問題的思路和方法。但是大綱規(guī)定的課程知識(shí)面廣、知識(shí)點(diǎn)多、交叉性強(qiáng)，而課程的學(xué)時(shí)又是有限的，在有限的課時(shí)內(nèi)完成這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)需要精心組織與安排。

首先，確定主線。以使用Python語言解決問題為主線，把龐雜的知識(shí)點(diǎn)有序貫穿起來是理清計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程涉及知識(shí)面廣、知識(shí)點(diǎn)交叉的有效手段。例如，要想使用Python語言，必須首先了解計(jì)算機(jī)的算法與程序思維；使用Python語言開發(fā)模擬器，需要學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)以及計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)的工作原理；使用Python實(shí)現(xiàn)數(shù)制轉(zhuǎn)換，需要學(xué)習(xí)數(shù)制及其轉(zhuǎn)換方法等等。通過一個(gè)個(gè)Python語言應(yīng)用實(shí)例一方面把基礎(chǔ)知識(shí)串到這根主線上，另一方面也培養(yǎng)學(xué)生使用計(jì)算機(jī)解決問題的習(xí)慣與能力。

其次，合理確定自主學(xué)習(xí)內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)。課程內(nèi)容包含面廣，知識(shí)點(diǎn)雜，完全在課堂內(nèi)完成這些知識(shí)的學(xué)習(xí)是不可能的，要留出很多知識(shí)點(diǎn)由學(xué)生自學(xué)完成。因此，合理確定自主學(xué)習(xí)內(nèi)容。確定課堂講授和自主學(xué)習(xí)的相應(yīng)內(nèi)容可以根據(jù)知識(shí)特點(diǎn)及分類進(jìn)行。陳述性知識(shí)也就是通過識(shí)記就可以習(xí)得、直接加以回憶和陳述的知識(shí)，比如計(jì)算機(jī)文化內(nèi)涵和計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程等知識(shí)，可以布置學(xué)生自主學(xué)習(xí)，相對(duì)簡(jiǎn)單的操作如Office軟件的使用留給學(xué)生自學(xué)；程序性知識(shí)也即解決問題的知識(shí)，需要教員引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)。這樣安排突出重點(diǎn)，也符合了培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立自主學(xué)習(xí)與探索要求。

第三，突出應(yīng)用，選擇相關(guān)案例。強(qiáng)調(diào)突出應(yīng)用特色，主要體現(xiàn)在每一個(gè)知識(shí)模塊（內(nèi)容章節(jié)）均安排有案例講解，用已學(xué)計(jì)算機(jī)知識(shí)分析具體案例，加深對(duì)理論知識(shí)理解。如，通過python編程，模擬實(shí)現(xiàn)圖靈機(jī)；用python程序構(gòu)建馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)，深入了解計(jì)算機(jī)工作過程；利用python查看文件管理系統(tǒng)，了解操作系統(tǒng)的文件管理；通過python網(wǎng)絡(luò)編程，了解電子郵件的發(fā)送過程；利用python數(shù)據(jù)庫編程，了解數(shù)據(jù)庫使用……讓學(xué)生體會(huì)應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決問題的優(yōu)勢(shì)，培養(yǎng)計(jì)算思維，進(jìn)而在學(xué)習(xí)過程以及以后的工作過程中養(yǎng)成運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決問題的習(xí)慣，形成應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決專業(yè)問題的能力。

3將計(jì)算思維轉(zhuǎn)化為能力的教學(xué)方法

新大綱對(duì)學(xué)生提出了更高的要求，與舊大綱相比，這種要求不僅體現(xiàn)在知識(shí)難度的增加，更體現(xiàn)在培養(yǎng)重點(diǎn)的不同：舊大綱注重知識(shí)傳授，新大綱更注重能力培養(yǎng)。這種轉(zhuǎn)變需要探索更適合的教學(xué)方式來達(dá)成培養(yǎng)目標(biāo)。

3.1開課前摸底導(dǎo)學(xué)

在課程開始之前，安排課前測(cè)試，對(duì)學(xué)生進(jìn)行深入摸底，重點(diǎn)考核學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)和辦公軟件的掌握情況，以便掌握學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)的了解程度和具體操作基礎(chǔ)，更清楚地發(fā)現(xiàn)學(xué)生的短板，從而進(jìn)行有針對(duì)性的導(dǎo)學(xué)。導(dǎo)學(xué)可以以講座的形式安排，主題可以包含課程介紹，讓學(xué)生知道學(xué)什么，怎么學(xué)；熟悉軟件學(xué)習(xí)平臺(tái)；使用Office軟件解決問題完成任務(wù)示范等。根據(jù)摸底情況，如果學(xué)生對(duì)Office軟件掌握很熟練的，可以先行根據(jù)導(dǎo)學(xué)情況自學(xué)簡(jiǎn)單的Python語言；Office軟件不熟練的要繼續(xù)學(xué)習(xí)直到掌握。最后可以再安排一次摸底情況，看看學(xué)習(xí)效果，為開課以后的教學(xué)奠定良好的基礎(chǔ)。

3.2自主學(xué)習(xí)與互幫互學(xué)的開放學(xué)習(xí)

新大綱中規(guī)定的知識(shí)較多，而且有些是只需要學(xué)生了解的一些內(nèi)容，可以安排學(xué)生自學(xué)，如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)中的總線作用、輸入輸出系統(tǒng)組成、基于實(shí)踐的使用Office軟件等。自學(xué)有利于促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和解決問題能力的發(fā)展，有利于體會(huì)使用計(jì)算機(jī)解決問題的優(yōu)勢(shì)。要想高質(zhì)量地完成自學(xué)任務(wù)，必須給學(xué)生安排固定的自學(xué)時(shí)間。自學(xué)課時(shí)多少根據(jù)大綱內(nèi)容和學(xué)生前測(cè)情況安排。同時(shí)營(yíng)造開放的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生能夠隨時(shí)查閱、學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)內(nèi)容。新大綱提供了網(wǎng)絡(luò)課程、慕課、微課等信息化學(xué)習(xí)資源，方便學(xué)生及時(shí)獲得知識(shí)。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生可以和自己的同學(xué)組成小組互幫互學(xué)，也可以在網(wǎng)上的開放學(xué)習(xí)環(huán)境中組成學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)共同探討。為了使自學(xué)不流于形式，了解學(xué)生掌握情況，自學(xué)部分的內(nèi)容一并納入考試范圍。

33關(guān)注思維培養(yǎng)的問題導(dǎo)學(xué)課堂教學(xué)模式

問題導(dǎo)學(xué)教學(xué)法就是把知識(shí)點(diǎn)以問題的形式呈現(xiàn)給學(xué)生，教員圍繞問題來組織教學(xué)，學(xué)生以問題為導(dǎo)向，通過自主探索、分析、解決問題的活動(dòng)過程來構(gòu)建知識(shí)意義、培養(yǎng)技能和拓展新知，進(jìn)而培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)和解決問題的思維能力。問題導(dǎo)學(xué)教學(xué)模式是建立在建構(gòu)主義理論基礎(chǔ)上，以具體問題作為教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)，在教員實(shí)時(shí)引導(dǎo)下，通過問題解決來激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和維持學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。教員是問題的設(shè)計(jì)者、情境的創(chuàng)設(shè)者、問題探究的組織者、問題解決的指導(dǎo)者；學(xué)生是問題探究分析和解決的積極主體。在具體的教學(xué)情境中，教員掌握整個(gè)教學(xué)活動(dòng)流程，學(xué)生擁有學(xué)習(xí)的自主權(quán)。問題導(dǎo)學(xué)教學(xué)模式是問題、學(xué)生、教員三要素之間的教學(xué)互動(dòng)，具體教學(xué)過程中，以“問題”為主線，學(xué)生為主體，教員為主導(dǎo)。在教學(xué)過程中注意課前準(zhǔn)備、提出問題、分析問題、解決問題等四個(gè)環(huán)節(jié)。

4形成性考核與終結(jié)性考核并重

新大綱規(guī)定考核分兩部分：形成性考核和終結(jié)性考核。與舊大綱相比更注重能力考核，重視形成性評(píng)價(jià)，即對(duì)學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)成果的認(rèn)可。形成性考核可采用作業(yè)、單元測(cè)試、自學(xué)檢測(cè)、電子作品等形式。上機(jī)考試成績(jī)不計(jì)入總成績(jī)，但將影響總成績(jī)，上機(jī)考試成績(jī)通過者，理論考試成績(jī)作為課程最終考試成績(jī)，上機(jī)不通過者，將理論考試成績(jī)的59%作為課程最終考試成績(jī)。