以計(jì)算思維為向?qū)У挠?jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革

婁鳳偉

（1.燕山大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，秦皇島066004；2.河北省計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)與系統(tǒng)集成重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，秦皇島066004）

1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)是面向非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)教學(xué)，它的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生掌握一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、技術(shù)方法和拓展學(xué)生的視野，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)做好必要的知識(shí)準(zhǔn)備，使學(xué)生能在一個(gè)較高的層次上利用計(jì)算機(jī)、并處理計(jì)算機(jī)應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問題[1]。

美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真教授在2006 年提出的“計(jì)算思維”（Computational Thinking），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)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解的思維活動(dòng)[2]。

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)是大學(xué)計(jì)算機(jī)通識(shí)教育的第一門課程，是我校本科教學(xué)中重要的校級(jí)公共基礎(chǔ)課，其目的是培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)，以及運(yùn)用計(jì)算思維解決自己專業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H問題的能力。

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)工作面臨著難得的歷史發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)，參照教育部高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)（2013-2017）確立的課程教學(xué)改革總體目標(biāo)[3]，結(jié)合我校的培養(yǎng)定位，明確以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為核心、探索多元化的教學(xué)方案、完善課程教學(xué)成效評測方式，從而建設(shè)適應(yīng)時(shí)代要求的新的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)體系；探索出一套有效的、具有推廣價(jià)值的混合式教學(xué)模式和課程管理規(guī)范；根據(jù)各專業(yè)人才培養(yǎng)定位的差異，分類分層次落實(shí)通識(shí)教育的培養(yǎng)目標(biāo)，使各專業(yè)的學(xué)生能夠廣泛接受計(jì)算思維方法的訓(xùn)練，提高學(xué)生利用計(jì)算思維解決專業(yè)相關(guān)問題的能力；明確學(xué)生的中心地位和教師的主導(dǎo)地位，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。

2 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容不斷增加，課時(shí)又逐漸縮減，教師要在有限的時(shí)間里講解大量的教學(xué)內(nèi)容，迫使學(xué)生每節(jié)課要接受大量信息，使絕大多數(shù)學(xué)生都無法完全消化理解、教學(xué)效果不佳；同時(shí)學(xué)生的計(jì)算機(jī)知識(shí)水平參差不齊，理解問題也不在一個(gè)水平線上，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容銜接不上，課堂教學(xué)效果不理想，達(dá)不到教學(xué)大綱的要求。

另外，各高校不同的專業(yè)對大學(xué)計(jì)算機(jī)課程的培養(yǎng)目標(biāo)和專業(yè)需求不盡相同，每個(gè)專業(yè)要求學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)的程度不同，這就要求每個(gè)專業(yè)計(jì)算機(jī)課程的配置不同，如果所有專業(yè)的教學(xué)大綱一樣，那么，學(xué)生會(huì)認(rèn)為學(xué)的內(nèi)容和自己本專業(yè)無關(guān)，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生厭倦心里，對學(xué)習(xí)內(nèi)容不感興趣，從而影響教學(xué)效果。文科專業(yè)的學(xué)生計(jì)算機(jī)側(cè)重點(diǎn)應(yīng)該是計(jì)算機(jī)的使用能力，而理科專業(yè)不僅僅要求學(xué)生會(huì)熟練的使用計(jì)算機(jī)，而且還要求學(xué)生具有一定程度的計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)與創(chuàng)新能力。

還有，在教學(xué)中，由于多方面原因，教師普遍存在只講授大綱內(nèi)容，完成教學(xué)任務(wù)，而忽略了對計(jì)算思維的培養(yǎng)，沒有循序漸進(jìn)地向?qū)W生傳遞計(jì)算思維的相關(guān)概念和使用方法，沒有注重培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

3 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)建設(shè)與改革

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)是面向非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)教學(xué)，所以它不同于計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)教學(xué)，有自身的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)規(guī)律。

3.1 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)要分類規(guī)劃與實(shí)施

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)內(nèi)容在計(jì)算機(jī)知識(shí)結(jié)構(gòu)與應(yīng)用方面，不同的專業(yè)對學(xué)生的要求差別很大。在一些電類、機(jī)械類等專業(yè)中，對計(jì)算機(jī)專業(yè)的知識(shí)要求相當(dāng)深入；而對另外一些文科、藝術(shù)類專業(yè)，則完全是把計(jì)算機(jī)當(dāng)作一種專業(yè)工具使用。因此，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，針對不同類型的專業(yè)，制定不同的教學(xué)方案是非常必要的。

基于我校的辦學(xué)目標(biāo)和人才培養(yǎng)定位，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課在體現(xiàn)計(jì)算思維的前提下針對不同專業(yè)和學(xué)生的接受能力提供多種內(nèi)容組織方法：強(qiáng)調(diào)對問題求解方法的理解，突出如何將問題轉(zhuǎn)化為算法和程序設(shè)計(jì)等內(nèi)容；強(qiáng)調(diào)對計(jì)算系統(tǒng)和環(huán)境的理解，突出計(jì)算機(jī)技術(shù)與專業(yè)領(lǐng)域的深度融合，在計(jì)算系統(tǒng)理解和問題求解方法上同時(shí)體現(xiàn)廣度和深度的要求。在面對不同的人才培養(yǎng)目標(biāo)時(shí)，課程實(shí)施方案應(yīng)按照適用、有效的原則，主動(dòng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)模式。

為了更好地講授大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，我們對各個(gè)學(xué)院進(jìn)行了走訪和調(diào)研，結(jié)果歸納如下。

（1）理科專業(yè)：重點(diǎn)講授0 和1 思維、程序與遞歸、算法思維和網(wǎng)絡(luò)化思維；正常講解計(jì)算與計(jì)算思維、計(jì)算系統(tǒng)、數(shù)據(jù)化思維和計(jì)算科學(xué)前沿。

（2）文科專業(yè)：重點(diǎn)講授數(shù)據(jù)化思維和網(wǎng)絡(luò)化思維；正常講授計(jì)算與計(jì)算思維、0 和1 思維、計(jì)算系統(tǒng)，同時(shí)要介紹計(jì)算科學(xué)前沿和Office 辦公軟件應(yīng)用。3.藝術(shù)和體育專業(yè)：重點(diǎn)講授Office 辦公軟件的應(yīng)用；正常講授計(jì)算與計(jì)算思維、數(shù)據(jù)化和網(wǎng)絡(luò)化思維和計(jì)算科學(xué)前沿。

根據(jù)調(diào)研情況，決定對不同的學(xué)院教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，下面為調(diào)整后的教學(xué)計(jì)劃，如表1 所示。

從表1 中可以看出：分學(xué)科教學(xué)，主要是針對不同專業(yè)對課程內(nèi)容進(jìn)行整合，使其具有鮮明的專業(yè)特色，例如：文科、藝術(shù)類，側(cè)重于多媒體課件、圖形處理和辦公軟件等教學(xué)內(nèi)容的講授；理工類專業(yè)側(cè)重于數(shù)據(jù)分析、計(jì)算機(jī)編程等教學(xué)內(nèi)容的講授。通過分學(xué)科教學(xué)，能有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，教學(xué)效果良好。

教師根據(jù)學(xué)生的專業(yè)不同選擇不同的教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)行因材施教，還可以發(fā)揮自身的優(yōu)勢為學(xué)生制定專門的教學(xué)模塊，所有的教學(xué)都要以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維為根本目的，幫助學(xué)生得到更好的發(fā)展[4]。

表1 《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)-計(jì)算思維導(dǎo)論》系列課程教學(xué)計(jì)劃

3.2 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)不能脫離實(shí)踐

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的重要目標(biāo)是讓學(xué)生更好地利用計(jì)算機(jī)去解決專業(yè)領(lǐng)域中的問題及日常事務(wù)問題，因此，在課程設(shè)計(jì)和建設(shè)中，通過教學(xué)案例和實(shí)踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生把學(xué)到的知識(shí)得到訓(xùn)練，同時(shí)提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，讓學(xué)生領(lǐng)悟到用計(jì)算機(jī)解決問題的思路和方法，注重學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，提高學(xué)生解決問題的能力。

我校在實(shí)施教改的過程中，采用線上線下、課內(nèi)課外結(jié)合式教學(xué)（MOOC+SPOC+Moodle+大班教學(xué)/小班討論）。

線上：豐富資源+師生互動(dòng)+學(xué)生自測。借助“MOOC+SPOC”資源，改革傳統(tǒng)的課程教學(xué)模式，提高計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的吸引力和教學(xué)效果。為了實(shí)驗(yàn)教學(xué)，我校已建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)（http://jszx.ysu.edu.cn/moodle/）。該平臺(tái)是一個(gè)集教案與教學(xué)資料發(fā)布、作業(yè)提交、交流、考試測驗(yàn)等功能為一體的優(yōu)秀教學(xué)平臺(tái)，并能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)效果。同時(shí)建立了按照知識(shí)點(diǎn)錄制的微課視頻、任務(wù)驅(qū)動(dòng)等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生可以利用這些資源進(jìn)行自學(xué)，以補(bǔ)充課內(nèi)學(xué)時(shí)的不足。通過這個(gè)平臺(tái)來培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。

線下：分類教學(xué)+課堂精講+小班研討+應(yīng)用實(shí)驗(yàn)+結(jié)課考核。學(xué)生在教師引導(dǎo)下，開展研討式、探索式和協(xié)作式的學(xué)習(xí)活動(dòng)，開展“大班授課，小班討論”的教學(xué)方式，為學(xué)生課內(nèi)交流和展現(xiàn)成果提供機(jī)會(huì)。

線上線下學(xué)習(xí)內(nèi)容高度契合，各有分工：線上完整精講、細(xì)講知識(shí)點(diǎn)、重概念原理和“廣度”學(xué)習(xí)，線下教師部分精講，理清脈絡(luò)，重案例點(diǎn)評和“深度”學(xué)習(xí)。

通過線上線下的混合式教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的科學(xué)思維方式和分析解決問題的實(shí)踐能力。教師以“發(fā)現(xiàn)問題-分析問題-尋求多種解決方案-比較各種方案的優(yōu)勢”的問題求解驅(qū)動(dòng)式方法來進(jìn)行項(xiàng)目教學(xué)，訓(xùn)練學(xué)生以正確的計(jì)算思維方式解決問題，同時(shí)使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到計(jì)算思維的重要性，讓學(xué)生在按照上述模式針對另一個(gè)項(xiàng)目的求解，引導(dǎo)學(xué)生找出盡可能逼近解決實(shí)際問題的求解方法。

4 教改效果

期末考試成績由兩大部分組成：期末考核+平時(shí)成績，即總成績=期末成績（70%）+平時(shí)成績（30%）。其中，平時(shí)成績根據(jù)學(xué)生平時(shí)作業(yè)、綜合實(shí)例和單項(xiàng)測試情況綜合評定；期末成績是利用Moodle 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)在線考試，建立高質(zhì)量的試題庫，在題庫中，加大主觀題的比例，從考察學(xué)生客觀題的重心轉(zhuǎn)移到主觀題上，鼓勵(lì)學(xué)生多動(dòng)腦，多思考，不局限于一種思維，讓學(xué)生真正實(shí)現(xiàn)面向能力的考核。

分別對2016 級(jí)、2017 級(jí)學(xué)生的《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》課程的考核結(jié)果進(jìn)行分析，如表2 所示。

表2 考核結(jié)果

從表2 中可以看出，2017 級(jí)比2016 級(jí)學(xué)生，理工類成績提高6.04 個(gè)百分點(diǎn)，文科類成績提高3.4 個(gè)百分點(diǎn)，藝術(shù)體育類提高3.53 個(gè)百分點(diǎn)。由此可見，從2017 級(jí)分類教學(xué)開始，由于重視了計(jì)算思維的培養(yǎng)，針對不同學(xué)科的學(xué)生，講授不同的內(nèi)容，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)來解決本學(xué)科問題的能力，已取得初步效果，學(xué)生成績已明顯提高。

5 結(jié)語

以計(jì)算思維為導(dǎo)向進(jìn)行計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育建設(shè)是計(jì)算機(jī)教育發(fā)展的正確方向，隨著計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展以及信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的不斷應(yīng)用，計(jì)算思維能力的培養(yǎng)依舊是教育界，特別是計(jì)算機(jī)教育領(lǐng)域中一個(gè)熱門話題。計(jì)算機(jī)教育改革必須融入計(jì)算思維理念，要積極進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容、技巧和方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力，只有這樣才能保障計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的效果。