計算思維導向的“大學計算機基礎”課程教學改革的研究

付菊

摘要：新工科背景下，計算與各學科表現(xiàn)出深度融合的趨勢，在“大學計算機”課程中引入計算思維，在高等教育界已達成共識，本文以計算思維為切入點，分析了“大學計算機基礎”課程存在的問題和課程改革的趨勢，提出以學生為中心、以教師為主體、以能力為根本的改革思路，從教學內(nèi)容、教學方法和考核方式等三方面，提出了基于計算思維的“大學計算機”課程教學改革的方案。

關(guān)鍵詞：計算思維；大學計算機基礎；教學改革

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）08-0099-02

1 “大學計算機基礎”與計算思維

近年來，移動通信、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)這些新概念和新技術(shù)的出現(xiàn)，越來越多的事務都被數(shù)字化而成為可計算的對象，已經(jīng)呈現(xiàn)出計算與各學科深度融合的趨勢，各學科的高端研究正由傳統(tǒng)的學科問題向體現(xiàn)“自動化/計算化→網(wǎng)絡化→智能化”的方向發(fā)展，體現(xiàn)這種融合的“新工科”的正在成為國家戰(zhàn)略，新工科需要的是計算思維教育，而不僅僅是計算機的使用[1]。

早在2010年7月，C9（九校聯(lián)盟會議）在“第六屆大學計算機課程報告論壇”中明確表示：引入計算思維是大學計算機基礎課程教學的“核心任務”[2]。2015年教育部大學計算機課程教學指導委員會（下稱教指委）制定的《大學計算機基礎課程教學基本要求》，明確指出“大學計算機基礎”課程要培養(yǎng)學生的計算思維。教指委在計算思維教學改革宣言中也指出：以計算思維為導向的計算機教學改革，將在很大程度上提升中國大學生的思維水平和認識境界。在“大學計算機基礎”中進行計算思維的訓練已成為必然趨勢[3]。

2 “大學計算機基礎”課程的現(xiàn)狀

“大學計算機基礎”是教指委指定的公共基礎必修課，培養(yǎng)大學生信息素養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，是學習其他計算機課程的基礎，面向大學一年級新生開設，課程目標是培養(yǎng)學生的信息技術(shù)素養(yǎng)，提高學生的計算機應用水平和計算機問題求解能力。但由于傳統(tǒng)課堂教學時長的限制、無差別的教學方式和學習個體的能力差異都使得學生對相關(guān)知識的理解和應用不盡如人意。

傳統(tǒng)的“大學計算機基礎”教學內(nèi)容仍舊停留在所謂“狹義工具論”的層面，就是教學生怎么將計算機作為工具使用，教學內(nèi)容的組織上以各種軟件的使用為重點，對學生思維能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不足，教學內(nèi)容基本圍繞計算機系統(tǒng)基礎知識、Windows操作基礎、Office的使用、數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎及計算機網(wǎng)絡基本知識，采用課堂講授與上機練習相結(jié)合的教學方式開展教學。這種講練脫節(jié)的教學方法導致學生只會簡單地使用計算機，不具備計算思維和可持續(xù)發(fā)展的計算機應用能力，不能滿足新形勢下大學計算機課程面向計算思維教學改革的需要。同時，隨著計算機普及程度越來越高，中小學階段已開設信息課，學習工具軟件的使用，大學生在入學前已具備一定的計算機的基本操作技能。國務院《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》指出，實施全民智能教育項目，在中小學階段開設人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育。因此，在“大學計算機基礎”課程中，如果不改變授課內(nèi)容、教學方法和考核方法，顯然已經(jīng)跟不上時代的快速發(fā)展。

近幾年來，全國高校的計算機基礎改革主要圍繞著兩個主題展開：一是以計算思維為切入點，提升課程的內(nèi)涵；二是應用MOOC/SPOC改進教學方法和手段。目前，各大高校的“大學計算機基礎”課程都在進行各種形式的改革，主要表現(xiàn)為三種模式。模式一，內(nèi)容基本不變，改進教學方法。模式二，內(nèi)容小范圍調(diào)整，突出重點、適當增刪。模式三，內(nèi)容提升，大幅度更新。通過調(diào)研，西安交通大學、北京理工大學、哈爾濱工業(yè)大學、同濟大學、西北工業(yè)大學等985高校普遍采用模式3，這些高校在教學內(nèi)容上共同的特點是嚴格按照《大學計算機基礎課程教學基本要求》展開教學，以理解和運用計算思維為教學目標，培養(yǎng)學生使用計算系統(tǒng)進行問題求解的框架和過程。為實施以計算思維導向的教學改革，大多數(shù)普通高校采取模式一或模式二，對課程內(nèi)容進行微調(diào)，在計算機基礎課程增加算法和程序設計，或改變教學方式，通過MOOC開展混合式教學。在有限的教學學時情況下，如何設置教學內(nèi)容，采取什么樣的教學方法，如何有效進行評價，探討“大學計算機基礎”課程與計算思維的契合點，研究計算思維在“大學計算機基礎”課程教學中讓計算思維落到實地，成為目前各高校“大學計算機基礎課”程教學研究的關(guān)鍵。

3 計算思維導向的“大學計算機基礎”課程教學改革的思路

樹立“以學生為中心、以教師為主體、以能力為根本”的改革思路，通過對計算機基礎課程的教學內(nèi)容、教學方式、評價和考核等方面的改革，提高學生的計算機應用能力和綜合創(chuàng)新能力，適應當代社會發(fā)展對大學生計算機能力越來越高的新要求。根據(jù)教育部《關(guān)于進一步加強高等學校計算機基礎教學的意見》和《高等學校非計算機專業(yè)計算機基礎課程教學基本要求》，貫徹分層分類教學、因材施教、強化計算機應用能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的原則，有序地推進計算機基礎課程的改革。分類教學即按不同的專業(yè)大類要求分別設置相應的教學內(nèi)容。分級教學即對新生進行入學摸底測試，通過的學生可以選修更高層次的課程，以達到因材施教的目的。

3.1 教學內(nèi)容的改革

針對目前的“大學計算機基礎”課程重應用輕理論的不足，整合、拓寬、深化教學內(nèi)容，加強計算思維培養(yǎng)和提高計算機實際應用能力，在原有授課內(nèi)容計算機系統(tǒng)、操作系統(tǒng)基礎、網(wǎng)絡基礎知識的基礎上，增加計算思維、問題求解與算法、程序設計初步、新技術(shù)等新知識點，提升計算機基礎課程的內(nèi)涵。去掉Office的內(nèi)容，明確計算機與各專業(yè)的交叉知識點，特別是計算機新技術(shù)在該專業(yè)領(lǐng)域的應用，使計算機基礎課程的教學內(nèi)容體現(xiàn)專業(yè)特色，使學生能夠從自己專業(yè)領(lǐng)域的角度審視信息技術(shù)，更好地規(guī)劃專業(yè)學習課程。

具有計算思維的學習者應該能夠理解問題的計算特性并善于利用計算機解決問題，學習程序設計語言是計算思維落地的最好方式[4]。結(jié)合專業(yè)特點和課程融合的需求，不同專業(yè)選擇不同的編程語言進行講授，機電大類的專業(yè)后續(xù)專業(yè)課需要C語言作為工具，且C語言在嵌入式、高并發(fā)服務器、大型游戲、網(wǎng)絡安全、智能制造等領(lǐng)域應用極廣，為了加強課程間的銜接和融合，對機電大類專業(yè)講授C語言。Python是一門“萬金油”語言，簡單易學，在Web應用開發(fā)、數(shù)學計算、圖形界面開發(fā)、系統(tǒng)網(wǎng)絡運維、游戲開發(fā)等方面應用廣泛，其他理工科可以專業(yè)選擇Python語言進行教學。以Scratch為代表的可視化圖塊式編程工具，相比于傳統(tǒng)編程設計軟件操作難度低、內(nèi)容豐富，引導學生在解決問題的過程中培養(yǎng)學生的計算思維能力，文科和藝術(shù)類的專業(yè)可以選擇Scratch語言進行程序設計的學習。

實驗內(nèi)容根據(jù)不同的能力目標，設計模仿型、驗證型、探究型、設計型的實驗任務。結(jié)合專業(yè)特色，按照案例方式組織實驗教學，提高實踐教學內(nèi)容的廣度和難度，實驗內(nèi)容應培養(yǎng)學生的計算思維意識，加強學生對計算機的應用能力訓練，逐步形成應用計算機技術(shù)分析問題和解決問題的能力，在實踐過程中自然而然地體會計算思維[5]。減少操作系統(tǒng)的設置、Office應用、Internet 的基本使用等技能性知識的訓練，加強計算機應用能力的訓練，如問題求解與算法、與程序設計初步、網(wǎng)絡安全設置、信息表示等。此外，根據(jù)專業(yè)的不同，數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎、網(wǎng)頁設計、多媒體技術(shù)基礎、圖像處理作為選做內(nèi)容。

3.2 教學方式的改革

學生計算思維能力培養(yǎng)應體現(xiàn)在教學的每一個環(huán)節(jié)，在課堂教學中，教師要引導學生對問題進行抽象、分析，使學生逐步建立問題求解的思路，進而引導學生進行問題探討。傳統(tǒng)的大學計算機基礎課程教學注重知識的灌輸，學生處于被動學習狀態(tài)，利用MOOC資源和SPOC平臺，線上線下相結(jié)合，開展混合式教學，有利于調(diào)動大多數(shù)學生的學習熱情，實現(xiàn)以學生為中心的教學方式，翻轉(zhuǎn)課堂無疑是基于“MOOC+SPOC”的混合教學模式的最佳教學方法。[6]翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)涵在于個性化和差異化的學習環(huán)境，突出學生的主體地位。翻轉(zhuǎn)課堂使教學流程由“先教后學”轉(zhuǎn)變?yōu)椤跋葘W后教”，這種通過以“自主、探究、合作”為特征的學習方式，其本質(zhì)是構(gòu)建個性化的學習模式，學生通過課前自主學習來發(fā)現(xiàn)問題，課上在老師的引導下學生以小組為單位研討問題，得出解決問題的思路，課后進行反思和總結(jié)，從而實現(xiàn)高階學習，培養(yǎng)學生的計算思維能力。

3.3 課程考核方式的改革

作為課程改革的導向，課程考核的內(nèi)容和方式至關(guān)重要。考試內(nèi)容應突出學生運用知識分析問題、解決問題能力的考核，減少單個知識點的考核?？己朔绞脚c授課方式結(jié)合，重點考查學生抽象分解問題能力、批判性思維、團隊協(xié)作、交流溝通等各方面綜合能力，讓教學目標從“知識與技能培養(yǎng)”改變?yōu)椤坝嬎闼季S能力培養(yǎng)”。建立形成性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合的新的課程考核評價體系，注重學生全過程的考核。改變考核成績的構(gòu)成，加大對學習過程，如課堂教學表現(xiàn)、課堂互動、小組討論、單元測試、上機作業(yè)的考察比例，增加網(wǎng)絡學習、課程論文、思維導圖等形式的考核，降低期末考試的占分比例。

4 反思與總結(jié)

“大學計算機基礎”課程是計算機基礎教學的第一門課程，也是培養(yǎng)學生計算思維能力的關(guān)鍵，如何正確理解計算思維的實質(zhì)，如何在教學內(nèi)容和教學方法中融入計算思維，改變適合計算思維導向的課程考核方式，對教師是一個挑戰(zhàn)。一方面，教師要改變教學理念，加強計算思維導向的課程改革的學習和研討，需要在授課內(nèi)容的重構(gòu)上達成共識。另一方面，“大學計算機基礎”是公共基礎課，各高校普遍采用大班授課，計算思維導向的教學過程的組織，合理公正的評價每位學生，全過程的考核都將會大大增加教師的工作量，在一定程度上影響教師的積極性。

參考文獻：

[1] 戰(zhàn)德臣.大學計算機——理解和應用計算思維[M].人民郵電出版社，2018：14.

[2] 何欽銘， 陸漢權(quán)， 馮博琴. 計算機基礎教學的核心任務是計算思維能力的培養(yǎng)[J]. 中國大學教學， 2010（9）： 5-9.

[3教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會.計算思維教學改革宣言[J].中國大學教學，2013（7） ： 8-10，17.

[4] 吳寧，崔舒寧. 以計算思維能力培養(yǎng)為核心的大學計算機基礎課程教學內(nèi)容改革研究[J].計算機教育， 2012（7）：107-110.

[5] 戰(zhàn)德臣， 王浩. 面向計算思維的大學計算機課程教學內(nèi)容體系[J]. 中國大學教學， 2014（7）.

[6] 蘇小紅，趙玲玲，葉麟，等.基于MOOC+SPOC的混合式教學的探索與實踐[J].中國大學教學，2015（7）：60-65.

【通聯(lián)編輯：唐一東】