“新工科”理念下大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)中的計算思維培養(yǎng)

摘? 要：現(xiàn)階段的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容主要是以辦公軟件應(yīng)用為教學(xué)核心的模式，無法滿足社會對大學(xué)生的信息技術(shù)能力要求。針對問題與現(xiàn)狀，本文討論在“新工科”理念下大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)思路，以重視計算思維的培養(yǎng)為目標(biāo)，加強信息化與專業(yè)化融合能力的培養(yǎng)，提出了“新工科”理念下大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)的計算思維培養(yǎng)改革思路。

關(guān)鍵詞：新工科;大學(xué)計算機基礎(chǔ);計算思維

中圖分類號：TP399? ? ?文獻標(biāo)識碼：A

Cultivation of Computational Thinking in Basic Computer Teaching

under the Concept of Emerging Engineering

HUANG Huasheng

（School of Mathematics and Computer Science，Huzhou University，Hezhou 542899，China）

Abstract：At present，the teaching content of basic computer courses in universities is mainly based on Office software application，which cannot meet the requirements of the society for students' information technology ability.In view of the problems and the current situation，this paper discusses the idea of basic computer teaching under the concept of Emerging Engineering，takes the cultivation of computational thinking as the goal，strengthens the cultivation of the ability of integration of informatization and specialization，and puts forward the idea of cultivating the computational thinking for basic computer course teaching under the concept of Emerging Engineering.

Keywords：Emerging Engineering;basic computer courses in universities;computational thinking

1? ?引言（Introduction）

大學(xué)計算機基礎(chǔ)是面向所有專業(yè)的大學(xué)生的公共計算機基礎(chǔ)課程，通過這些課程來了解計算機的基本原理和應(yīng)用方法，掌握計算機基礎(chǔ)知識相關(guān)技能。因為大學(xué)計算機基礎(chǔ)授課的對象復(fù)雜，所有非計算機專業(yè)的學(xué)生都要接受教育，是作為基礎(chǔ)素養(yǎng)課程開設(shè)的，它的教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容會對學(xué)生的計算機應(yīng)用能力有直接的影響，對學(xué)生未來工作就業(yè)，職業(yè)發(fā)展都有重要的影響作用。

現(xiàn)階段的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程存在著一些的問題，目前的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容主要以認識操作系統(tǒng)，掌握常用軟件為主，而與學(xué)生個人的專業(yè)發(fā)展是沒有密切結(jié)合的，是與具體的專業(yè)工作應(yīng)用要求脫節(jié)的。同時很多學(xué)生在中學(xué)階段已有信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，已經(jīng)具備基本的計算機應(yīng)用的技能，如果大學(xué)的計算機基礎(chǔ)課程還是以辦公軟件應(yīng)用為教學(xué)核心的模式，對學(xué)生能力來說是沒有提高，也是無法順應(yīng)社會對大學(xué)生的信息技術(shù)能力要求的。當(dāng)前的大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)改革發(fā)展是把“思維能力”作為培養(yǎng)目標(biāo)，在學(xué)習(xí)具體的計算機知識和技能的基礎(chǔ)上，通過計算思維能力的引領(lǐng)，提升學(xué)生的計算思維能力與創(chuàng)新思維意識[1]。

2 “新工科”理念下大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)思路（Teaching idea for university basic computer courses under the concept of Emerging Engineering）

隨著信息技術(shù)為主的前沿技術(shù)逐步取得技術(shù)性的突破，以大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等為核心的新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命蓄勢待發(fā)，工程的“新業(yè)態(tài)”已初露端倪。傳統(tǒng)工業(yè)化與新型工業(yè)化相互交替，工業(yè)化與信息化深度融合，給工程教育提出了新問題、新挑戰(zhàn)。‘新工科是我國高校對于工程教育的新目標(biāo)和新要求。經(jīng)過前期的深入討論、探索，2017年教育部頒發(fā)了多個綱領(lǐng)性文件與項目，為下一步的工程教育創(chuàng)新指明了方向。如在復(fù)旦大學(xué)形成了“‘新工科建設(shè)復(fù)旦共識”;頒發(fā)了《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》文件，啟動“新工科研究與實踐”項目;在天津大學(xué)形成“新工科”建設(shè)的愿景與行動路線，即“天大行動”[2]。

“新工科”理念強調(diào)學(xué)科之間的交叉與結(jié)合，特別是運用信息技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)深度融合，未來的工程師必須是能具備信息技術(shù)與學(xué)科融合能力，具備較強的“利用計算機解決問題”的能力，對大學(xué)計算機教育提出了更高的要求。

回顧我國的大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展，主要經(jīng)歷了三個階段，第一階段是“文化論”，認為“程序設(shè)計是人類的第二文化”，大學(xué)計算機基礎(chǔ)的主要目標(biāo)是教會人們編寫程序代碼。大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)成了計算機專業(yè)的簡化版，學(xué)習(xí)內(nèi)容與其專業(yè)完全脫節(jié)，對專業(yè)如何應(yīng)用計算機并沒有專門的學(xué)習(xí)。隨著計算機應(yīng)用的普及，人們開始把計算機看出了一種工作的輔助工具，受到計算機工具論思想的影響，大學(xué)計算機基礎(chǔ)的第二階段是培養(yǎng)學(xué)生運用計算機應(yīng)用軟件的能力，教授學(xué)生使用計算機應(yīng)用軟件為目標(biāo)，但這種工具論的教學(xué)依然無法指導(dǎo)學(xué)生對使用計算機解決本專業(yè)發(fā)展的問題。第三階段是“信息論”，強調(diào)對信息素養(yǎng)的培養(yǎng)，教會學(xué)生利用信息技術(shù)獲取、加工、制作信息的能力和方法。目前大部分高校的大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)還是主要以工具教育與信息素養(yǎng)培養(yǎng)為主，而這些教學(xué)內(nèi)容始終無法教會學(xué)生如何創(chuàng)新的應(yīng)用計算機解決專業(yè)發(fā)展中的問題。

在新工科建設(shè)中，我們需要重新定義大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程的內(nèi)涵，重視計算思維的培養(yǎng)，在教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方法、教學(xué)工具、考核方式等諸多方面全面改革，教學(xué)目標(biāo)方面需將“計算思維能力”培養(yǎng)與“復(fù)合高素質(zhì)創(chuàng)新人才”培養(yǎng)相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新應(yīng)用能力;在教學(xué)內(nèi)容方面加強與學(xué)生專業(yè)更貼近的內(nèi)容為載體，把計算思維融入教學(xué)內(nèi)容中;在教學(xué)方法中以“任務(wù)驅(qū)動”的專題形式循環(huán)漸進的方式滲透計算思維;在教學(xué)手段中運用網(wǎng)絡(luò)工具開展協(xié)作學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)過程中感悟計算思維，順應(yīng)“新工科”的教學(xué)改革發(fā)展需求。

3? 計算機基礎(chǔ)教學(xué)中的計算思維內(nèi)涵（The connotation of computing thinking in basic computer teaching）

2006年，周以真教授提出“計算思維”概念，指出計算思維是一種思考方式，是用計算機所能有效執(zhí)行的方式來對問題進行表述并提出解決方案——這里所說的“計算機”既可以指機器，也可以指人。換句話說，計算思維也就是一種解決問題的方式。計算思維不應(yīng)該是計算機科學(xué)家的專屬能力，在數(shù)字化的大時代里，每一個人都應(yīng)掌握計算思維這種思維邏輯，運用這種技能解決自己的生活與工作中遇到的問題。

隨著信息技術(shù)在各行各業(yè)的普及應(yīng)用，各種數(shù)字化的工具與人們的生活、工作、娛樂高度融合，各種基于程序驅(qū)動的技術(shù)工具滲透于社會的方方面面。設(shè)計、開發(fā)、應(yīng)用數(shù)字化工具所涉及的計算方法潛移默化地融入人們利用信息技術(shù)解決問題的過程之中[3]。計算工具影響著人們的思維方式，研究數(shù)字化工具的本質(zhì)特征，形成計算思維，能培養(yǎng)個體對問題解決方案的思維能力。

大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程的教學(xué)應(yīng)當(dāng)以為學(xué)生培養(yǎng)“怎么像計算機科學(xué)家一樣思維”的教學(xué)目標(biāo)，讓學(xué)生接觸計算的方法和模型，激發(fā)學(xué)生對計算機領(lǐng)域科學(xué)探索的興趣，理解數(shù)字化工具的本質(zhì)特征，形成計算思維邏輯，有效使用信息技術(shù)創(chuàng)新性的解決專業(yè)發(fā)展中的問題[4]。

4 “新工科”理念下大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)的計算思維培養(yǎng)改革（The cultivation reform of computational thinking in basic computer teaching under the concept of Emerging Engineering）

（1）教學(xué)目標(biāo)結(jié)合雙創(chuàng)教育，培養(yǎng)高階計算思維

計算思維是解決問題的一種思考方式，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維要強調(diào)把思維方式融入具體的工作任務(wù)中，有效地解決問題[5]。改變以往強調(diào)工具軟件學(xué)習(xí)方式，計算機工具的學(xué)習(xí)是很耗費時間的，而工具軟件會隨著操作系統(tǒng)、硬件更新等環(huán)境不斷迭代更新的，如果只是為了認識工具而學(xué)習(xí)工具很需要大量的時間，同時也是比較難靈活運用好工具軟件的。而其實工具軟件背后都有一系列的計算思維支撐的，如果能理解了軟件的思維方式，萬變不離其宗，學(xué)習(xí)起來就事半功倍，也能有效遷移到具體的工作環(huán)境中，創(chuàng)新性的解決各種問題。在教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生利用計算思維和計算機工具去分析解決專業(yè)學(xué)習(xí)中遇到的問題。

近年來“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”雙創(chuàng)概念對于經(jīng)濟、政治、文化等都有一定程度的影響，高校的重要任務(wù)就是為國家培養(yǎng)復(fù)合型高素質(zhì)創(chuàng)新人才，在這個創(chuàng)新人才體系中有一條內(nèi)容就是：潛移默化的方式幫助學(xué)生形成全新的科學(xué)思維方式。大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)目標(biāo)應(yīng)該將“計算思維能力”培養(yǎng)與“復(fù)合高素質(zhì)創(chuàng)新人才”培養(yǎng)相結(jié)合，通過讓學(xué)生真正掌握計算科學(xué)的基本理論和方法，進而培養(yǎng)學(xué)生的高階計算思維能力。

（2）教學(xué)內(nèi)容結(jié)合專業(yè)特點，融入計算思維

大學(xué)計算機基礎(chǔ)的教學(xué)內(nèi)容需要和專業(yè)結(jié)合起來，融入計算思維。大學(xué)計算機基礎(chǔ)的教學(xué)內(nèi)容不應(yīng)該所有專業(yè)都統(tǒng)一內(nèi)容，統(tǒng)一教學(xué)進度，這不是以學(xué)習(xí)需求為中心的內(nèi)容分析，必須根據(jù)學(xué)科需要來選擇恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容，充分考慮學(xué)生的專業(yè)需求，結(jié)合專業(yè)發(fā)展的需要，創(chuàng)建融入學(xué)科專業(yè)元素的教學(xué)案例，以教學(xué)案例為載體融入培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。在開始課程前計算機相關(guān)的教師務(wù)必要和開課專業(yè)的學(xué)院老師充分溝通，了解其專業(yè)對計算機的需求，將計算機技術(shù)與專業(yè)學(xué)習(xí)在思維層面連接起來，設(shè)置系列專業(yè)知識與計算機技術(shù)相結(jié)合的教學(xué)案例，把前沿的信息技術(shù)選用合理的方式介紹給學(xué)生，激發(fā)學(xué)生思考信息技術(shù)與自己學(xué)科的結(jié)合點，激活學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果最大化。

課程內(nèi)容的設(shè)置可以分層次開展教學(xué)。第一層是問題描述為核心的基礎(chǔ)知識層，在低年級開設(shè)，內(nèi)容包括計算思維的概念、計算機基礎(chǔ)知識，基本應(yīng)用軟件操作;第二層是“計算問題求解”課程，以算法和程序設(shè)計為核心，如C程序設(shè)計、Java程序設(shè)計、Python程序設(shè)計等，以計算思維為核心，掌握利用程序設(shè)計解決問題的方法;第三層是專業(yè)應(yīng)用層，以基于模型的“系統(tǒng)工程”課程和“人工智能實踐”課程，結(jié)合相關(guān)大類專業(yè)開設(shè)利用信息技術(shù)解決專業(yè)領(lǐng)域問題的方法與技術(shù)課程;第四層是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)綜合實踐類課程，幫助學(xué)生建立創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)為目標(biāo)的課程，如手機App建設(shè)，SEO網(wǎng)站推廣等，培養(yǎng)計算思維同時提升，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力。四個層次的課程內(nèi)容設(shè)置對能力培養(yǎng)是逐漸加強的，既包括基本的計算基礎(chǔ)問題求解能力，也有復(fù)雜問題求解和創(chuàng)新能力培養(yǎng)[6]。

（3）教學(xué)手段應(yīng)用智能工具，感悟計算思維

計算思維需要教師在教學(xué)過程中不斷的引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，傳統(tǒng)的授課方式在教學(xué)時間上是有限的，應(yīng)該充分利用好課后的碎片化時間，開展全方面地探索，引導(dǎo)學(xué)生通過結(jié)合計算思維去探索與解決問題。當(dāng)前市場提供了大量優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)系統(tǒng)比如Sakai、Moodle等，基于移動終端的師生課堂互動平臺如微助教、課堂派等，這些課堂輔助系統(tǒng)不但可以對教學(xué)資源管理，還能實現(xiàn)課堂教學(xué)的有效互動。

在大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)過程中可以運用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方式，課前學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)平臺自己預(yù)先學(xué)習(xí)計算機基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)課程，老師利用教學(xué)平臺掌握學(xué)習(xí)的自學(xué)情況，課堂上有針對性的展開討論、互動、指引，師生共同分析問題，課后在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)繼續(xù)整理匯總思路，學(xué)習(xí)總結(jié)等。通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺相關(guān)工具拓寬教學(xué)的寬度，加強學(xué)習(xí)互動的廣度，強化引導(dǎo)解決問題能力的培養(yǎng)，對學(xué)生自覺把計算思維與專業(yè)學(xué)習(xí)結(jié)合起來提供一個很好的訓(xùn)練過程。學(xué)生在應(yīng)用先進的智能互動學(xué)習(xí)工具過程中可以潛移默化的方式幫助學(xué)生感悟計算思維。

（4）運用膠水語言，訓(xùn)練計算思維

Python是一種面向?qū)ο蟮慕忉屝陀嬎銠C程序設(shè)計語言，具有豐富和強大的庫，目前最受歡迎的編程語言，能適應(yīng)非常多的工作場合。具有簡單易學(xué)、免費開源、高層語言、可移植性強等特點。Python提供各種豐富的庫方便快捷地完成許多日常辦公事務(wù)，比如對Excel處理xlrd、xlwt、xlsxwriter等，比如對word處理的python-docx和python-pptx等，還有對網(wǎng)絡(luò)處理的stmp庫、zmail庫。這些庫使用起來簡單有效，能極大地吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也能真正地幫助他們解決工作，學(xué)習(xí)的問題，在解決問題的過程中建立起有效地計算思維能力。

在大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)中應(yīng)該加強Python程序設(shè)計課程的運用廣度和深度，把計算思維融入Python程序設(shè)計課程教學(xué)中，實現(xiàn)逐步引入計算思維的基本概念和方法，使學(xué)生理解計算思維的理念，學(xué)會運用計算思維的方法，去發(fā)現(xiàn)問題，然后尋找解決問題的途徑，最終解決問題。通過運用Python語言解決各種問題，達到訓(xùn)練學(xué)生計算思維的能力，提高學(xué)生解決問題的能力和創(chuàng)新能力的目的。

（5）創(chuàng)新教學(xué)方法，滲透計算思維

大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)涉及的內(nèi)容較廣，學(xué)生需要獲取的知識點比較分散，包括了解計算機組成原理，掌握常用軟件操作，計算思維培養(yǎng)等。如果按部就班的使用傳統(tǒng)方法先講授一遍，然后學(xué)生去練習(xí)，課時不允許，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性也難以調(diào)動起來，因此教師需要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容情況合理采用靈活多樣的教學(xué)方法，注重知識表達的趣味性、應(yīng)用性、多樣性，最大力度的吸引學(xué)生主動參與到學(xué)習(xí)活動過程中。可以以“任務(wù)驅(qū)動”的專題形式開展主題教學(xué)，通過設(shè)定一個難度合適的任務(wù)活動，老師帶領(lǐng)學(xué)生圍繞該主題活動展開探索。學(xué)生有任務(wù)，有分工，有老師的幫助指導(dǎo)，在強烈的問題任務(wù)動機驅(qū)動下，可以以積極的態(tài)度參與學(xué)習(xí)中，展開有效地協(xié)作學(xué)習(xí)，通過小組共同努力完成主題任務(wù)，在完成任務(wù)的過程中學(xué)習(xí)獲得相應(yīng)的知識點知識。在完成任務(wù)的過程中也能充分的鍛煉學(xué)生的各種綜合能力，也包括了對問題的建構(gòu)，問題的分析，問題解決思路，最后如何使用計算機有效地解決問題的能力，這也是計算思維能力的重要培養(yǎng)過程[7]。計算思維能力需要在非計算領(lǐng)域的遷移應(yīng)用過程中體現(xiàn)學(xué)升的能力發(fā)展，因此需要通過豐富的任務(wù)案例綜合鍛煉，提升學(xué)生的計算思維應(yīng)用能力。

比如網(wǎng)頁設(shè)計這個模塊的教學(xué)活動，創(chuàng)新教學(xué)方法可以更好地吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。網(wǎng)頁設(shè)計的課程特點是入門簡單，要做好卻是較為煩瑣的。傳統(tǒng)的教學(xué)是老師講授每一個HTML標(biāo)簽、CSS語法的特征，使用注意事項等，然后學(xué)生跟著練習(xí)學(xué)生剛開始學(xué)習(xí)是很感興趣的，但是學(xué)習(xí)進入后期知識點稍多后，學(xué)生普遍會感到乏味的課程，這樣的學(xué)習(xí)過程是乏味的、孤立的、無交互的。根據(jù)“任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)方法，可以依據(jù)網(wǎng)頁設(shè)計課程的知識點需求分解為簡單文本網(wǎng)頁、多媒體網(wǎng)頁、靈活布局網(wǎng)頁、交互網(wǎng)頁等模塊，學(xué)生分好小組，組內(nèi)分工合作，在完成任務(wù)過程中不清楚操作可以查看老師預(yù)先錄制的基本知識點的微課教學(xué)視頻，學(xué)習(xí)小組在交流過程中完成任務(wù)，小組之間在競爭中互相學(xué)習(xí)，老師在輔導(dǎo)過程中幫助學(xué)生完成學(xué)習(xí)的建構(gòu)。

5? ?結(jié)論（Conclusion）

在新工科建設(shè)要求下，大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程的培養(yǎng)要以培養(yǎng)計算思維能力為目標(biāo)，與“復(fù)合高素質(zhì)創(chuàng)新人才”培養(yǎng)相結(jié)合，課程教學(xué)內(nèi)容與專業(yè)結(jié)合展開多層次教學(xué)，加強Python程序設(shè)計課程的運用廣度和深度，把計算思維融入Python程序設(shè)計課程教學(xué)中，充分利用網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)工具開展教學(xué)，教學(xué)方法運用“任務(wù)驅(qū)動”吸引學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，在解決問題中培養(yǎng)問題解決的方法與技能。只有在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段各方面做出合理變革，才能適應(yīng)新工科建設(shè)要求，實現(xiàn)真正意義上的計算機通識性教育。

參考文獻（References）

[1] 李廉.計算思維——概念與挑戰(zhàn)[J].中國大學(xué)教學(xué)，2012（01）：

7-12.

[2] 房曉東.基于新工科理念的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)數(shù)字化資源共享平臺建設(shè)的探索[J].軟件工程，2018，21（05）：57-59.

[3] 李鋒，王吉慶.計算思維教育：從“為計算”到“用計算”[J].中國電化教育，2015（10）：6-10;21.

[4] 袁開榜.二十一世紀(jì)，人們應(yīng)該具有計算思維能力[J].計算機教育，2011（03）：30-33.

[5] 李艷坤，高鐵剛.基于思維視角的計算思維綜合解讀[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2017，27（01）：68-73.

[6] 曾一，劉慧君，李杰，等.以計算思維為核心的計算機基礎(chǔ)教學(xué)改革與實踐[J].計算機教育，2018（10）：137-141.

[7] 鄧廣彪.基于計算思維的趣味任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式研究[J].軟件導(dǎo)刊，2016，15（10）：199-201.

作者簡介：

黃華升（1978-），男，碩士，高級工程師.研究領(lǐng)域：軟件開發(fā).