“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下計(jì)算思維導(dǎo)向的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革

王永全,單美靜

(華東政法大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)系,上海 201620)

0 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代。“互聯(lián)網(wǎng)+”是創(chuàng)新2.0下的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展新業(yè)態(tài)。簡(jiǎn)單地說，“互聯(lián)網(wǎng)+”就是“互聯(lián)網(wǎng)+各個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)”，但這并不是兩者的簡(jiǎn)單相加，而是互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)進(jìn)行深度融合，創(chuàng)造新的發(fā)展生態(tài)。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展，人們將充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)在社會(huì)資源配置中的集成與優(yōu)化作用，將互聯(lián)網(wǎng)方面的創(chuàng)新成果深度融合到經(jīng)濟(jì)、社會(huì)各領(lǐng)域，從而全面提升社會(huì)的創(chuàng)新力和生產(chǎn)力。與此同時(shí)，也要求現(xiàn)在的大學(xué)生必須掌握相對(duì)全面的信息技術(shù)知識(shí)，以便更好的實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)的深度融合。大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程作為國內(nèi)高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門必修課程，其傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法已經(jīng)不能滿足“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代對(duì)人才素質(zhì)的需求。

1 當(dāng)前計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)存在的問題

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程是很多非計(jì)算機(jī)專業(yè)接觸信息技術(shù)的基礎(chǔ)課程，在國內(nèi)大部分高校都會(huì)開設(shè)。但是，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的帶來，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)與社會(huì)對(duì)信息人才的需求已經(jīng)格格不入，主要存在以下幾個(gè)方面的問題：

1.1 教學(xué)內(nèi)容陳舊，重視應(yīng)用忽視思維能力培養(yǎng)

在傳統(tǒng)的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中，其教學(xué)內(nèi)容主要包括計(jì)算機(jī)概述、操作系統(tǒng)、Office軟件、網(wǎng)頁設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等知識(shí)點(diǎn)，這些知識(shí)點(diǎn)主要都是傳授學(xué)生使用計(jì)算機(jī)的基本技能，而沒從根本上讓學(xué)生理解計(jì)算機(jī)是如何工作、如何解決問題。

1.2 個(gè)體能力差異嚴(yán)重

隨著現(xiàn)代教育的發(fā)展，很多高中開設(shè)了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)相關(guān)教學(xué)，同時(shí)很多學(xué)生在進(jìn)入大學(xué)之前已經(jīng)接觸計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)較好。而一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的學(xué)生，卻接觸計(jì)算機(jī)的機(jī)會(huì)比較少。從而造成受眾學(xué)生個(gè)體能力差異嚴(yán)重。對(duì)于基礎(chǔ)好的學(xué)生，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)無法滿足其知識(shí)訴求，希望能夠獲取更加深入的知識(shí)技術(shù)，而基礎(chǔ)差的學(xué)生則希望老師能夠從零講起。個(gè)體能力的差異對(duì)老師如何有效的開展計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)，做到“基礎(chǔ)好的學(xué)生吃得飽、基礎(chǔ)差的學(xué)生消化得了”是大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)需要考慮的重要課題。

1.3 教學(xué)方式單一

目前，很多高校的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)還是采用理論教學(xué)+實(shí)踐教學(xué)的方式，理論課堂講授計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，實(shí)踐教學(xué)則主要讓學(xué)生做一些驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)。這樣的教學(xué)方式一方面無法充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，另一方面無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性。

1.4 考核方式簡(jiǎn)單

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程作為非計(jì)算機(jī)專業(yè)的必修課程，很多學(xué)校的開設(shè)目的是為了讓學(xué)生參加國家或省市級(jí)的計(jì)算機(jī)等級(jí)考試，而計(jì)算機(jī)作為現(xiàn)代人們工作生活必不可少的一個(gè)工具，其主要目的一個(gè)是“使用”而不是“考試”。如何有效的改變考核方式，真正達(dá)到學(xué)以致用，也是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)過程中需要關(guān)注的問題。

2 計(jì)算思維簡(jiǎn)介

計(jì)算思維是美國卡耐基梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真教授于2006年3月在計(jì)算機(jī)權(quán)威期刊《Communications of the ACM》雜志上提出的[1]。周教授把計(jì)算思維定義為“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)、以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)”。其吸收了問題解決過程中所采用的數(shù)學(xué)思維方法、現(xiàn)實(shí)世界中復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)與評(píng)估過程中的工程思維復(fù)雜方法，以及人類行為、心理、智能的理解等方面的科學(xué)思維方法。

計(jì)算思維汲取了問題解決所采用的一般數(shù)學(xué)思維方法，現(xiàn)實(shí)世界中巨大復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與評(píng)估的一般工程思維方法，以及復(fù)雜性、智能、心理、人類行為的理解等的一般科學(xué)思維方法。與傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)和物理學(xué)科相比，計(jì)算思維中的抽象更為豐富，也更為復(fù)雜。計(jì)算思維是每個(gè)人的基本技能之一，它應(yīng)該像閱讀、寫作和算術(shù)一樣被所有人掌握。首先，計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)年去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為。其包含了計(jì)算機(jī)科學(xué)中的一系列思維活動(dòng)，其次，它是數(shù)學(xué)思維和工程思維的互補(bǔ)與融合。計(jì)算機(jī)科學(xué)本質(zhì)上來源于數(shù)學(xué)思維，其形式化基礎(chǔ)建立在數(shù)學(xué)之上。另外，計(jì)算機(jī)科學(xué)又從本質(zhì)上來源于工程思維。計(jì)算思維的培養(yǎng)既能提升學(xué)生的數(shù)學(xué)思維，又能提升學(xué)生的工程思維。最后，計(jì)算思維是人類求解問題的一種途徑，其培養(yǎng)的是人的思維方式，而不是計(jì)算機(jī)的思維方式。計(jì)算機(jī)的思維方式枯燥、乏味，人類聰穎且富有想像力。計(jì)算思維的培養(yǎng)可以讓人類更好地激發(fā)計(jì)算機(jī)激情[2-5]。

3 計(jì)算思維導(dǎo)向的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革

計(jì)算思維作為三大科學(xué)思維之一，是國內(nèi)外計(jì)算機(jī)教育領(lǐng)域普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問題。而計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程作為很多非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生接觸計(jì)算機(jī)的一門必修課程，在其教學(xué)過程中，必須承擔(dān)起培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的重任，從而達(dá)到“互聯(lián)網(wǎng)+“時(shí)代對(duì)信息人才的需求。本文基于以上問題，并結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)+背景下人才素質(zhì)的需求，在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核手段方面進(jìn)行了有益的嘗試。

3.1 計(jì)算思維導(dǎo)向的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容改革

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容主要在于培養(yǎng)學(xué)生使用計(jì)算機(jī)的能力，不利于學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。在教學(xué)內(nèi)容方面，一方面增加了體現(xiàn)計(jì)算機(jī)問題求解思路的“問題求解與程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”部分的內(nèi)容，幫助學(xué)生了解計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的過程，而且采用“所見即所得”的編程思路，極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，另一方面，增加了體現(xiàn)抽象思維的“算法描述和基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生更深層次的了解計(jì)算機(jī)問題求解的過程。在程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)方面的教學(xué)過程中，考慮到受眾面的專業(yè)特性，本課程不針對(duì)某種編程語言開展教學(xué)，而是借助Raptor軟件重點(diǎn)介紹程序設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路和邏輯思維。學(xué)有余力的學(xué)生可以在課外自學(xué)某種編程語言(比如C、Java等)。Raptor作為一款基于流程圖的高級(jí)程序語言算法工具，是一種可視化的程序設(shè)計(jì)環(huán)境，具有上手快、所見即所得的特點(diǎn)，而且還可以直接轉(zhuǎn)換為C++、CJHJ、Java等高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言，是一個(gè)非常適合程序設(shè)計(jì)和算法初學(xué)者的工具軟件。通過近幾年的教學(xué)效果觀察，Raptor軟件的使用很好地提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，取得了非常好的教學(xué)效果。

3.2 強(qiáng)調(diào)計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)過程設(shè)計(jì)

為了培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，高校教師在教學(xué)過程中除了按照傳統(tǒng)方式教授計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)和基礎(chǔ)理論外，還需要對(duì)這些知識(shí)進(jìn)行抽象、升華、總結(jié)相關(guān)的計(jì)算思維方法。為了加深學(xué)生對(duì)計(jì)算思維的理解，還需要教師結(jié)合學(xué)生的專業(yè)特色列舉學(xué)生專業(yè)涉及計(jì)算思維的教學(xué)案例，介紹如何利用計(jì)算思維解決現(xiàn)實(shí)問題，并讓學(xué)生舉一反三。任課教師在教學(xué)過程中，對(duì)于每個(gè)計(jì)算思維點(diǎn)都會(huì)按照這3個(gè)步驟開展教學(xué)，比如在程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)中，在講解了3種基本的程序結(jié)構(gòu)后，會(huì)重點(diǎn)講解邏輯思維能力，最后會(huì)要求學(xué)生結(jié)合自己專業(yè)完成一個(gè)較為復(fù)雜的工程案例。

3.3 基于SPOC模式的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)方式改革

由于學(xué)生個(gè)體能力差異的存在，在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)過程中，一方面要考慮基礎(chǔ)差學(xué)生的計(jì)算機(jī)使用水平的教育，另一方面要考慮基礎(chǔ)好同學(xué)對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容的較高訴求，完全靠課堂教學(xué)來解決這個(gè)問題是無解的。SPOC模式作為一種課堂教學(xué)與在線教學(xué)的混合教學(xué)模式，能夠有效解決這一問題。在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)過程中，任課教師把傳統(tǒng)的很多教學(xué)內(nèi)容(比如操作系統(tǒng)、Office、網(wǎng)頁制作)當(dāng)作課后作業(yè)布置給學(xué)生，然后在實(shí)體課堂教學(xué)中回答學(xué)生提出的問題，檢查學(xué)生完成的情況，了解學(xué)生掌握了哪些知識(shí)，哪些知識(shí)需要跟學(xué)生共同學(xué)習(xí)，這樣基礎(chǔ)差的學(xué)生可以通過更多的課后時(shí)間加強(qiáng)學(xué)習(xí)，而基礎(chǔ)好的學(xué)生則可以少花時(shí)間在這些內(nèi)容上。課堂教學(xué)除了檢查學(xué)生完成情況外，主要是重視學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。任課教師完全根據(jù)課程的需要和學(xué)生的需求，自由設(shè)置和調(diào)控課程的進(jìn)度、節(jié)奏和評(píng)價(jià)體系。

3.4 突出計(jì)算思維的考核方式改革

課程考核作為教學(xué)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，不僅僅是一種考核學(xué)生成績(jī)的方式，還是一個(gè)指導(dǎo)教學(xué)過程和教學(xué)方法的重要指揮棒，是影響推進(jìn)計(jì)算思維教學(xué)改革的關(guān)鍵因素。很明顯，傳統(tǒng)的以計(jì)算機(jī)等級(jí)考試作為教學(xué)評(píng)價(jià)的依據(jù)已經(jīng)不適合計(jì)算思維教學(xué)改革的需要。我們?cè)谟?jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)考核中，引入了過程化的考核方式，強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)全過程的監(jiān)控，成績(jī)的組成不僅包括期末考試成績(jī)，還很大比例地引入了SPOC教學(xué)效果、課堂討論、文獻(xiàn)閱讀的成績(jī)。

4 結(jié)語

本文根據(jù)“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代各專業(yè)對(duì)信息技術(shù)的人才需要不僅局限于掌握計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、掌握計(jì)算機(jī)的基本操作的特點(diǎn)，對(duì)大學(xué)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革進(jìn)行了一定的探索。在以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力為核心的指導(dǎo)思想下，從計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容更新、教學(xué)過程設(shè)計(jì)、教學(xué)方法改革、考核方式優(yōu)化等方面進(jìn)行了長(zhǎng)期的摸索，并取得了較好的人才培養(yǎng)效果。在今后的工作中，還需要進(jìn)一步加大教學(xué)改革的力度，更好地結(jié)合學(xué)生專業(yè)特色做好計(jì)算思維解決具體問題的教學(xué)案例設(shè)計(jì)工作。