基于計算思維的高職“計算機應(yīng)用基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革*

肖 莉，戴 琴，劉仕琴，謝泉根，舒慧欣

（吉安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 吉安 343000）

1 背景

“計算機應(yīng)用基礎(chǔ)”課程是面向全校學(xué)生開設(shè)的一門公共必修課，也是目前高職院校開設(shè)最為普遍、受益面最廣的一門計算機基礎(chǔ)課程。目前，該課程中存在一些問題，主要表現(xiàn)在以下兩方面。

1）對課程的地位認識不足，認為“計算機應(yīng)用基礎(chǔ)”課程就是講解軟件工具使用，學(xué)生學(xué)習(xí)該課程滿足于掌握計算機的基本操作、基本軟件的使用。非計算機專業(yè)的學(xué)生學(xué)完本門課程后，計算機類課程往往到此結(jié)束，缺乏后續(xù)結(jié)合專業(yè)、創(chuàng)新實踐型等課程體系的支持，而學(xué)生直接進入專業(yè)課程學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)的計算機知識很少進行實際應(yīng)用,對于從計算機角度去解決實際問題更是極少提及，課程的基礎(chǔ)支撐作用體現(xiàn)得不夠充分。

2）課程知識構(gòu)成龐大，而且由于計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，課程教學(xué)內(nèi)容更新也很快，課程教學(xué)的核心任務(wù)是什么，到底使用哪些教學(xué)內(nèi)容來支撐本課程是很多該課程教學(xué)的教師困惑的問題。

2006年，美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)周以真教授提出了關(guān)于“計算思維”的確切概念：計算思維是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為的科學(xué)方法[1]。計算思維強調(diào)問題求解的操作過程，通過約簡、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，選擇合適的方式陳述一個問題，并對問題的相關(guān)方面進行建模，把一個看起來困難的問題闡釋成一個人們知道怎樣去解決的問題，并采用最有效的辦法去解決問題。并強調(diào)計算思維己經(jīng)成為信息時代一種本質(zhì)的、所有人都必須具備的思維能力，就像識字和做算術(shù)一樣，成為人們認識和解決問題的基本能力之一。

《大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》（2016）指出：明確以計算思維為導(dǎo)向的改革方向、探索多元化的教學(xué)方案、推動以在線開放課程為代表的教學(xué)模式改革、完善課程教學(xué)成效評測方式，從而建設(shè)適應(yīng)時代要求的新的大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)體系[2]。從這個基本要求可以看出計算機基礎(chǔ)教學(xué)將會以計算思維能力培養(yǎng)為核心，而且這種能力是針對任何專業(yè)的?！坝嬎銠C應(yīng)用基礎(chǔ)”作為高職學(xué)生第一門計算機基礎(chǔ)課程，也將以計算思維能力培養(yǎng)為核心。

2 以計算思維培養(yǎng)為導(dǎo)向的“計算機應(yīng)用基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革實踐

在以計算思維為導(dǎo)向的“計算機應(yīng)用基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革中，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力是本次教學(xué)改革的重點，為了在課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，首先應(yīng)該全面深入地理解計算思維的本質(zhì)和計算思維的特征；其次應(yīng)該梳理課程教學(xué)改革中對于學(xué)習(xí)者計算思維能力的培養(yǎng)要解決的核心問題；最終結(jié)合吉安職業(yè)技術(shù)學(xué)院實際情況，設(shè)計表達計算思維的教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建以計算思維能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的“計算機應(yīng)用基礎(chǔ)”課程體系和探索合適的教學(xué)模式，促進和培養(yǎng)學(xué)生更好地使用計算思維去思考在現(xiàn)實世界中如何利用計算機工具去解決本專業(yè)實際問題，提高本專業(yè)知識水平的能力，從而提高學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新實踐能力。

2.1 計算思維概述

目前，國內(nèi)外廣泛認同的關(guān)于計算思維的概念是2006年美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)周以真教授提出的：計算思維是人們運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為的科學(xué)方法。計算思維是概念化，不是程序化；是根本的，不是刻板的技能；是人的，不是計算機的思維方式；是數(shù)學(xué)和工程思維的互補與融合；是思想，不是人造物[3]。

2.2 “計算機應(yīng)用基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革研究

“計算機思維”是內(nèi)隱的，而“計算思維能力”可以通過各種行為和活動成為外顯的特質(zhì)。在傳統(tǒng)的課程教學(xué)中，大部分教師沒有認識到計算思維能力培養(yǎng)的重要性，只注重應(yīng)用與技術(shù)的教學(xué)，計算機應(yīng)用和技術(shù)的最終成果是實用軟件或一套系統(tǒng)的熟練使用，忽視了計算思維能力的培養(yǎng)?！毒判Ｂ?lián)盟（C9）計算機基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》旗幟鮮明地把“計算思維能力的培養(yǎng)”作為計算機基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)[4]。然而，在課程教學(xué)改革中對于學(xué)習(xí)者計算思維能力的培養(yǎng)要解決的核心問題有哪些呢？課題組認為主要有以下3個方面。

1）將計算思維概念和計算思維能力培養(yǎng)目標直接展示給學(xué)生，以方便學(xué)生有目的性地學(xué)習(xí)；

2）設(shè)計表達計算思維的教學(xué)內(nèi)容，如果內(nèi)容本身很難滲透計算或基于計算的思維過程計算思維能力的培養(yǎng)就很難展開；

3）改革教學(xué)模式，而改革后的這種模式本質(zhì)上是在課程教學(xué)過程中去融入計算思維。

2.3 “計算機應(yīng)用基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革實踐

計算機的每個應(yīng)用領(lǐng)域都是由基礎(chǔ)理論、應(yīng)用技術(shù)和實際應(yīng)用系統(tǒng)等層次構(gòu)成，不同專業(yè)的學(xué)生需求層次不一樣，所以課題組在構(gòu)建課程體系的時候要根據(jù)各個專業(yè)需求、以及學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和特點來構(gòu)建。

2.3.1 計算機專業(yè)學(xué)生

針對計算機專業(yè)的學(xué)生，教學(xué)內(nèi)容圍繞計算思維能力培養(yǎng)目標進行重組，保留了Windows操作系統(tǒng)和Office辦公軟件等部分內(nèi)容，增加了計算思維和Python內(nèi)容，課程內(nèi)容主要包含4個部分：計算機系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)；信息編碼與信息處理技術(shù)；Office辦公軟件操作；計算思維、算法與程序設(shè)計初步。

在第4部分中，特別增加了計算思維和Python語言部分，分四個模塊，分別是計算思維基礎(chǔ)模塊、人工智能基礎(chǔ)知識模塊、計算思維訓(xùn)練模塊、人工智能應(yīng)用能力訓(xùn)練模塊。計算思維基礎(chǔ)模塊介紹計算和計算思維的概念、計算思維方法和典型應(yīng)用案例；人工智能基礎(chǔ)知識模塊介紹歷史、定義和典型應(yīng)用案例；計算思維訓(xùn)練模塊介紹問題求解、計算思維、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的基礎(chǔ)知識，主要應(yīng)用Python快速有效地解決一些實際問題；人工智能應(yīng)用能力訓(xùn)練模塊選取了圖像識別、自然語言處理、人臉識別、商業(yè)智能分析、機器學(xué)習(xí)和仿真模擬等典型人工智能技術(shù)，兼顧通識與技能，介紹人工智能典型技術(shù)的原理、應(yīng)用場景和典型案例，并通過實際案例展示人工智能技術(shù)解決實際問題的流程，培養(yǎng)學(xué)生運用人工智能技術(shù)解決實際問題的能力。通過以上內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以對Python程序設(shè)計的基礎(chǔ)知識和利用計算思維解決問題的方法有一個初步的了解，初步培養(yǎng)學(xué)生Python程序設(shè)計的基本能力和計算思維意識。Office辦公軟件操作部分，主要采用學(xué)生線上通過MOOC自學(xué)，線下教師進行輔導(dǎo)，學(xué)生利用在線作業(yè)系統(tǒng)進行成效評測。具體的做法如下。

1）課前階段。對學(xué)生進行課前引導(dǎo)，教師通過教學(xué)平臺、QQ群等網(wǎng)絡(luò)平臺工具，將學(xué)習(xí)任務(wù)單、學(xué)習(xí)資料等需要學(xué)生課前掌握的知識內(nèi)容提供給學(xué)生，并將預(yù)設(shè)的問題情境展現(xiàn)給學(xué)生，學(xué)生在獲取問題情境后，需要進行問題的提取，進而分析問題。在分析問題過程中，學(xué)生可能會調(diào)用歸納以往的學(xué)習(xí)生活知識和經(jīng)驗，這樣在無形中形成分析問題的思維，然后結(jié)合已掌握的Python程序基礎(chǔ)知識，進行算法設(shè)計。在自主探究過程中，學(xué)生遇到疑問可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺工具反饋給教師，教師可及時進行答疑。通過課前自主探究的過程，不僅有利于學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握，學(xué)生自主思考的過程也有利于學(xué)生的個性化思維的形成，同時老師也可以掌握學(xué)生學(xué)習(xí)中所產(chǎn)生的疑問和學(xué)習(xí)掌握情況，以便更好地開展課中的教學(xué)活動。

2）課中階段。主要是由課堂答疑和合作探究兩個環(huán)節(jié)構(gòu)成，課堂答疑主要是針對學(xué)生課前自主探究過程中產(chǎn)生的疑問進行解答，對于普遍存在的共性問題和重點難點知識部分采取精講的方式進行集中講解，對于個別化的疑問則進行個別指導(dǎo)。合作探究主要是教師在預(yù)設(shè)的問題情境上提出進一步的要求，學(xué)生進行小組討論形成最終方案，并根據(jù)方案通過Python程序軟件進行代碼實現(xiàn)，調(diào)試產(chǎn)生結(jié)果，最后進行各小組的成果展示匯報。在小組展示匯報的過程中，其他小組認真觀摩聆聽，并在匯報展示結(jié)束后進行點評，在學(xué)生點評結(jié)束后，教師一方面對學(xué)生給出的點評給予肯定或評價；另一方面對匯報小組的成果進行總結(jié)點評給予肯定或提出修改建議。

3）課后階段。主要是學(xué)生將知識進行遷移利用和對問題進行遞進環(huán)節(jié)，教師在課后可以布置一個創(chuàng)新提升任務(wù)或在原先問題情境的基礎(chǔ)上對問題進行進一步要求，使問題實現(xiàn)遞進，成為新課要解決的問題，要求學(xué)生在原先解決了的問題的基礎(chǔ)上進一步進行求解。在本教學(xué)實踐過程中，教師將問題情境貫穿在課前、課中、課后三個階段，問題情境的設(shè)置按照由小到大、由簡單到復(fù)雜、由基礎(chǔ)到綜合的遞進設(shè)置，使學(xué)生在問題解決過程中，計算思維能力也一步一步得到提升。

2.3.2 非計算機專業(yè)學(xué)生

針對非計算機專業(yè)的學(xué)生，課程內(nèi)容主要包含6個部分：計算機基礎(chǔ)知識；計算思維；Office辦公軟件操作；多媒體技術(shù)及應(yīng)用；人工智能應(yīng)用技術(shù)概述；區(qū)塊鏈應(yīng)用技術(shù)概述。

針對非計算機專業(yè)的學(xué)生，課程旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握計算機應(yīng)用基礎(chǔ)的基本理論和實際操作技能，計算思維重在方法，課程采用項目化教學(xué)法，利用任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)方法，教學(xué)內(nèi)容從任務(wù)著手，教師設(shè)置針對性強、實踐性強、綜合性強的任務(wù)，并為學(xué)生提供相關(guān)的能夠自主學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)資源，教師引導(dǎo)學(xué)生利用計算思維方法學(xué)會分解復(fù)雜的問題，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)以及探究式學(xué)習(xí)參與體驗問題解決和工作任務(wù)完成的過程，不僅掌握了學(xué)習(xí)技巧，提高了計算機操作技能，學(xué)生個人的信息素養(yǎng)和計算思維能力也得到提升。具體做法和計算機專業(yè)類似，也是分成課前、課中、課后三個階段。

3 結(jié)束語

高職“計算機應(yīng)用基礎(chǔ)”課程教學(xué)不僅要讓學(xué)生掌握計算機基礎(chǔ)技能，同時應(yīng)當以計算思維能力的培養(yǎng)作為核心任務(wù)，使學(xué)生具有利用計算機知識和計算思維解決實際問題的能力。課題組針對高職院校在傳統(tǒng)教學(xué)上存在的問題，圍繞計算思維，改革課程教學(xué)內(nèi)容體系，將計算思維嵌入到課堂教學(xué)中，采用“項目化教學(xué)法”和“任務(wù)驅(qū)動法”相結(jié)合的方法進行教學(xué)，讓學(xué)生不僅掌握計算機基礎(chǔ)技能，學(xué)生個人的信息素養(yǎng)和計算思維能力也得到提升。