基于計算思維的大學計算機基礎課程的教學改革研究

姚 珺

（銅陵學院數(shù)學與計算機學院，安徽 銅陵 244000）

1 大學計算機基礎課程教學現(xiàn)狀

目前，很多高校開設了計算機基礎課程，并且越來越重視該門課程的教學與改革研究。傳統(tǒng)的大學計算機基礎課程的內(nèi)容側重于計算機的基礎知識和操作技能，知識點多，但內(nèi)容相對松散，各個知識點之間缺乏系統(tǒng)性聯(lián)系。計算機基礎教學方法還存在著“狹義工具論”的問題[1]，導致培養(yǎng)出來的部分學生只會一些軟件的基本操作和簡單編程。很多大學生在中學階段就已經(jīng)接觸了計算機的相關知識，部分學生已經(jīng)掌握了常用辦公軟件的基本操作，這就讓他們失去了學習大學計算機課程的興趣。為了解決上述弊端，促進學生全面發(fā)展，大學計算機基礎教學提出了更高的目標：必須讓學生提升計算思維能力。

2 計算思維的基本概述及現(xiàn)狀

計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統(tǒng)設計以及人類行為理解的一系列思維活動。這就指明了計算機基礎教學不應只停留在工具使用層面，而應深入地培養(yǎng)學生運用計算機解決問題的能力。計算思維能力的培養(yǎng)及培養(yǎng)途徑的研究，目前已經(jīng)作為大學計算機基礎教學改革的重點方向并取得了一定的成效，然而其中也存在許多的不足之處，主要表現(xiàn)在：第一，教師對計算思維能力的認識不夠。很多教師只是將計算機作為一種應用工具使用，培養(yǎng)出來的學生創(chuàng)新性不強，計算思維能力的培養(yǎng)也只是“紙上談兵”。第二，課程設置缺乏專業(yè)性和應用性。很多教學內(nèi)容太淺或太深，沒有充分考慮到不同學生的專業(yè)基礎，導致計算機應用的思維被忽視。

3 大學計算機基礎課程中計算思維的培養(yǎng)策略

如何將計算思維由抽象的概念轉化為具體的實際，需要從大學計算機基礎教學的實際現(xiàn)狀出發(fā)，全面分析，長期摸索，通過一系列策略將計算思維有效地滲透到教學的各個環(huán)節(jié)中。

3.1 加強教師自身對計算思維能力的學習

首先，需要通過多種途徑加強教師自身對計算思維能力的學習，充分重視計算思維能力的培養(yǎng)對學生發(fā)展的重要性。例如，開展相關研討會，探討計算思維能力培養(yǎng)的有效途徑，制訂培養(yǎng)計劃，拓展教師的教學思路。其次，教師應把主要的教學精力投入到學生的應用能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上，將計算思維有意識地滲透到教學的各個環(huán)節(jié)中。例如，在講解計算機運算速度快、效率高的特點時，如果直接用文字灌輸這個特點，學生就會感到枯燥無味，此時教師可以以講故事的形式向?qū)W生講解著名的“四色定理”的研究過程。教師還可以以直觀的方式，通過身邊的簡單問題給學生舉例：教師一邊在計算機上播放音樂一邊播放教學PPT，形象地解釋操作系統(tǒng)中多任務的概念；教師用手頭教材的目錄快速找到待查內(nèi)容所在的頁碼，生動地演繹索引查詢的基本思想。

3.2 設置系統(tǒng)化、有針對性的教學內(nèi)容

首先，教學內(nèi)容的設置應充分考慮大學計算機基礎教學的培養(yǎng)目標，把體現(xiàn)計算機領域的最新技術應用成果的內(nèi)容反映進去。其次，還應考慮計算思維能力由低到高的三個層次：機器的操作能力、信息的處理能力及問題的求解能力。最后，在結合學校的辦學層次和專業(yè)特點的基礎上，銅陵學院對大學計算機基礎課程的內(nèi)容進行了適當?shù)男抻?，制定并實施了體現(xiàn)差異性和應用性培養(yǎng)模式的系列課程。第一學期針對所有專業(yè)開設計算思維與程序設計基礎課程，分為WPS辦公軟件、計算思維以及程序設計基礎三個模塊。這門課程的教學目的是初步培養(yǎng)學生計算思維的意識，同時又讓他們掌握最基本的操作能力。第二學期開設一門幫助各專業(yè)學生進行后續(xù)學習且具有廣泛應用價值的程序設計語言，讓學生在實踐中體會到計算思維的應用性。在程序設計語言的選擇上，充分考慮專業(yè)性和應用性，理工類學生開設C語言程序設計，文科專業(yè)學生開設Python語言程序設計。

3.3 轉變教學模式、改變教學方式以及豐富教學平臺

從知識教學向思維教學轉變。知識教學側重于學習現(xiàn)成的知識，思維教學強調(diào)基本方法和思維能力的培養(yǎng)。在程序設計語言的教學中，將程序按照功能分解成若干個模塊是一種體現(xiàn)計算思維的有效教學手段，尤其對初學程序設計的學生來說大有幫助。教師可以有意識地引導學生遵循此原則，而不是一開始就急于寫代碼，即使是個小程序，學生也能夠做到思維清晰。例如，編程求方程ax2+bx+c=0的根（其中a、b、c是方程的系數(shù)）。教師可以要求學生首先給出編程思路，第1步，首先通過鍵盤接收三個數(shù)據(jù)分別賦值給變量a、b、c，完成程序的輸入部分；第2步，根據(jù)三個系數(shù)的關系判斷此方程是否有解（有兩個不同的解或者一個相同的解）或者無解，決定程序的執(zhí)行流程，給出程序的處理部分；第3步，根據(jù)第2步的計算結果進行輸出，完成程序的輸出部分。最后，學生將上述思路細化給出算法，最終完成代碼的編寫。

在培養(yǎng)學生計算思維的同時還需注重實驗教學，理論往往是抽象、難以理解的，而操作相對具體、容易理解。例如，講解數(shù)據(jù)庫的關系完整性時，教師可以先簡練、準確地介紹其概念，使學生有一個初步認識，然后重點設計實驗案例對涉及的理論知識加以針對性的講解，從而加深學生對理論知識的理解和掌握。由于大部分實驗項目是驗證性的，教師還應把有利于提高學生能力的一些綜合性項目納入實驗教學中。例如，在學習完數(shù)據(jù)庫原理及應用課程的章節(jié)知識后，教師可以布置任務，讓學生綜合所學知識分工協(xié)作完成小型圖書借閱管理系統(tǒng)（或者學生成績管理系統(tǒng)）的設計和實現(xiàn)。

線下教學要有步驟、有針對性，教師應把主要任務放到學習方法的傳授上，精心做好教學計劃，把握整個教學過程的主方向。此外，教師還可以提前將一些啟發(fā)式的案例和任務作為資源放在線上平臺，通過角色、資源的合理優(yōu)化、分配，組建合作學習小組。例如，在WPS辦公軟件的教學中，教師可用計劃課時的1/3給學生作“引導性”講解，而把計劃課時的2/3留給學生。學生根據(jù)WPS的使用經(jīng)驗以及學生之間的相互交流，找出實用性較強的一些軟件功能，再由學生把這些功能設計成案例在課堂上演示，學生之間還可以互相評教。2021年9月，該校將計劃啟動省級慕課項目計算機基礎與計算思維，不斷豐富教學平臺資源。教學實踐表明，線上學習和線下學習相融合的方式對學生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)、學習效果的提升都有顯著作用，也是疫情突發(fā)狀況下的一種非常有效的學習途徑。

3.4 完善課程考核評價方式

應該結合實際需求，通過多視角的課程考核評價方式更好地優(yōu)化計算思維能力培養(yǎng)的過程?？梢詳U大考核內(nèi)容的范圍，不僅僅局限于期末考試，可將平時作業(yè)、單元測驗、網(wǎng)絡學習以及課程論文等納入綜合成績評定中。此外，可根據(jù)專業(yè)特點對考試內(nèi)容細化要求。例如，要求學生提交學習計算思維的心得體會的小論文；要求學生結合所學專業(yè)知識利用辦公軟件進行畢業(yè)論文長文檔的制作；要求電子商務專業(yè)學生結合計算機知識與專業(yè)知識提交電子商務網(wǎng)站的規(guī)劃與設計概念的作品。

4 結語

長期的教學實踐表明，通過加強教師自身對計算思維能力的學習，設置系統(tǒng)化、有針對性的教學內(nèi)容，探索線上學習和線下學習相融合的學習途徑以及完善課程考核評價方式等一系列策略可以有效地提升教學質(zhì)量。