化工類院校計算機基礎(chǔ)教學(xué)中計算思維的培養(yǎng)

高敬陽　尚穎等

摘 要：針對新時期提出的計算機基礎(chǔ)教學(xué)中計算思維的培養(yǎng)問題，給出了理解認(rèn)識和教學(xué)實踐中的落實。計算思維的培養(yǎng)通過能力培養(yǎng)來實現(xiàn)，在化工類院校，教學(xué)內(nèi)容中把具有化工專業(yè)特色的專業(yè)案例教學(xué)作為學(xué)生計算思維培養(yǎng)的有效載體，教學(xué)方法上結(jié)合分級分層教學(xué)與參加大賽及建設(shè)使用資源網(wǎng)站有機結(jié)合來具體實施計算思維的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：化工類院校；計算機基礎(chǔ)教學(xué)；計算思維；應(yīng)用能力

一、計算思維培養(yǎng)與能力培養(yǎng)相輔相成

計算思維是信息時代每個人都應(yīng)當(dāng)具備的一種思維方式，計算機不僅為不同專業(yè)領(lǐng)域提供了解決專業(yè)問題的有效方法和手段，而且提供了一種獨特的處理問題的思維方式。在計算機基礎(chǔ)教學(xué)中有意識地培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，真正認(rèn)識到計算機不僅是工具，而且是可以啟發(fā)人們思考問題的科學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生站在計算思維的高度觀察和處理問題，有利于教師提升課程的廣度與深度。

2012年教育部高教司設(shè)立了以計算思維為切入點的“大學(xué)計算機課程改革項目”。2013年5月教育部高等學(xué)校大學(xué)計算機課程教學(xué)指導(dǎo)委員會發(fā)表了旨在大力推進(jìn)以計算思維為切入點的計算機教學(xué)改革宣言。宣言指出，開展以計算思維培養(yǎng)為切入點的大學(xué)計算機課程改革將是大學(xué)計算機課程的第三次重大改革。以培養(yǎng)計算思維意識和方法為導(dǎo)向的教學(xué)改革，著眼于培養(yǎng)學(xué)生從本質(zhì)上和全局上建立對于問題的解決思路，從而達(dá)到提高計算機應(yīng)用水平的目的。計算思維的培養(yǎng)并不是要代替對于知識和能力的培養(yǎng)，相反，它與知識和能力培養(yǎng)呈現(xiàn)遞進(jìn)的關(guān)系。

（1）計算思維的培養(yǎng)通過能力培養(yǎng)來實現(xiàn)。計算思維是思考和處理問題的一種思維方式，計算思維是抽象的，這種能力的培養(yǎng)應(yīng)該依賴于具體化的實際應(yīng)用能力的培養(yǎng)。通過應(yīng)用能力的培養(yǎng)、應(yīng)用能力的訓(xùn)練來完成計算思維能力培養(yǎng)的過程。周以真教授給出的計算思維概念中主要是強調(diào)用計算機科學(xué)的概念和方法進(jìn)行問題求解，實際上首先應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生利用計算機的意識，有了利用計算機的意識才能進(jìn)而尋求利用其特有的方法來解決問題。解決問題的過程就要培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會有意識地使用計算思維的基本方法分析和處理，分析和處理問題的過程通過計算機應(yīng)用能力來實現(xiàn)，所以說，計算思維的培養(yǎng)要通過應(yīng)用能力的培養(yǎng)來具體化。二十多年的計算機基礎(chǔ)普及教育讓我們看到，計算機不僅僅幫助我們解決了很多問題，而且大大改變了人們的生活方式、工作方式、行為方式乃至思維方式。因此，計算機應(yīng)用能力的培養(yǎng)是計算思維能力培養(yǎng)的一種具體形式。

（2）計算思維的培養(yǎng)貫穿于大學(xué)四年計算機基礎(chǔ)系列課程。以培養(yǎng)計算思維意識和方法為目標(biāo)的計算機基礎(chǔ)教學(xué)改革，著眼于培養(yǎng)學(xué)生從本質(zhì)上和全局上來建立對于問題的解決思路，從而達(dá)到提高計算機應(yīng)用水平的目的。計算機應(yīng)用水平提升依賴于計算機應(yīng)用能力的培養(yǎng)，計算機應(yīng)用能力的培養(yǎng)貫穿在大學(xué)四年系列計算機基礎(chǔ)課程及培養(yǎng)環(huán)節(jié)中，并不僅在一兩門課程中完成。2004年白皮書指出的4個知識領(lǐng)域、8大模塊是大學(xué)計算機基礎(chǔ)系列課程的主要內(nèi)容。幾年來的教學(xué)實踐證明，對于計算機應(yīng)用能力的培養(yǎng)行之有效，極大提高了學(xué)生的計算機應(yīng)用能力和信息素養(yǎng)。隨著學(xué)生計算機應(yīng)用能力的提高和信息素養(yǎng)的提升，學(xué)生利用計算機解決問題的能力得到增強。計算思維培養(yǎng)通過能力培養(yǎng)來實現(xiàn)，所以，計算思維的培養(yǎng)也要貫穿在大學(xué)四年的計算機基礎(chǔ)系列課程和輔助培養(yǎng)環(huán)節(jié)中，四年不斷線培養(yǎng)。

（3）專業(yè)案例教學(xué)是計算思維培養(yǎng)的有效載體。計算機在化工領(lǐng)域的應(yīng)用極大促進(jìn)了化工專業(yè)的發(fā)展，化學(xué)化工對于計算機應(yīng)用能力的要求也越來越廣泛。如設(shè)計、優(yōu)化、仿真、分析、控制、操作及研究等，都要求學(xué)生具備很強的計算機應(yīng)用能力，特別在計算、仿真、分析中均要求比較強的計算思維能力，才能夠解決其專業(yè)領(lǐng)域的問題。將計算思維與計算機基礎(chǔ)教學(xué)有機結(jié)合，強調(diào)結(jié)合化工類專業(yè)案例的針對性教學(xué)，將成為化工類院校大學(xué)生計算思維培養(yǎng)的有效載體。

二、化工類院?；谟嬎闼季S培養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容

目前我校大學(xué)計算機基礎(chǔ)系列課程包括“大學(xué)計算機基礎(chǔ)、程序設(shè)計、數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用、多媒體技術(shù)及應(yīng)用、軟件技術(shù)基礎(chǔ)、網(wǎng)頁的設(shè)計與制作、Matlab基礎(chǔ)及應(yīng)用、Internet實用技術(shù)”共八門課程。為了培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，我校在計算機基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容中增加面向各個專業(yè)的案例教學(xué)來培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，把案例教學(xué)作為培養(yǎng)計算思維能力的有效載體。

多年來教學(xué)上存在的一大問題是，我們教給學(xué)生的是一門一門獨立的計算機課程，學(xué)生學(xué)完該課程后不知如何應(yīng)用及用在何處。這就造成了非計算機專業(yè)的學(xué)生對計算機基礎(chǔ)課程不重視，認(rèn)為與其專業(yè)課程、專業(yè)發(fā)展關(guān)系不大，學(xué)不學(xué)無所謂，學(xué)好學(xué)壞無所謂。在計算機基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容中，采用面向其專業(yè)的案例教學(xué)，讓學(xué)生有意識地使用計算機，將專業(yè)問題轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C可以解決的形式，并學(xué)會用計算機解決具體問題的方法和手段，這正是利用計算思維解決問題的方法，與計算思維的培養(yǎng)相一致。案例教學(xué)成為專業(yè)知識和計算機知識融會貫通、建立有機聯(lián)系的橋梁和紐帶，更好地實現(xiàn)了專業(yè)化和信息化相融合。

我?，F(xiàn)有專業(yè)分為四大類，分別是化工/材料類、機電/信息類、理科基礎(chǔ)類、經(jīng)管文法類。按照四大類收集積累各個專業(yè)的典型應(yīng)用案例。將團隊中任課教師按授課專業(yè)固定下來，利于教師熟悉該類專業(yè)計算機應(yīng)用需求，收集整理不斷更新該類專業(yè)的典型應(yīng)用案例，并分門別類歸納整理形成教學(xué)素材。教學(xué)內(nèi)容中，結(jié)合學(xué)生所學(xué)專業(yè)給出本專業(yè)計算機應(yīng)用實例，面向?qū)I(yè)應(yīng)用，進(jìn)行專業(yè)案例教學(xué)。例如應(yīng)用的案例有：在WORD中繪制流體萃取工藝流程圖，用EXCEL解化工過程分析與合成優(yōu)化問題、序貫?zāi)K法的迭代計算、化學(xué)實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等；在“程序設(shè)計”課程的重要章節(jié)例題和習(xí)題均有專業(yè)問題的應(yīng)用，如Na2CO3總堿度測定實驗數(shù)據(jù)處理、乙三烯的π分子軌道的能量、調(diào)節(jié)閥計算過程、PID算法和數(shù)字仿真等?；ゎ愒盒０匆韵滤拇箢惤o出的案例教學(xué)內(nèi)容部分案例見表1。

專業(yè)案例融入課程內(nèi)容的若干主題當(dāng)中，貫徹“專業(yè)案例驅(qū)動”，通過專業(yè)案例載體傳授給學(xué)生利用計算機的意識、解決問題的方法和手段。通過每個典型的、針對性強的、貼近專業(yè)的案例推動知識的展開，與通識教育基礎(chǔ)內(nèi)容有機融合，推行“提出問題—分析問題—引入新知識—解決問題—總結(jié)提高”的教學(xué)模式，促進(jìn)形成以計算思維為導(dǎo)向的思維方法。同時，激發(fā)學(xué)生對信息技術(shù)學(xué)習(xí)的熱情，落實了計算思維的培養(yǎng)過程。

三、基于計算思維培養(yǎng)的教學(xué)方法

1.分級分層次培養(yǎng)

即便是同一學(xué)校、同一專業(yè)的學(xué)生，未來的發(fā)展有很大的不同，而每個學(xué)生對于信息技術(shù)的理解、掌握、應(yīng)用程度也相差很大。各專業(yè)不僅培養(yǎng)滿足未來發(fā)展的本專業(yè)的不同層次人才，而且每個學(xué)生在信息技術(shù)掌握水平上也應(yīng)該分級分層次，以滿足對信息技術(shù)不同層次的需求。

（1）分級培養(yǎng)。計算思維的培養(yǎng)和訓(xùn)練應(yīng)該是循序漸進(jìn)、持續(xù)培養(yǎng)、分級培養(yǎng)的過程。在具體教學(xué)過程中分為初、中、高級三個級別。初級要求完成大學(xué)計算機基礎(chǔ)、程序設(shè)計兩門必修課程；中級要求在以下課程中任意選擇兩門：數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用、多媒體技術(shù)及應(yīng)用、軟件技術(shù)基礎(chǔ)、網(wǎng)頁的設(shè)計與制作、Matlab基礎(chǔ)及應(yīng)用、Internet實用技術(shù)；高級要求是在完成初級和中級的基礎(chǔ)上，參加大賽并獲得成績。鼓勵學(xué)生參賽，以大賽為導(dǎo)向，將大賽作為課程的外延及輔助培養(yǎng)環(huán)節(jié)。將課程和大賽結(jié)合培養(yǎng)學(xué)生信息意識和信息能力是非常好的方式，通過大賽使學(xué)生以計算思維為導(dǎo)向的計算機應(yīng)用能力不斷提高，學(xué)生會越來越好地利用計算機的方法和手段解決本專業(yè)領(lǐng)域的問題。

（2）分層次教學(xué)。各地中學(xué)雖然開設(shè)了信息技術(shù)課程，但計算機非高考科目，各中學(xué)要求不一致，城鄉(xiāng)之間、地域之間、重點與非重點之間計算機教學(xué)水平相差很大，入學(xué)新生個體之間計算機基礎(chǔ)水平相差懸殊。多年的教學(xué)實踐表明計算機基礎(chǔ)課程必須進(jìn)行因材施教分層次的教學(xué)。開展分層次教學(xué)存在著考試內(nèi)容選定、考試方式選擇、教學(xué)中學(xué)生的管理、課上與課后各個分層次教學(xué)班考核評價等問題。我校在2011、2012兩屆新生中實施了分層次教學(xué)。每年入學(xué)的3000名新生通過上機考試分為免修、必修A級和必修B級，A級和B級分別為提高級和基礎(chǔ)級?？荚噧?nèi)容比例分配見表2。分層次結(jié)果免修人數(shù)占總?cè)藬?shù)的2%～3%，其中2011級是63人，2012級是102人。A級和B級的劃分只在信息學(xué)院實施，確定一個A級班大約60個學(xué)生，其他學(xué)生為B級。

免修學(xué)生要求必須參加當(dāng)年的全國信息技術(shù)應(yīng)用水平大賽。A、B兩級教學(xué)內(nèi)容一致，但授課學(xué)時不同，A級用規(guī)定總學(xué)時的1/2學(xué)時完成教學(xué)任務(wù)，剩余學(xué)時講大賽相關(guān)科目內(nèi)容，鼓勵學(xué)生參加競賽。免修級學(xué)生的成績由分級考試成績和競賽初賽成績加權(quán)確定；A級和B級兩級考試內(nèi)容一樣，標(biāo)準(zhǔn)相同。

2.資源網(wǎng)站是培養(yǎng)計算思維的輔助手段

資源豐富、功能齊備的資源網(wǎng)站是培養(yǎng)信息意識、信息能力、計算思維的輔助平臺。

針對計算機基礎(chǔ)課程開展的分級分層次教學(xué)，各級別的教學(xué)內(nèi)容及安排，歸類形成教學(xué)資源放在資源網(wǎng)站上，便于學(xué)生了解、使用和掌握。我校的北校區(qū)面對面答疑不便，特別是對于剛剛?cè)雽W(xué)的新生教學(xué)，已經(jīng)成為教學(xué)中亟待解決的問題。歸納整理計算機基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)中常見的問題及解答，形成資源網(wǎng)站上的教學(xué)資源，在課堂教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生有效使用資源網(wǎng)站并進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。為了綜合提高本科學(xué)生計算機實際應(yīng)用能力及信息素養(yǎng)，僅依靠開設(shè)的課程是不夠的，在四年的本科學(xué)習(xí)中需要有一個持續(xù)的學(xué)習(xí)。持續(xù)學(xué)習(xí)的內(nèi)容通過資源網(wǎng)站提供給學(xué)生，包括實用軟件的學(xué)習(xí)和使用、計算機等級考試輔導(dǎo)、ITAT大賽內(nèi)容輔導(dǎo)、新知識講座、新的計算機應(yīng)用技術(shù)（如手機編程平臺）等。內(nèi)容充實的資源網(wǎng)站將成為我校大學(xué)本科四年開展持續(xù)學(xué)習(xí)的有效工具平臺。

（1）不同級別教學(xué)內(nèi)容在資源網(wǎng)站全面顯現(xiàn)。建立自主學(xué)習(xí)持續(xù)學(xué)習(xí)資源網(wǎng)站，按課程科目分為windows操作系統(tǒng)、紅旗Linux操作系統(tǒng)、Office操作、金山WPS辦公軟件、Dreamwear、Flash、Photoshop、Matlab、C程序設(shè)計、Java程序設(shè)計等子目錄，每個科目按知識點分級目錄，包括所有知識點的問題和解答。

（2）自主學(xué)習(xí)輔助答疑。學(xué)生遇到的任何操作問題，無論簡單與復(fù)雜，在該網(wǎng)站按照科目查詢都可以找到答案。隨問隨答，展開討論，解決了北區(qū)答疑困難的問題。網(wǎng)站實時顯示學(xué)生在網(wǎng)站的學(xué)習(xí)情況，包括瀏覽、提問、回答問題、討論等等，學(xué)生在這些環(huán)節(jié)上均獲得一定積分，作為平時成績，積分過低不能參加期末考試，有效督促了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。

（3）持續(xù)學(xué)習(xí)的工具平臺。信息技術(shù)和能力不是一朝一夕獲得的，需要持續(xù)學(xué)習(xí)長期積累，從新生第一門計算機基礎(chǔ)課程開始要求學(xué)生使用該網(wǎng)站，熟悉網(wǎng)站的結(jié)構(gòu)及內(nèi)容，依賴該網(wǎng)站，即使到了高年級沒有信息技術(shù)課程而有相關(guān)問題時，學(xué)生知道回到資源網(wǎng)站尋求答案并與其他學(xué)生在此交流獲取知識。另外，網(wǎng)站也可培養(yǎng)學(xué)生舉一反三的能力，例如，教學(xué)中講的是微軟的操作系統(tǒng)和微軟的辦公軟件，而網(wǎng)站有對應(yīng)的國產(chǎn)的紅旗Linux操作系統(tǒng)、國產(chǎn)金山WPS辦公軟件使用的相關(guān)內(nèi)容。

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[責(zé)任編輯：余大品]