以計算思維為導(dǎo)向，探討計算機教學(xué)改革新思路

摘 要：計算思維的培養(yǎng)是當(dāng)前國際和國內(nèi)計算機教育界廣為關(guān)注并重點研究的熱點問題。北京聯(lián)合大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程群在堅持面向應(yīng)用的同時，提出在計算機基礎(chǔ)系列課程中有意識地融入計算思維思想，整合和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，通過典型案例引導(dǎo)學(xué)生思考和探究問題等改革思路，并在新一輪教學(xué)中加以實踐。

關(guān)鍵詞：計算思維 計算機基礎(chǔ) 面向應(yīng)用

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）04（b）-0020-02

計算思維是當(dāng)前國際計算機界廣為關(guān)注的一個重要概念，也是國內(nèi)計算機教育界廣泛重視并開始研究的熱點問題。2010年7月，在西安交大主辦的“九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎(chǔ)課程研討會”[1]上，以九校聯(lián)盟（C9）為代表的我國高水平研究型大學(xué)就大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)中的計算思維培養(yǎng)問題進行了探討，許多專家、學(xué)者對在大學(xué)中推進“計算思維”教育與傳播提出自己的觀點和看法。之后在一些研究型大學(xué)的計算機課程中率先嘗試引入計算思維思想，開展了探索性、實驗性的教學(xué)實踐。

北京聯(lián)合大學(xué)是一所以培養(yǎng)適應(yīng)國家特別是首都經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高素質(zhì)應(yīng)用性人才為己任的應(yīng)用型大學(xué)。應(yīng)用型大學(xué)非計算機專業(yè)的計算機教育本質(zhì)是計算機應(yīng)用的教育[2]，教學(xué)是以相關(guān)理論知識和技能為基礎(chǔ)，以專業(yè)行動能力為核心，以培養(yǎng)科學(xué)行動能力為目的，使學(xué)生具備在不同專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用計算機的能力。作為從事計算機基礎(chǔ)教育的教師來說，面對計算機基礎(chǔ)教育發(fā)展的新形勢、新挑戰(zhàn)，我們必須行動起來，積極研究并探討在我校的計算機基礎(chǔ)課程中，現(xiàn)有的教學(xué)模式是否能滿足非計算機專業(yè)學(xué)生的各類專業(yè)需求；如何根據(jù)學(xué)校培養(yǎng)目標，在提高大學(xué)生計算機應(yīng)用能力的同時，融入計算思維思想，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)等問題。

1 對“計算思維”的認識與理解

2006年卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的周以真教授在美國計算機權(quán)威雜志ACM上對計算思維（Computational Thinking）給出了最具代表性的定義：“計算思維是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動。[3]”對此定義，周以真教授從六個方面進一步做了解讀，并指出：

（1）計算思維是概念化思維，是人類理性思維最重要的方式，不是程序化思維。

（2）計算思維是基礎(chǔ)技能，是現(xiàn)代社會人人都應(yīng)掌握的基本能力，不是機械技能。

（3）計算思維是人的思維，是人類解決問題的思路和和方法，不是計算機的思維。

（4）計算思維是思想，不是人造品。

（5）計算思維是數(shù)學(xué)思維和工程思維相互融合的思維，不只是數(shù)學(xué)思維。

（6）計算思維是是面向所有人、所有領(lǐng)域，如同每個人在培養(yǎng)解析能力時不僅掌握閱讀、寫作和算術(shù)，還要學(xué)會計算思維，而不僅僅是計算機科學(xué)家的思維。

我們的理解是計算思維面向所有人、所有領(lǐng)域的，是現(xiàn)代社會每個人人人都應(yīng)具有的一種科學(xué)思維方法。計算機不僅僅是一個工具，而是可以幫助人們思考問題，提供一種解決問題的思路與方式。簡單地說，當(dāng)我們遇到一個復(fù)雜的問題時，應(yīng)該以計算機的思維從多個角度看問題，用最有效的方法解決實際問題，如將這個復(fù)雜的問題分解成若干小的并容易解決的問題，一個個擊破，當(dāng)這些小的問題被解決了，整個大的問題也就得到了求解。

計算思維自提出以來，得到了廣泛認可，一些研究型大學(xué)已將計算思維能力培養(yǎng)落實到計算機基礎(chǔ)課程中并進行實踐探索。我校是一所應(yīng)用型市屬高校，面對95%以上的非計算機專業(yè)的學(xué)生，我們首先要認識到以面向應(yīng)用為主的計算機基礎(chǔ)課程中融入計算思維概念的重要性。其次，研究如何處理好培養(yǎng)計算思維與提高應(yīng)用能力二者的關(guān)系。最后，就是考慮在課程中具體落實的問題了。

2 以計算思維為導(dǎo)向的計算機基礎(chǔ)課程改革思路

2.1 計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)現(xiàn)狀

我校各學(xué)院計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)由計算機基礎(chǔ)課程群統(tǒng)一指導(dǎo)。新生入學(xué)的第一門課程《大學(xué)計算機應(yīng)用基礎(chǔ)》是全體學(xué)生的必修課，主要以辦公軟件為教學(xué)平臺，教學(xué)形式是以實驗案例展開導(dǎo)學(xué)，通過導(dǎo)學(xué)使學(xué)生在操作中獲取知識，提高操作能力。經(jīng)過三輪次的教學(xué)實踐，我們認為這種實踐導(dǎo)學(xué)可以有效地幫助學(xué)生掌握基本技能操作，但教學(xué)內(nèi)容缺乏基本的理論和知識，加上學(xué)生認為會操作了就足夠應(yīng)付考試，考前練習(xí)題庫就能考個高分，外在的表現(xiàn)形式為高分低能，在實際學(xué)習(xí)和生活中，不會舉一反三，不能靈活運用所學(xué)知識解決實際問題。

第二門課程是針對文、理科專業(yè)不同開設(shè)的《C語言程序設(shè)計》《VB程序設(shè)計》和《Access數(shù)據(jù)庫應(yīng)用》課程，期末統(tǒng)一考試，并舉辦程序設(shè)計競賽。我們的體會是由于第一門課程就是辦公軟件的應(yīng)用，進入第二門課程的學(xué)習(xí)時，由于學(xué)生對計算機基本理論知識儲備不夠，學(xué)生普遍感到學(xué)習(xí)困難。雖然采用任務(wù)驅(qū)動，小任務(wù)逐步串成綜合任務(wù)的教學(xué)形式，學(xué)生在老師的指導(dǎo)下可以簡單的模仿，但自己不愿思考、不會分析程序、不敢接受挑戰(zhàn)，而是機械地接受、記憶知識，換一個任務(wù)就不會了，因此，程序設(shè)計課程的教學(xué)效果也不令人滿意。

針對課程教學(xué)狀況，結(jié)合當(dāng)前計算機基礎(chǔ)教育的新發(fā)展、新要求，我們認為迫切需要改革大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程，提出開展以計算思維為導(dǎo)向的計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)改革。

2.2 基于計算思維的計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)改革思路

大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程改革思路示意圖如圖1所示。

改革基本思路確定后，具體的方案為：

（1）《大學(xué)計算機應(yīng)用基礎(chǔ)》課程。

由于新生入學(xué)水平差異較大，且每個人的思維能力與認知能力也不一樣，所以對于《大學(xué)計算機應(yīng)用基礎(chǔ)》這門課程，在突出應(yīng)用能力訓(xùn)練的同時，開展一些基本計算思維的訓(xùn)練。

對原有教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化與提高。在48學(xué)時的教學(xué)中，利用12學(xué)時分4次開展基礎(chǔ)級計算思維知識專題教學(xué)及討論：

①計算機技術(shù)發(fā)展歷程及其影響（了解計算機技術(shù)發(fā)展，從現(xiàn)實的角度理解計算機對現(xiàn)代社會的影響）。

②馮·諾依曼計算機及其工作原理（理解現(xiàn)代計算機的基本工作原理）。

③數(shù)據(jù)的表示（關(guān)于0和1的思維）。

④關(guān)于操作系統(tǒng)的思維（了解計算環(huán)境、計算資源競爭等問題）。

還有一部分專題教學(xué)受學(xué)時所限，放在Bb網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂討論專區(qū)，作為學(xué)生自主學(xué)習(xí)的內(nèi)容，如關(guān)于程序、指令及其執(zhí)行、關(guān)于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議等內(nèi)容。其余36學(xué)時精講原教學(xué)內(nèi)容。

（2）程序設(shè)計類、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)。

①程序設(shè)計是公認的、最能直接有效地訓(xùn)練學(xué)生的邏輯思維、計算思維，培養(yǎng)分析問題、解決問題能力的課程之一。在這門課程中引入計算思維訓(xùn)練的做法是首先要尊重學(xué)生的認知方式，對不同層次的學(xué)生要求不同，鼓勵學(xué)生敢于挑戰(zhàn)，遇到問題時多思考、多討論。其次通過經(jīng)典算法變量交換、累加累乘、求解極值、冒泡排序、遞歸調(diào)用等的講解與運用，啟發(fā)學(xué)生的思維，引導(dǎo)學(xué)生探究問題，學(xué)會求解問題的思路和方法。設(shè)計的案例盡可能實用、適當(dāng)增加一些趣味性問題，目的是讓學(xué)生全身心參與到學(xué)習(xí)過程中，提高教學(xué)效果。

②《Access數(shù)據(jù)庫應(yīng)用》課程是針對文科學(xué)生開設(shè)的。根據(jù)學(xué)生的認知能力，教學(xué)過程中要注重循序漸進、由淺入深地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會數(shù)據(jù)處理的方法。針對每個知識點，利用事先設(shè)計好的實例，先講授清楚要實現(xiàn)的目標后帶領(lǐng)學(xué)生完成任務(wù)，在完成過程中，不斷引出問題所在，啟發(fā)學(xué)生對知識點理解和掌握，進而帶著各自的理解和問題完成上機練習(xí)的內(nèi)容，上機實踐后，教師對出現(xiàn)的問題進行講解，歸納總結(jié)。

3 結(jié)語

以計算思維為導(dǎo)向的計算機基礎(chǔ)教學(xué)改革并不是顛覆原有的教學(xué)模式和課程內(nèi)容，我們的基本思路是在教學(xué)方式上有意識地引導(dǎo)學(xué)生去思考、討論問題，突出實踐能力與思維能力的訓(xùn)練。教學(xué)內(nèi)容上對原有內(nèi)容進行優(yōu)化和提高[7]。我們的培養(yǎng)目標依然是以提高學(xué)生的應(yīng)用能力為根本，學(xué)生首先要熟練地駕馭計算機這個現(xiàn)代化智能型工具，然后學(xué)會利用計算機解決實際學(xué)習(xí)和生活中問題，最后能綜合應(yīng)用計算機技術(shù)為本專業(yè)領(lǐng)域服務(wù)。

參考文獻

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