基于計(jì)算思維視角的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程改革

黃月妹

【摘要】“計(jì)算思維”已成為國內(nèi)外高校計(jì)算機(jī)課程教學(xué)改革的主要研究方向。與此同時(shí)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程作為一門重要的通識(shí)課程，面臨困境。本文通過分析近幾年的國內(nèi)計(jì)算思維的研究情況，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程面臨的問題，介紹了大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程改革思路和方案，為其它高校的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程改革提供參考。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算思維；大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)；教學(xué)設(shè)計(jì)

教高司明確指出，將“推動(dòng)以大學(xué)生計(jì)算思維能力培養(yǎng)為重點(diǎn)的大學(xué)計(jì)算機(jī)課程改革”。大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)發(fā)表了旨在大力推進(jìn)以計(jì)算思維為切入點(diǎn)的計(jì)算機(jī)教學(xué)改革的“深圳宣言”，并發(fā)布了“計(jì)算思維教學(xué)改革白皮書”，為大學(xué)計(jì)算機(jī)課程的教學(xué)研究與改革指明了方向。

一、大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程面臨的問題

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的核心通識(shí)課程，屬于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)第一層次的課程。該課程在教學(xué)中主要大部分高職院校還是落實(shí)在是以培養(yǎng)學(xué)生使用計(jì)算機(jī)和應(yīng)用程序的能力方面，例如使用word編輯器，讀寫文件以及使用瀏覽器等?，F(xiàn)在高中階段計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)普及率逐漸提高，這類教學(xué)內(nèi)容大多數(shù)學(xué)生在上大學(xué)之前都已很熟悉，在大學(xué)階段再安排這類課程有些重復(fù)教學(xué)，既浪費(fèi)寶貴的教學(xué)資源又影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

二、計(jì)算思維和計(jì)算思維能力

計(jì)算思維，也可以說是計(jì)算機(jī)科學(xué)家面對(duì)問題的基本思路與方法。它的本質(zhì)是抽象（Abstraction）和自動(dòng)化（Automation）。人們?cè)诶糜?jì)算手段求解問題時(shí)，先要把實(shí)際的應(yīng)用問題轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)問題，然后建立模型、設(shè)計(jì)算法和編程實(shí)現(xiàn)，最后在計(jì)算機(jī)中運(yùn)行并求解，這個(gè)過程實(shí)際上就是計(jì)算思維中的抽象和自動(dòng)化。計(jì)算思維能力（Computational Thinking），是計(jì)算機(jī)學(xué)科最本質(zhì)的特征和最核心的解決問題能力。計(jì)算思能力維旨在提高學(xué)生的信息素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)明和創(chuàng)新的能力及應(yīng)用計(jì)算機(jī)處理問題時(shí)應(yīng)有的思維方法、表達(dá)形式和行為習(xí)慣有能力。計(jì)算思維能力在一定程度上像是讓學(xué)生學(xué)會(huì)“怎么像計(jì)算機(jī)一樣思維”，這應(yīng)當(dāng)作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的主要任務(wù)。

三、基于計(jì)算思維視角的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革

在目前的計(jì)算機(jī)發(fā)展應(yīng)用水平下，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該通過科學(xué)、系統(tǒng)的規(guī)劃與梳理，將無意識(shí)的計(jì)算思維轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸庾R(shí)的計(jì)算思維，幫助學(xué)生培養(yǎng)主動(dòng)運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決各類實(shí)際問題的能力，將計(jì)算思維的理念貫穿于整個(gè)教學(xué)活動(dòng)的全過程中，進(jìn)而為創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)打下基礎(chǔ)。以下對(duì)該課程從計(jì)算思維的視角設(shè)計(jì)課程。

（一）教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

基于計(jì)算思維視角的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程基本教學(xué)要求，本人認(rèn)為該課程基于課程定位和課程教學(xué)兩個(gè)方面的教學(xué)任務(wù)和目標(biāo)，其基本教學(xué)要求包括以下幾個(gè)方面：①了解計(jì)算科學(xué)的發(fā)展歷程，理解計(jì)算科學(xué)在科學(xué)研究和工作中的重要性、功能及作用。②了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成，包括計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，操作系統(tǒng)等系通過知識(shí)，掌握微型計(jì)算機(jī)的基本構(gòu)成，理解其工作原理。③理解問題求解、算法及復(fù)雜性等計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論知識(shí)，掌握常用的算法分類及其思想。④理解計(jì)算機(jī)程序、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等基本概念，掌握程序設(shè)計(jì)語言的基本構(gòu)成，能夠看懂簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)程序。⑤理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念，功能和分類，理解OSI模型思想，TCP/IP及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的思想。了解網(wǎng)卡、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)硬件的基本功能。⑥理解計(jì)算科學(xué)的前沿發(fā)展，從思想上理解各項(xiàng)前沿技術(shù)發(fā)展的動(dòng)因、目標(biāo)和采用的策略。⑦掌握基本的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技能，包括文字處理、多媒體技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)及Web應(yīng)用等。課程進(jìn)度可以這樣安排：

第1講 計(jì)算機(jī)、計(jì)算與計(jì)算思維

第2講 符號(hào)化、計(jì)算化與自動(dòng)化

第3講 程序與遞歸：組合、抽象與構(gòu)造

第4講 馮.諾依曼計(jì)算機(jī)—機(jī)器級(jí)程序及其執(zhí)行

第5講 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)—復(fù)雜環(huán)境下程序執(zhí)行

第6講 由機(jī)器語言到高級(jí)語言——程序編寫編譯

第7講 算法-程序與計(jì)算系統(tǒng)之靈魂

第8講 怎樣研究算法-排序算法研究示例

第9講 怎樣研究算法-遺傳算法研究示例

第10-11講 數(shù)據(jù)化思維——怎樣管理和利用數(shù)據(jù)

第12-13講 網(wǎng)絡(luò)化思維——怎樣連接和利用網(wǎng)絡(luò)

在文理科不同專業(yè)實(shí)施教學(xué)的過程中，可以根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)和其各自己的專業(yè)課程的要求對(duì)的教學(xué)內(nèi)容有針對(duì)性地選擇，以適應(yīng)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)要求。

（二）課程設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)理念與思路：與行業(yè)企業(yè)合作進(jìn)行基于工作過程的課程開發(fā)與設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)主線清晰。

設(shè)計(jì)程序與方法：從產(chǎn)品調(diào)研、載體選擇、學(xué)習(xí)性工作任務(wù)設(shè)計(jì)、教學(xué)實(shí)施與評(píng)價(jià)方案設(shè)計(jì)、同步教學(xué)資源開發(fā)到專家論證等均體現(xiàn)工學(xué)結(jié)合課程開發(fā)過程。

教學(xué)內(nèi)容選取：緊緊圍繞真實(shí)工作任務(wù)，并融入相關(guān)職業(yè)資格證書要求。

教學(xué)內(nèi)容組織（序化）：內(nèi)容序化體現(xiàn)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜及學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，符合真實(shí)工作過程。

單元（中觀）教學(xué)設(shè)計(jì)：以真實(shí)產(chǎn)品為載體設(shè)計(jì)綜合性學(xué)習(xí)任務(wù)；設(shè)計(jì)科學(xué)合理，有利于教學(xué)。

課堂（微觀）教學(xué)設(shè)計(jì)：工作過程要素齊全、教學(xué)過程實(shí)施步驟完整、清晰，教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，可操作性強(qiáng)。

總之，綜合性高職院校傳統(tǒng)以計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)使用和常用應(yīng)用軟件學(xué)習(xí)為主體內(nèi)容的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程轉(zhuǎn)化以計(jì)算思維為視角下的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課，需要任課教師認(rèn)真學(xué)習(xí)和研究計(jì)算思維，理解和領(lǐng)悟計(jì)算思維；在備課中精心設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和案例，在教學(xué)中嘗試不同的教學(xué)方式，從而創(chuàng)新教學(xué)方法，大膽實(shí)踐和勇于探索。高校要鼓勵(lì)任課教師參與教學(xué)改革，教學(xué)團(tuán)隊(duì)定期組織專題研討和交流；經(jīng)常與其他學(xué)校開展交流活動(dòng)，吸取多方經(jīng)驗(yàn)和做法；鼓勵(lì)任課教師深入不同的院系，結(jié)合不同的專業(yè)背景進(jìn)行調(diào)研，挖掘計(jì)算機(jī)應(yīng)用的實(shí)例，開展計(jì)算思維能力培養(yǎng)的研究。實(shí)踐中，采取小班試點(diǎn)，逐步提高計(jì)算思維在大學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)中的普及和實(shí)效，實(shí)現(xiàn)大學(xué)生計(jì)算思維能力的穩(wěn)步提高。