以計(jì)算思維為核心的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教改初探

【摘 要】以計(jì)算思維為核心的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革勢(shì)在必行，本文從改革教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分類教學(xué)、重新設(shè)置課程體系和側(cè)重問(wèn)題求解教學(xué)方法幾個(gè)方面做出初步探索。

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

【項(xiàng)目支持】湖南師范大學(xué)校級(jí)教改項(xiàng)目《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)二》

【中圖分類號(hào)】G424 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）32-0050-02

一、引言

計(jì)算思維是2016年美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)系主任周以真教授提出并定義的：計(jì)算思維就是使用計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)概念去求解問(wèn)題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為。它包括了涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。這是繼數(shù)學(xué)思維、邏輯思維之后提出的第三大思維科學(xué)，是每個(gè)人必備的基本技能，如同閱讀、寫作和算術(shù)。在未來(lái)，計(jì)算思維將指導(dǎo)人們用計(jì)算機(jī)求解問(wèn)題的方式來(lái)科學(xué)合理地解決工作生活中的諸多問(wèn)題，如：如何快速起草文件并分發(fā)給各部門；去訪問(wèn)多個(gè)城市如何制定最佳路徑；面對(duì)多項(xiàng)事務(wù)時(shí)如何進(jìn)行最優(yōu)并行處理；在海量數(shù)據(jù)中如何快速定位查找目標(biāo)？美國(guó)大學(xué)通識(shí)教育非常重視大學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。從2006年開始美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)先后啟動(dòng)了四項(xiàng)國(guó)家計(jì)劃，旨在振興美國(guó)的計(jì)算機(jī)教育，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力，促進(jìn)工程技術(shù)和自然科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生出革命性創(chuàng)新成果。近幾年，國(guó)內(nèi)一些知名高校和科研院所也開始了計(jì)算思維的相關(guān)研究和探討工作。這其中包括北京大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)在內(nèi)的九所高校經(jīng)過(guò)多次研討后，促成教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)發(fā)布計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略：計(jì)算思維是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)，現(xiàn)今教學(xué)改革重心是加強(qiáng)計(jì)算思維能力培養(yǎng)為核心的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程建設(shè)。

二、計(jì)算思維教學(xué)面臨的問(wèn)題

1、無(wú)成熟完整體系可借鑒

由于計(jì)算思維是一個(gè)新鮮事物，國(guó)內(nèi)從事該研究的高校和科研機(jī)構(gòu)還不是很多，且相關(guān)的研究工作也是非常有限。因此，計(jì)算思維的精準(zhǔn)定義、特征、原理等都沒(méi)有完全達(dá)成共識(shí)，“以計(jì)算思維為核心”的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系、教學(xué)方法、教學(xué)資源以及評(píng)價(jià)體系等也都還在不斷地建設(shè)和完善中，在國(guó)內(nèi)當(dāng)前還沒(méi)有成熟完整的體系可借鑒和引用。所以，當(dāng)前計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)出現(xiàn)了多極分化的局面。走在改革前沿的高校，像上海交通大學(xué)、南方科技大學(xué)已面向2010級(jí)新生開設(shè)了全新的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程――《計(jì)算思維導(dǎo)論》，開始了以計(jì)算思維為核心的課程改革教學(xué)實(shí)踐。大部分高校還處于研討和籌備階段，本人所在高校湖南師范大學(xué)2014年7月成功舉辦了“湖南省計(jì)算思維導(dǎo)向的大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)高級(jí)研修班”，旨在提高湖南省青年骨干教師的計(jì)算思維認(rèn)識(shí)和教學(xué)水平。本校的計(jì)算思維導(dǎo)向的計(jì)算機(jī)改革也在教學(xué)課程體系、教學(xué)方法、教學(xué)評(píng)價(jià)等方面逐步鋪開。據(jù)了解，還有一部分二本及高職院校計(jì)算機(jī)教學(xué)還是按照原來(lái)方式進(jìn)行，沒(méi)有上升到培養(yǎng)學(xué)生思維的層次。

2、課程體系陳舊，教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法沒(méi)有體現(xiàn)計(jì)算思維

目前，大部分高校還是沿多年來(lái)的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系，第一學(xué)期學(xué)習(xí)大學(xué)計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)，第二學(xué)期學(xué)習(xí)一門程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。走在改革前沿的高校所推出的能體現(xiàn)計(jì)算思維的課程也是鳳毛翷角，屈指可數(shù)。計(jì)算思維是蘊(yùn)涵在廣大計(jì)算機(jī)課程中的，比如程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算機(jī)原理、軟件工程、計(jì)算機(jī)算法、圖形圖像處理等等。因此，有必要緊跟時(shí)代步劃對(duì)現(xiàn)有課程體系進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和調(diào)整。增加學(xué)生感興趣且能體現(xiàn)計(jì)算思維的課程，讓學(xué)生有更多的選擇和更廣的知識(shí)面，能進(jìn)行更多的計(jì)算思維的學(xué)習(xí)和實(shí)踐。此外，停留在技能培養(yǎng)層次上的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，都要進(jìn)行以培養(yǎng)計(jì)算思維能力為目標(biāo)的改變。計(jì)算思維的培養(yǎng)應(yīng)在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上明顯地體現(xiàn)出來(lái)。

三、實(shí)現(xiàn)“計(jì)算思維培養(yǎng)”策略初探

1、分類教學(xué)，重新設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容

“因材施教”，就是不同的學(xué)生個(gè)體應(yīng)該進(jìn)行差異化教學(xué)，這種以學(xué)生為中心的教學(xué)理念更有利于每個(gè)學(xué)生的全面發(fā)展。然而，高校大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育作為通識(shí)教育課程往往被曲解為大家都共同學(xué)習(xí)的課程，所以，不管什么專業(yè)，不管學(xué)生已有計(jì)算機(jī)水平怎么樣，大家都修一樣的課程。這一點(diǎn)，本人感受深刻。多年來(lái)，我校沒(méi)有進(jìn)行理科、文科和藝術(shù)類的專業(yè)區(qū)分教學(xué)，給學(xué)生學(xué)習(xí)帶來(lái)了不少的疑惑和難度，特別是對(duì)于藝術(shù)類學(xué)生想學(xué)的跟專業(yè)掛鉤的軟件學(xué)不上，相反跟專業(yè)毫不相干的課程卻晦澀難懂。因此，有必要針對(duì)不同專業(yè)將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，應(yīng)更加貼近專業(yè)領(lǐng)域相關(guān)知識(shí)。如：中文類可加強(qiáng)各種高級(jí)文案及常規(guī)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等辦公軟件的學(xué)習(xí)；數(shù)學(xué)類可學(xué)習(xí)Matlab數(shù)學(xué)軟件的應(yīng)用；美術(shù)設(shè)計(jì)類可加強(qiáng)圖形圖像和輔助設(shè)計(jì)軟件的學(xué)習(xí)；新聞編導(dǎo)類可進(jìn)行視頻剪輯處理軟件的學(xué)習(xí)。這樣，通過(guò)使用計(jì)算機(jī)的相關(guān)知識(shí)來(lái)解決本專業(yè)的一些問(wèn)題，使計(jì)算思維的學(xué)習(xí)落在實(shí)處，讓學(xué)生想學(xué)愛學(xué)，并能切切實(shí)實(shí)學(xué)好，并為學(xué)生以后在本專業(yè)的長(zhǎng)足發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2、重新設(shè)置課程體系

計(jì)算思維的培養(yǎng)不是一兩門課就能實(shí)現(xiàn)的，針對(duì)當(dāng)前非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)課程較少的現(xiàn)狀，應(yīng)該設(shè)置更多的能體現(xiàn)計(jì)算思維的課程供不同專業(yè)學(xué)生選擇，完善相關(guān)課程群的建設(shè)。在美國(guó)，像麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、芝加哥大學(xué)、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)等，他們的計(jì)算機(jī)課程都是由計(jì)算機(jī)學(xué)院開出，就算是非計(jì)算機(jī)專業(yè)也一樣都有著非常完善的計(jì)算機(jī)課程體系。特別值得一提的是，如果學(xué)完為非計(jì)算機(jī)專業(yè)所開的較低層次的某些課，要是感興趣，還可接著選修計(jì)算機(jī)專業(yè)的課程。目前，許多高校也正在著手相關(guān)課程群的建設(shè)。通過(guò)向其他學(xué)校的調(diào)研學(xué)習(xí)，我校今年推出了新的包含必修和選修兩個(gè)層次的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程群。如圖1：

必修 選修

第一學(xué)期 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ) Office高級(jí)應(yīng)用

Java程序設(shè)計(jì)

電子商務(wù)

手機(jī)App應(yīng)用開發(fā)

第二學(xué)期 Office高級(jí)應(yīng)用（音樂(lè)、體育類）

C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（醫(yī)學(xué)類）

VFP程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用（部分理工類）

Access程序設(shè)計(jì)（部分文科類）

PhotoShop（美術(shù)類）

圖1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程體系

雖然，課程體系設(shè)置還有待完善，但相對(duì)于以前已有很大改進(jìn)，基本可滿足不同專業(yè)層次的課程需求。而且這些課基本上都是應(yīng)用型的，便于學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)能加以實(shí)踐操作，在培養(yǎng)應(yīng)用能力的同時(shí)達(dá)到訓(xùn)練計(jì)算思維的目的。

3、改革教學(xué)方法，側(cè)重問(wèn)題求解和實(shí)踐

計(jì)算思維，說(shuō)到底是一種利用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的思維。在以計(jì)算思維為核心的教學(xué)中，應(yīng)該改變以往教學(xué)中側(cè)重講解知識(shí)和傳授操作技能的方法，要結(jié)合課程知識(shí)合理設(shè)計(jì)問(wèn)題，讓學(xué)生多思考、多實(shí)踐，在解決問(wèn)題的實(shí)踐過(guò)程中，領(lǐng)悟知識(shí)和訓(xùn)練思維。這就需要老師們總結(jié)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)本課程的教學(xué)用例加以優(yōu)化和整合，對(duì)教學(xué)組織形式加以改良。例如，在VFP程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用課程中，整個(gè)課程可圍繞開發(fā)一個(gè)學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)而進(jìn)行。將學(xué)生分成多個(gè)項(xiàng)目小組，以項(xiàng)目開發(fā)的流程來(lái)學(xué)習(xí)整個(gè)課程知識(shí)。先整體介紹系統(tǒng)功能和需解決的問(wèn)題，然后將系統(tǒng)分而治之，分解成課程對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的功能模塊和小問(wèn)題，逐一去學(xué)習(xí)和解決。如：系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)可在數(shù)據(jù)庫(kù)（表）部分完成，查詢功能設(shè)計(jì)可在學(xué)習(xí)SQL語(yǔ)句和查詢?cè)O(shè)計(jì)器中完成，界面設(shè)計(jì)可在表單和菜單部分進(jìn)行，生成運(yùn)行程序可在項(xiàng)目管理器部分進(jìn)行。提出問(wèn)題，思考問(wèn)題，結(jié)合所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題。這樣讓學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)感覺更具體和直觀，能學(xué)以致用，學(xué)有所獲。為了保證學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)中有充足的時(shí)間動(dòng)手實(shí)踐，我校為此將實(shí)踐課時(shí)大大提高，與理論課時(shí)的比例調(diào)高至2：1。這些都是為順利開展以解決問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)的計(jì)算思維學(xué)習(xí)提供強(qiáng)有力的支持。

四、結(jié)束語(yǔ)

以計(jì)算思維為核心的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革任重而道遠(yuǎn)，相信在眾多計(jì)算機(jī)教育工作者的共同努力下，這項(xiàng)改革能取得成效，造福于廣大學(xué)生，造福于中國(guó)教育。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮博琴. 對(duì)于計(jì)算思維能力培養(yǎng)“落地”問(wèn)題的探討.中國(guó)大學(xué)教學(xué).2012-9

[2]劉曉霞. 美國(guó)名校計(jì)算機(jī)本科教學(xué)體系現(xiàn)狀分析.高等理科教育.2006-11

作者簡(jiǎn)介：

鄧冬梅，1974年出生，湖南師范大學(xué)副教授，研究方向：計(jì)算機(jī)軟件