基于計(jì)算思維的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課教學(xué)改

革彭川

摘要：以計(jì)算思維為導(dǎo)向的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課教學(xué)改革已成為當(dāng)前眾多高校教學(xué)改革的熱點(diǎn)。大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程如何有效培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的根本目標(biāo)。該文討論了計(jì)算思維對于大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的重要意義，總結(jié)了現(xiàn)有階段教學(xué)改革的成效和不足，并提出了下一階段的改革思路和具體措施。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課；改革思路

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）35-0149-02

Research on Computational Thinking Based College Fundamental Computer Education

PENG Chuan

（Computer School ， South-Central University for Nationalities， Wuhan 430074， China）

Abstract： Nowadays， reform of computer course based on computational thinking is becoming the focus issue， especially for college basic computer education. The target of reform is to teach student how to resolve problems by utilizing computational thinking. This paper firstly discusses the significantly important sense of computational thinking to computer fundamental education. Secondly， the paper concludes improvement and deficiency of current education reform. Finally， this paper proposes a series of new reform thoughts and methods based on computational thinking.

Key words： computational thinking； computer fundamental course； reform thoughts

計(jì)算思維是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。近年來，全國眾多高校都開展了關(guān)于計(jì)算思維培養(yǎng)的研究和討論，這為大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的建設(shè)提供了新的建設(shè)思路。計(jì)算思維教育的目的是培養(yǎng)一種思維習(xí)慣，一種像計(jì)算機(jī)科學(xué)家思考問題那樣的習(xí)慣[1]。計(jì)算思維培養(yǎng)的理想狀態(tài)是利用計(jì)算思維可以更好地找到解決問題的新方法、創(chuàng)造更多的新知識、不斷提高創(chuàng)造力和創(chuàng)新力。計(jì)算思維是人類與生俱來的思維模式，但在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，計(jì)算思維和方法要靠學(xué)生被動(dòng)的領(lǐng)悟。而計(jì)算思維教育就是要把這些隱含的方法顯式地表達(dá)出來，讓學(xué)生主動(dòng)地去總結(jié)和學(xué)習(xí)這種計(jì)算思維模式，從而更好的更快的改善大學(xué)培養(yǎng)質(zhì)量。在計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，任何一個(gè)領(lǐng)域和行業(yè)都離不開對信息和數(shù)據(jù)的計(jì)算、處理，這意味著如果具備較好的計(jì)算思維能力，就能更好地運(yùn)用計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)解決學(xué)習(xí)和工作中的實(shí)際問題。大學(xué)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的主要任務(wù)就是要培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)作為工具解決專業(yè)問題的能力，而如何進(jìn)一步的地培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算思維分析及解決問題，則應(yīng)該成為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的最終目標(biāo)[2]。但采取怎樣的方法及途徑，更有利于計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，則是需要不斷的積極探索和實(shí)踐的。

1 基于計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)教學(xué)

當(dāng)今是一個(gè)信息無處不在的時(shí)代，而計(jì)算機(jī)是進(jìn)行信息分析和處理的必要工具，不夸張地說任何行業(yè)和崗位如今都離不開計(jì)算機(jī)的使用。而大學(xué)階段設(shè)置計(jì)算機(jī)公共課的重要意義就在于，能夠通過系統(tǒng)的訓(xùn)練和學(xué)習(xí)培養(yǎng)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生都能夠具備一定的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技能。要做到這一點(diǎn)，就必須傳授給學(xué)生關(guān)于計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本知識和原理，并在此基礎(chǔ)上有意識培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。最后，使得學(xué)生利用計(jì)算思維進(jìn)行思考并熟練利用計(jì)算機(jī)解決專業(yè)問題。

計(jì)算的概念雖然已經(jīng)產(chǎn)生了多年，但與數(shù)學(xué)等傳統(tǒng)學(xué)科相比仍然是一個(gè)較新的領(lǐng)域。計(jì)算思維與數(shù)學(xué)思維、實(shí)證思維一樣，都是大學(xué)生應(yīng)該掌握的一種科學(xué)思維方法。事實(shí)表明，任何思維方法的形成，都需要大量的實(shí)踐、分析、總結(jié)、提煉，最后形成自然而然的思維方法。單純通過理論框架學(xué)習(xí)的思維方法是無法真正運(yùn)用到實(shí)踐中的。計(jì)算思維作為一種科學(xué)思維方法，源自于大量的科學(xué)實(shí)踐。所以如果要培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，就應(yīng)該不斷地進(jìn)行科學(xué)實(shí)踐，讓學(xué)生真正了解計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算的內(nèi)在機(jī)制。學(xué)生在通過使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行大量計(jì)算實(shí)踐工作后，才能夠深刻的體會計(jì)算思維，并逐步形成一種思維習(xí)慣并自覺運(yùn)用到專業(yè)領(lǐng)域中[3]。從上述過程可知：培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，就是為了讓學(xué)生能夠更好的掌握并利用計(jì)算機(jī)作為工具以便解決學(xué)習(xí)和工作中的問題。因此，在計(jì)算機(jī)課程中使學(xué)生了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作原理，是理解計(jì)算思維的根本基礎(chǔ)。

2 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課的改革現(xiàn)狀

我校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課的授課對象是非計(jì)算機(jī)專業(yè)的全體學(xué)生，其中既包括文科專業(yè)也包括理工科專業(yè)，因此課程設(shè)置比較復(fù)雜，同樣的課程在針對不同專業(yè)時(shí)需要制定不同的大綱和培養(yǎng)方案。而且隨著政策和形勢的變化，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的課時(shí)量在逐步縮減，而教學(xué)內(nèi)容和培養(yǎng)目標(biāo)并沒有變化甚至還有了更高的要求，這給我們的教學(xué)工作帶來了極大的困難和挑戰(zhàn)。近一年來，我們做了大量嘗試性的工作：通過設(shè)置大量的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技能的實(shí)驗(yàn)與培訓(xùn)環(huán)節(jié)，著力培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)實(shí)際運(yùn)用能力，并在教學(xué)實(shí)踐過程中結(jié)合計(jì)算機(jī)的相關(guān)基礎(chǔ)理論和思維模式，有意識的培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力。在教學(xué)模式、教學(xué)手段、在線教學(xué)資源建設(shè)等方面開展了一系列的改革和嘗試，不斷探討培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的先進(jìn)教學(xué)方法及有效途徑。

由于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課的受眾廣泛性，其教學(xué)要兼顧文理科學(xué)生的思維特點(diǎn)，在進(jìn)行講解時(shí)應(yīng)該契合他們的實(shí)際學(xué)習(xí)的需要。盡量回避純技術(shù)和理論的細(xì)節(jié)，多講解一些符合轉(zhuǎn)他們的專業(yè)習(xí)慣的實(shí)際例子。在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置上，充分體現(xiàn)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的廣泛性和普遍性。對于非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的工作學(xué)習(xí)中最常用到的比如：計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)操作技能、簡單編程技能、網(wǎng)站設(shè)計(jì)技術(shù)、動(dòng)畫制作技術(shù)等都有所體現(xiàn)。通過大量實(shí)例的介紹，逐步引導(dǎo)學(xué)生理解“計(jì)算”的含義，了解計(jì)算機(jī)的工作原理和計(jì)算方法。為了更好地突出實(shí)踐操作在計(jì)算機(jī)課程學(xué)習(xí)中的重要性，從根本上提高學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力，我們引入了在線考試系統(tǒng)，學(xué)生的考試完全在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行操作完成，真正考察學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力的掌握情況。而且為了避免客觀原因造成的得分偏差，不斷加大實(shí)踐環(huán)節(jié)在總評成績中的比重。期末總成績中，平時(shí)上機(jī)成績占到40%，而期末成績只占總成績的60%。結(jié)合我校具體情況，對于每個(gè)章節(jié)都設(shè)置了階段性的單元實(shí)驗(yàn)，并以老師講解和輔導(dǎo)為主，并根據(jù)各個(gè)專業(yè)學(xué)生的掌握情況充分利用上機(jī)考試系統(tǒng)進(jìn)行綜合測試，這樣既保證了有效的講解環(huán)節(jié)，又通過以考代練的方式驅(qū)動(dòng)學(xué)生自覺掌握計(jì)算機(jī)的實(shí)戰(zhàn)技能，通過講練結(jié)合的方式不斷培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

3 進(jìn)一步的改革思路和措施

實(shí)踐證明，通過以上的教學(xué)模式，我校學(xué)生的計(jì)算機(jī)技能有了一定程度的提升。接下來我們的教學(xué)改革工作將圍繞如何培養(yǎng)計(jì)算思維能力這一根本目標(biāo)，探究更為有效的改革方案。

3.1 建設(shè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程群

如前文所述，我校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的設(shè)置情況非常復(fù)雜，涉及全校各多專業(yè)、多個(gè)年級。在前期的工作中，已經(jīng)對全校所有需要開設(shè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的院系、專業(yè)進(jìn)行了調(diào)研，從全局掌握了各個(gè)院系對計(jì)算機(jī)課程的需求和預(yù)期，并初步計(jì)劃構(gòu)建新的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)系列課程群。在詳細(xì)研討后，初步確定了課程群的基本框架。從難度來看，該框架大致可分為三個(gè)層次，分別是：1）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)；2）計(jì)算機(jī)技術(shù)；3）計(jì)算機(jī)應(yīng)用。這三個(gè)層次是逐步遞進(jìn)的，并可以分別橫向?qū)?yīng)于文科專業(yè)、文理混合專業(yè)和純理工專業(yè)。該框架不是只對應(yīng)三門課，而是每個(gè)層次均為由多門課程構(gòu)成的課程群。這樣對于每個(gè)專業(yè)，都能結(jié)合自身的特點(diǎn)和情況有針對性地選擇某個(gè)層次或多個(gè)層次的某些課程。這樣便為逐步培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力奠定良好的基礎(chǔ)。

3.2 進(jìn)一步改革教學(xué)模式

在以往教學(xué)中，教師通常是就某個(gè)計(jì)算機(jī)技能灌輸式的傳授給學(xué)生操作方法。但是缺乏對具體問題的思考和結(jié)合。要切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，就應(yīng)該做到以問題求解為驅(qū)動(dòng)，以計(jì)算思維方法引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行問題分析和求解。由于受到大綱和課時(shí)的限制，要保證課程的基礎(chǔ)性且要求在有限課時(shí)內(nèi)進(jìn)行有效教學(xué)，又要通過學(xué)生自主選題、分析、設(shè)計(jì)、求解等關(guān)鍵環(huán)節(jié)有效提高學(xué)生的問題分析求解能力以及創(chuàng)新能力，是目前面臨的主要問題。本文對前期工作進(jìn)行了詳細(xì)總結(jié)，并制定了相應(yīng)的解決方案。該方案是：制定 “共性結(jié)合個(gè)性”的實(shí)踐教學(xué)模式，在大課規(guī)定學(xué)時(shí)內(nèi)體現(xiàn)共性需求，并通過課外練習(xí)對課堂內(nèi)容進(jìn)行有效補(bǔ)充；在課堂實(shí)踐中融入自主選題的項(xiàng)目設(shè)計(jì)、并通過學(xué)生自主組建項(xiàng)目小組、鼓勵(lì)學(xué)生參與形式豐富的計(jì)算機(jī)技能大賽等方式，實(shí)現(xiàn)自主化的個(gè)性學(xué)習(xí)模式，有效補(bǔ)充課堂共性培養(yǎng)的不足。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，可以通過先實(shí)戰(zhàn)、再發(fā)現(xiàn)問題、最后思考問題、解決問題的方式逐步引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，通過學(xué)生自主選題，啟發(fā)式的培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，逐步設(shè)計(jì)方案。從而真正的培養(yǎng)學(xué)生如何運(yùn)用計(jì)算思維發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。同時(shí)，通過團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的鍛煉，也培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

3.3 不斷提高創(chuàng)新能力

發(fā)現(xiàn)問題和解決問題是創(chuàng)新的開始。所謂創(chuàng)新，就是發(fā)現(xiàn)了新的需要解決的問題，在研究了現(xiàn)有的理論和方法以后，認(rèn)為不能解決或者解決得不夠好，于是研究新的理論和方法[3]。創(chuàng)新的基礎(chǔ)在于發(fā)現(xiàn)新問題，創(chuàng)新的關(guān)鍵在于解決新問題。在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中，培養(yǎng)創(chuàng)新能力就是要不斷引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和運(yùn)用自己的創(chuàng)新精神，形成勤思考、善變通、不墨守成規(guī)、敢于挑戰(zhàn)權(quán)威的學(xué)習(xí)習(xí)慣和思維方式，并且要培養(yǎng)學(xué)生敢于并善于動(dòng)手實(shí)踐以驗(yàn)證自己的新想法、新觀點(diǎn)的優(yōu)秀素質(zhì)。而計(jì)算思維在發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程中，有著不同的角度。計(jì)算思維能力的培養(yǎng)則大大有助于發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的創(chuàng)新過程。計(jì)算思維能力是大學(xué)生創(chuàng)新能力的重要組成部分，是創(chuàng)新的科學(xué)方法基礎(chǔ)。所以通過計(jì)算思維的培養(yǎng)，能幫助學(xué)生不斷提高自己的創(chuàng)新能力，為將來的專業(yè)學(xué)習(xí)和專業(yè)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)然，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程既要保證課程的基礎(chǔ)性，又要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，需要不斷地改進(jìn)以找到最好的培養(yǎng)途徑和教學(xué)方法。

3.4 完善各種形式的學(xué)習(xí)資源

近年來，我校已經(jīng)編寫了包括《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》、《C語言程序設(shè)計(jì)》、《Access數(shù)據(jù)庫應(yīng)用》等紙質(zhì)教材，并制作了大量課程配套的PPT素材和資源。但從目前來看，為數(shù)眾多的教材和教學(xué)資源在教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)起到的作用沒有達(dá)到預(yù)期的效果。原因主要在于：1）教學(xué)資源的重復(fù)性建設(shè)，且缺乏針對性和特色；2）教材和教學(xué)資源缺乏可擴(kuò)展性，因此并不能對所有專業(yè)的學(xué)生都能起到較好的效果。

針對這些問題，本文的改革思路是在編寫主要教材的同時(shí)，還要做好配套的線上、線下在線資源[4]、和在線案例學(xué)習(xí)系

統(tǒng)等。在編寫教材和設(shè)計(jì)教學(xué)資源時(shí)，將知識點(diǎn)盡量細(xì)化成高內(nèi)聚、低耦合的單元模塊，這樣就便于教學(xué)素材、教學(xué)資源的靈活組合，從而在大綱要求的框架內(nèi)能快速的形成有針對性的內(nèi)容架構(gòu)。下一步還計(jì)劃開發(fā)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程群在線教學(xué)平臺，該平臺將集電子教材、操作視頻、知識單元模塊等教學(xué)資源庫。一方面，在線平臺能有效的整合教師的教學(xué)資源，并不斷形成可以共享的在線資源庫，從而給教師的備課、案例選擇提供豐富且靈活地選擇；另一方面，通過在線平臺，教師可以方便的指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行在線學(xué)習(xí)，而且學(xué)生也可以通過在線資源，隨時(shí)隨地進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，從而達(dá)到因材施教的個(gè)性化學(xué)習(xí)模式。

4 總結(jié)

自從計(jì)算思維的概念提出后，計(jì)算思維已經(jīng)引起了計(jì)算機(jī)學(xué)科以及其他廣泛學(xué)科的學(xué)者和教育者的共同關(guān)注。計(jì)算思維能力已經(jīng)成為各領(lǐng)域的專業(yè)人員必備的基本素質(zhì)。計(jì)算思維教育的最終目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的思維習(xí)慣，使得學(xué)生具備利用計(jì)算思維進(jìn)行問題求解的能力和不斷創(chuàng)新的能力。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課是計(jì)算思維培養(yǎng)最好的著力點(diǎn)和抓手，如何尋求更好地培養(yǎng)途徑和方法始終是一個(gè)值得研究的課題。接下來的工作中，應(yīng)該在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)一步加強(qiáng)以計(jì)算思維為導(dǎo)向的計(jì)算機(jī)課程的教學(xué)和改革研究，鞏固既有成果，并不斷地探索更好的思路和方法。

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