基于計(jì)算思維能力培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)探討

俞衛(wèi)華 鄭林濤

摘要：計(jì)算思維能力的培養(yǎng)是近年來計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。首先介紹了計(jì)算思維的概念，分析了大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的重要性以及存在的問題。針對這些問題，提出了基于計(jì)算思維能力培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革方案，通過調(diào)整課程內(nèi)容，完善教學(xué)平臺，改革成績評價(jià)系統(tǒng)等方法強(qiáng)化計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)；能力培養(yǎng)；教學(xué)改革

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程是各高校為大一新生普遍開設(shè)的通識課程，課程的教學(xué)目標(biāo)要使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)分析和解決問題的能力。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)是全面提高學(xué)生素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。

計(jì)算思維的概念由周以真教授首次清晰、系統(tǒng)的提出，自此將計(jì)算思維能力的培養(yǎng)融入計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革成為學(xué)者們研究的熱點(diǎn)。九校聯(lián)盟（C9）在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會上提出，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心應(yīng)該是計(jì)算思維能力的培養(yǎng)[1]。教育部高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會明確了計(jì)算思維能力培養(yǎng)在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中的核心地位，并且從創(chuàng)新人才培養(yǎng)和國家發(fā)展的角度強(qiáng)調(diào)計(jì)算思維能力培養(yǎng)的重要意義[2]。

1 計(jì)算思維

2006年，美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)周以真教授首次明確提出了計(jì)算思維的概念。計(jì)算思維是將計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念用于解決問題、進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、理解人類行為的涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域之廣度的一系列思維活動[3]。如同人們能夠閱讀、寫作和做算術(shù)一樣，計(jì)算思維是所有人都應(yīng)具備的思維能力。運(yùn)用計(jì)算思維解決問題，是通過約簡、嵌入、仿真等方法來描述問題求解的方法和過程；運(yùn)用計(jì)算思維解決問題，是采用抽象和分解等方法將較為復(fù)雜的問題分解為若干人們可以理解和控制的子問題。

未經(jīng)過專業(yè)學(xué)習(xí)的人也具有一定的計(jì)算思維能力，但這種與生俱來的思維能力需要有意識的訓(xùn)練和培養(yǎng)，使之成為人們面對問題時(shí)習(xí)慣使用的思維方式。計(jì)算思維能力的培養(yǎng)有助于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，有助于學(xué)生形成良好的思維方法和行為習(xí)慣。

2 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)停留在計(jì)算機(jī)工具應(yīng)用教育的層面上，沒有擺脫“工具介紹”、“知識羅列”等刻板模式，未能深刻反映思維和能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高、缺乏主動思考等問題的出現(xiàn)。

新形勢下，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的內(nèi)涵不斷豐富。提高大學(xué)生適應(yīng)新的社會形勢的能力，不僅要加強(qiáng)計(jì)算機(jī)知識技術(shù)的學(xué)習(xí)，同時(shí)也要注重思維能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，基于計(jì)算思維能力培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革亟待進(jìn)行。

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程改革要將計(jì)算思維的培養(yǎng)有意識地融入實(shí)際教學(xué)中，提高學(xué)生解決問題的能力。課程改革的目的是使學(xué)生了解計(jì)算思維的基本內(nèi)容，認(rèn)識到人與計(jì)算機(jī)能力的局限性，了解計(jì)算思維解決問題的一般步驟，理解計(jì)算在問題解決過程中所發(fā)揮的作用[3]。

3 基于計(jì)算思維能力培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)

3.1 圍繞思維能力培養(yǎng)開展教學(xué)

在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中，許多概念都蘊(yùn)含計(jì)算思維方法。例如，Cache是預(yù)置和緩存方法；多核處理器是并行處理方法；各種算法及問題求解方法，如迭代、遞歸等都是計(jì)算思維方法[4]。實(shí)際教學(xué)中，圍繞計(jì)算思維能力的培養(yǎng)開展教學(xué)，通過啟發(fā)式教學(xué)，有意識地引導(dǎo)學(xué)生主動思考，運(yùn)用計(jì)算思維方法發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題，提高學(xué)生的計(jì)算思維能力和創(chuàng)新能力。

3.2 調(diào)整課程結(jié)構(gòu)和內(nèi)容體系

基于計(jì)算思維能力培養(yǎng)的教學(xué)需要貫穿在所有的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中，計(jì)算思維能力的培養(yǎng)需要多個(gè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用課程作支撐和拓展[4]。這些課程的設(shè)置要圍繞計(jì)算思維進(jìn)行調(diào)整，在課程中滲透、推廣計(jì)算思維的原理和方法，不要求過多的專業(yè)背景，使計(jì)算機(jī)專業(yè)和非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生都能夠通過學(xué)習(xí)掌握課程內(nèi)容，提高計(jì)算思維能力。

教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置也要基于計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，教師在課堂講授基礎(chǔ)知識的同時(shí)，要結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、總結(jié)教學(xué)內(nèi)容中所涉及的計(jì)算思維原理和方法，從而掌握運(yùn)用計(jì)算思維解決問題的方法。同時(shí)，教學(xué)內(nèi)容的選擇應(yīng)注重情境化，盡量貼近實(shí)際應(yīng)用，增加學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，在解決實(shí)際問題的過程中提高計(jì)算思維能力。

3.3 完善教學(xué)平臺建設(shè)

課堂教學(xué)之外，提供開放性的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，方便學(xué)生隨時(shí)獲取教學(xué)資源。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺中可以給出與計(jì)算思維相關(guān)的文章和學(xué)習(xí)資料，供學(xué)生在課余時(shí)間閱讀和交流，增加學(xué)生之間以及師生之間的網(wǎng)絡(luò)互動，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

結(jié)合目前比較熱門的“翻轉(zhuǎn)課堂”，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性，通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，教師在課堂上主要進(jìn)行問題解答和知識拓展。通過這樣的方式，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化學(xué)生思維能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3.4 確定成績評價(jià)系統(tǒng)

課程考核標(biāo)準(zhǔn)，不僅要體現(xiàn)對知識技能掌握方面的要求，而且要體現(xiàn)對思維訓(xùn)練效果方面的要求。結(jié)合傳統(tǒng)的考核方式，增加對思維能力的考察，將單一的成績評價(jià)方式轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾矫婢C合評價(jià)的方式。例如在日常教學(xué)中設(shè)置成績積累系統(tǒng)，為每個(gè)學(xué)生設(shè)立成績累加器，學(xué)生的積極互動、提供幫助、解決問題等表現(xiàn)都能為累加器增值。通過將學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)的各種表現(xiàn)以積累的方式在最終的考核成績中體現(xiàn)，達(dá)到更加客觀、全面的對課程學(xué)習(xí)效果做出評價(jià)的目的。

4 結(jié)語

計(jì)算思維能力是一種人們普遍應(yīng)該具備的思維能力，基于計(jì)算思維能力的培養(yǎng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)，有助于提高計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的興趣。計(jì)算思維能力的培養(yǎng)有助于提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。如何將計(jì)算思維能力的培養(yǎng)更好的融入到計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中，以提高計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的質(zhì)量，需要在教學(xué)實(shí)踐中不斷的探索和改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李波.計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)[J].中國大學(xué)教學(xué)，2012，7：4345.

[2]林旺，孫洪濤.基于軟件應(yīng)用的計(jì)算思維能力培養(yǎng)教學(xué)設(shè)計(jì)[J].中國電化教育，2014，11：122127.

[3]陳國良，董榮勝.計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育[J].中國大學(xué)教學(xué)，2011，1：711.

[4]龔沛曾，楊志強(qiáng).大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的計(jì)算思維培養(yǎng)[J].中國大學(xué)教學(xué)，2012，5：5154.

基金項(xiàng)目：河南科技大學(xué)教育教學(xué)改革項(xiàng)目（2015YB050）

作者簡介：俞衛(wèi)華（1979），女，河南洛陽人，講師，研究方向?yàn)閿?shù)字圖像處理。