淺談以計(jì)算思維為導(dǎo)向的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容改革

李旻玥

摘 要：當(dāng)前教育工作者們對(duì)計(jì)算思維培養(yǎng)的重要性已經(jīng)有比較充分的認(rèn)識(shí)。內(nèi)容是知識(shí)的載體，計(jì)算思維培養(yǎng)研究的一個(gè)重要方面是教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)。該文就計(jì)算思維培養(yǎng)內(nèi)容建設(shè)方面，從事實(shí)性知識(shí)、原理性知識(shí)、方法性知識(shí)及思維性知識(shí)四個(gè)維度展開論述，研究計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容改革，促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維能力提高。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維 教學(xué)內(nèi)容 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）06（c）-0205-02

當(dāng)前，計(jì)算思維能力培養(yǎng)是計(jì)算機(jī)教育關(guān)注的熱點(diǎn)，教育工作者們對(duì)其重要性已經(jīng)有比較充分的認(rèn)識(shí)。內(nèi)容是知識(shí)的載體，計(jì)算思維能力培養(yǎng)中很重要的一方面是教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)。但在教學(xué)內(nèi)容方面目前并沒有較完善的方案，尤其是高職階段大專院校學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)內(nèi)容的研究更是少之又少。

該文針對(duì)大專院校學(xué)生計(jì)算思維素質(zhì)狀況，以幼兒師范高等專科學(xué)校為例，對(duì)學(xué)習(xí)者計(jì)算思維能力水平情況做了實(shí)際調(diào)查。并對(duì)調(diào)查情況做了數(shù)據(jù)分析，在此基礎(chǔ)上研究計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育教學(xué)內(nèi)容的改革，更好地促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維能力的提高，從而更好地促進(jìn)與學(xué)生所學(xué)專業(yè)緊密結(jié)合。

1 現(xiàn)狀與問題

目前傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程已下移至中小學(xué)階段，但許多大學(xué)依然用“平臺(tái)+應(yīng)用軟件”作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課的教學(xué)內(nèi)容，已不能滿足大學(xué)生的需求。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課越來越不受重視，課時(shí)被一再壓縮，甚至被有的學(xué)校作為了選修課，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育改革迫在眉睫。

筆者通過前期調(diào)研了解到：目前學(xué)生計(jì)算思維素質(zhì)水平偏低，雖然有了一定的計(jì)算思維意識(shí)，但非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生普遍在計(jì)算思維方法上比較薄弱，缺少計(jì)算思維方法的支撐也直接影響了學(xué)生計(jì)算思維能力的提升。因此，在學(xué)生中開展計(jì)算思維培養(yǎng)是非常必要的。

調(diào)研中筆者發(fā)現(xiàn)以計(jì)算思維為導(dǎo)向的教學(xué)內(nèi)容改革有以下問題值得我們探討。

（1）計(jì)算思維內(nèi)容龐雜，涉及到計(jì)算機(jī)學(xué)科的各個(gè)方向，從基本的數(shù)制到復(fù)雜的數(shù)據(jù)抽象表達(dá)，從邏輯結(jié)構(gòu)到系統(tǒng)組成，從芯片到網(wǎng)絡(luò)[1]，知識(shí)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。我們不需要也不可能將所有知識(shí)都傳授給學(xué)生，那么我們選擇哪些內(nèi)容介紹給學(xué)生？

（2）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)作為大學(xué)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的公共基礎(chǔ)課，學(xué)時(shí)安排非常有限。那么在有限的時(shí)間內(nèi)，我們選擇哪些內(nèi)容作為計(jì)算思維培養(yǎng)的最小或較小集合介紹給學(xué)生。

（3）張莉和金瑩兩位在《大學(xué)程序設(shè)計(jì)課程中的計(jì)算思維培養(yǎng)》中指出“應(yīng)用領(lǐng)域不同，使用計(jì)算機(jī)完成任務(wù)的要求、方法和程度不同，需要進(jìn)行思維活動(dòng)的深淺、參與的程度也有所不同”[2]。眾多的非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生對(duì)計(jì)算思維培養(yǎng)的需求是有所不同。而普遍被作為公共基礎(chǔ)課的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)，由于不能與學(xué)生所學(xué)專業(yè)較好地結(jié)合，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不大，那么我們又應(yīng)該選擇哪些計(jì)算思維培養(yǎng)內(nèi)容能與學(xué)生專業(yè)方向結(jié)合？

2 內(nèi)容改革

筆者認(rèn)為，圍繞計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容改革首要是關(guān)注學(xué)生的需求和發(fā)展。在內(nèi)容的維度上要樹立框架意識(shí)，分析內(nèi)容內(nèi)涵的知識(shí)和能力，注重整體結(jié)構(gòu)把握。在內(nèi)容的處理上，既要充分挖掘計(jì)算思維的內(nèi)涵，又要遵循“注意課程內(nèi)容的基礎(chǔ)性，課程內(nèi)容貼近生活，與學(xué)生和教育的特點(diǎn)相適應(yīng)的原則”[3]。

該文參考《面向?qū)W習(xí)、教學(xué)和評(píng)價(jià)的分類學(xué)──布盧姆教育目標(biāo)分類學(xué)的修訂》一書中四個(gè)知識(shí)維度：事實(shí)，概念，程序和元認(rèn)知，從四個(gè)角度展開闡述。

2.1 事實(shí)性知識(shí)

事實(shí)性知識(shí)是一種重要知識(shí)類型，是學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)一門學(xué)科所必須知道的基本要素，比如計(jì)算機(jī)歷史、發(fā)展、誕生的年代、所使用的電子元件等。

限于有限的時(shí)間，對(duì)于學(xué)生中學(xué)已學(xué)過的重復(fù)性內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)化壓縮。

對(duì)于簡(jiǎn)單的事實(shí)性知識(shí)則納入自學(xué)范圍，為學(xué)生提供豐富的課外學(xué)習(xí)資源，如慕課等，敦促學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

教學(xué)內(nèi)容可以放在了解發(fā)展新技術(shù)等方面。如本研究以學(xué)前教育專業(yè)為例，則可聯(lián)系新的教育技術(shù)，如“虛擬實(shí)驗(yàn)室，虛擬博物館等，數(shù)字圖書館，計(jì)算機(jī)輔助心理學(xué)”等內(nèi)容。

2.2 原理性知識(shí)

計(jì)算思維涉及內(nèi)容眾多，不可能全部納入教學(xué)。計(jì)算思維培養(yǎng)應(yīng)該回歸計(jì)算機(jī)原理介紹，從原理性知識(shí)這個(gè)角度組織教學(xué)內(nèi)容。

北京理工大嵩天等教授在《面向計(jì)算思維的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容改革》中指出“第一，計(jì)算思維是基于計(jì)算機(jī)的。在利用計(jì)算機(jī)的過程中，深刻理解計(jì)算機(jī)工作原理將更好地指導(dǎo)人們使用計(jì)算機(jī)。第二，計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)過程本身就是抽象化、自動(dòng)化的過程。從艾倫·圖靈開始，無數(shù)科學(xué)家和工程師基于對(duì)計(jì)算問題及其求解方法的深刻洞察和高度抽象而設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)，其中蘊(yùn)藏了很多體現(xiàn)計(jì)算思維的內(nèi)在邏輯，對(duì)這些內(nèi)在邏輯的教學(xué)有助于幫助學(xué)生建立計(jì)算思維的思考過程”[4]。

雖然大專階段學(xué)生現(xiàn)階段可能還達(dá)不到一定的水平，但北京理工大學(xué)通過虛擬實(shí)驗(yàn)的方式開展計(jì)算機(jī)原理教學(xué)，為我們提供了參考經(jīng)驗(yàn)，值得我們借鑒。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，直觀、簡(jiǎn)潔、實(shí)驗(yàn)成本低，有效降低了課程教學(xué)難度。還能兼顧不同專業(yè)學(xué)生計(jì)算思維能力訓(xùn)練，將教學(xué)延伸到課外，適合學(xué)生自學(xué)，彌補(bǔ)了教學(xué)學(xué)時(shí)的不足。目前該實(shí)驗(yàn)軟件和配套教材已經(jīng)正式出版。

2.3 方法性知識(shí)

對(duì)于計(jì)算思維培養(yǎng)而言，其中很重要的環(huán)節(jié)就是學(xué)生計(jì)算思維方法的掌握。而大量的研究和實(shí)驗(yàn)證明，程序設(shè)計(jì)課程是培養(yǎng)計(jì)算思維最合適的平臺(tái)。[5]但目前多數(shù)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生，限于學(xué)時(shí)安排和學(xué)生能力等，幾乎不開設(shè)程序設(shè)計(jì)課。筆者認(rèn)為，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維不能簡(jiǎn)單停留在應(yīng)用軟件使用層面上，要幫助學(xué)生理解抽象數(shù)據(jù)，算法，開發(fā)系統(tǒng)，自動(dòng)化解決問題。計(jì)算思維不僅僅是程序設(shè)計(jì)，但程序設(shè)計(jì)作為一種理解和表達(dá)計(jì)算思維的方式，是發(fā)展計(jì)算思維的一個(gè)重要切入點(diǎn)[3]。學(xué)生在利用編程工具編程時(shí)可以直接、頻繁地接觸計(jì)算思維的概念和方法，不斷提升系統(tǒng)思考和創(chuàng)意思維能力[6]。endprint

?？齐A段學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)有一定難度，而非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)課學(xué)時(shí)安排又很有限。針對(duì)這種情況，我們選擇Scratch語(yǔ)言來編程入門。Scratch是美國(guó)麻省理工學(xué)院2007年開發(fā)的一款圖形化編程工具。它的突出特點(diǎn)是：可視化操作，模塊編程，大大降低了程序設(shè)計(jì)的難度。開發(fā)過程中，不需要編寫代碼，只需要根據(jù)設(shè)計(jì)拖拽可視化指令塊即可完成編程。讓學(xué)生編程時(shí)，把主要精力放在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、問題解決上，有效訓(xùn)練計(jì)算思維。不僅降低了學(xué)習(xí)難度，符合高職學(xué)生學(xué)習(xí)需求，還能改變以往“教師在教，學(xué)生在學(xué)的過程中糾結(jié)于程序本身的語(yǔ)句、語(yǔ)法等細(xì)枝末節(jié)，而無暇顧及思維的培養(yǎng)”[5]的弊端。Scratch軟件操作簡(jiǎn)單，能實(shí)現(xiàn)“所見即所得”，編輯腳本后馬上可以在舞臺(tái)上看到運(yùn)行的效果。這將大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。即使程序設(shè)計(jì)零基礎(chǔ)的人也能在短時(shí)間內(nèi)了解程序開發(fā)。

筆者以幼兒師范高等?？茖W(xué)校學(xué)前教育專業(yè)為例進(jìn)行研究。學(xué)前專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后主要從事與幼兒教育相關(guān)工作。Scratch軟件是一款適合兒童編程的軟件，它可以創(chuàng)建交互式游戲或制作出具有故事情節(jié)的動(dòng)畫，以有趣的方式讓學(xué)生了解簡(jiǎn)單編程，學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單編程思想。目前已經(jīng)有很多利用Scratch編程工具引導(dǎo)低幼年齡學(xué)生學(xué)習(xí)編程的教學(xué)與研究[6]。這大大彌補(bǔ)了當(dāng)前程序設(shè)計(jì)課程與非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生專業(yè)背景結(jié)合不緊密的缺陷[5]。

學(xué)生可以運(yùn)用Scratch來表達(dá)自己的想法，提高自主創(chuàng)新能力。不必將過多的精力放在語(yǔ)法知識(shí)上，而是培養(yǎng)創(chuàng)造性思維以及結(jié)合自己專業(yè)背景開發(fā)程序、解決工作生活中問題的能力。

2.4 思維性知識(shí)

計(jì)算思維是面向計(jì)算或基于計(jì)算的，隱藏在一般陳述性知識(shí)和技術(shù)背后的，科學(xué)家求解問題的思想和方法，屬于科學(xué)方法論范疇。如果說“方法”是解決問題的“工具”，那么“思維”便是“指導(dǎo)思想”。幫學(xué)生打通“思路”，讓學(xué)生知道解決問題時(shí)應(yīng)該從哪些方面去思考，培養(yǎng)學(xué)生求解問題的意識(shí)，提高學(xué)生解決問題的綜合能力，是計(jì)算思維培養(yǎng)的目標(biāo)。

計(jì)算思維反映了計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域解決問題的思維過程，我們還可以將其遷移到其他問題如日常生活中的實(shí)際問題的解決中去。主要體現(xiàn)在“認(rèn)識(shí)問題、分析問題、選擇工具、自動(dòng)化解決問題”上。引導(dǎo)學(xué)生從計(jì)算思維的高度去觀察和解決問題，讓學(xué)生體驗(yàn)用計(jì)算思維解決問題的一般過程和方法，最終達(dá)到在實(shí)際問題中靈活地遷移和應(yīng)用計(jì)算思維的目標(biāo)[3]。華南師范大學(xué)的楊倩倩和徐曉東兩位老師在《國(guó)外中學(xué)計(jì)算思維教育案例及分析》中列舉的兩個(gè)相關(guān)案例，為我們提供了很好的思路。同時(shí)，我們可以選擇與學(xué)生專業(yè)相關(guān)的實(shí)際問題進(jìn)行教學(xué)和實(shí)踐，達(dá)到與專業(yè)密切結(jié)合的目的，提高學(xué)生用計(jì)算思維解決本專業(yè)中的問題的能力，向復(fù)合型人才發(fā)展。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，通過計(jì)算機(jī)來解決問題，不管是專業(yè)問題還是生活、學(xué)習(xí)中的問題，是未開科技和社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)[7]。人們已經(jīng)普遍認(rèn)識(shí)到計(jì)算思維培養(yǎng)的重要性，該文研究了如何落實(shí)高職大專階段學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，希望借此提高自己的理論修養(yǎng)、能力水平。

參考文獻(xiàn)

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