以計(jì)算思維為導(dǎo)向的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革與實(shí)踐

金傳洋

摘要：計(jì)算思維培養(yǎng)是當(dāng)前計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程改革核心任務(wù)。本文從大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程定位和需求出發(fā)，深入分析大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)特點(diǎn)和教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合一線教學(xué)實(shí)踐，提出一些相應(yīng)的改進(jìn)措施，積極探索高效的教學(xué)思路、教學(xué)方法和教學(xué)手段。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維;教學(xué)改革;問題驅(qū)動(dòng)式;任務(wù)驅(qū)動(dòng)式

中圖分類號(hào)TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）33-0150-02

1概述

美國(guó)卡內(nèi)基。梅隆大學(xué)周以真教授在2006年指出“計(jì)算思維是用計(jì)算機(jī)科學(xué)概念去解決問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為，包括一系列廣泛的計(jì)算機(jī)科學(xué)的思維方法”。計(jì)算思維本質(zhì)上就是如何利用計(jì)算機(jī)工具去解決實(shí)際問題。

實(shí)驗(yàn)思維、理論思維和計(jì)算思維是人類三大科學(xué)思維形式，雖然計(jì)算思維最近幾十年才被關(guān)注，但隨著計(jì)算機(jī)新技術(shù)的飛速發(fā)展，以計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)為基礎(chǔ)的計(jì)算思維已經(jīng)成為基礎(chǔ)性思維方式，也是21世紀(jì)每個(gè)人都應(yīng)具備的能力和素質(zhì)。大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)是大學(xué)教育重要環(huán)節(jié)，也是完善知識(shí)結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)以構(gòu)造和設(shè)計(jì)為主要特征的計(jì)算思維解決各專業(yè)問題的基礎(chǔ)性教育，對(duì)于著力打造創(chuàng)新型應(yīng)用本科人才起到關(guān)鍵作用。

目前，我軍《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》是面向生長(zhǎng)軍（警）官本科教育各專業(yè)學(xué)員開設(shè)的一門科學(xué)文化基礎(chǔ)課程，是軍隊(duì)院校課程教學(xué)大綱規(guī)定的必修基礎(chǔ)課程之一，新的教學(xué)大綱遵循“以計(jì)算思維為牽引、突出軍事應(yīng)用特色、面向不同專業(yè)要求分類指導(dǎo)”的理念，以培養(yǎng)信息素養(yǎng)和計(jì)算思維為目標(biāo)。

2問題與目標(biāo)

隨著信息社會(huì)的快速進(jìn)步，大學(xué)生計(jì)算機(jī)操作技能不斷提高但缺乏理論知識(shí)體系的支撐，那么，如何對(duì)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)準(zhǔn)確定位，適應(yīng)時(shí)代發(fā)展需要，服務(wù)于整個(gè)學(xué)院人才培養(yǎng)計(jì)劃，是當(dāng)前計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)面臨的重大挑戰(zhàn)，現(xiàn)存在以下突出問題：

（1）教學(xué)內(nèi)容體系需強(qiáng)化計(jì)算思維

目前教材內(nèi)容按照全軍大綱知識(shí)結(jié)構(gòu)組織，沒有將理解計(jì)算思維、強(qiáng)化計(jì)算思維、提升信息素質(zhì)作為主線，造成知識(shí)點(diǎn)單元之間孤立、碎片，一方面造成學(xué)員理解困難;另一方面造成教員施教內(nèi)容深淺不一致，也不利于計(jì)算思維和信息素養(yǎng)意識(shí)培養(yǎng)。

（2）教學(xué)內(nèi)容深度與現(xiàn)行教學(xué)方法的矛盾

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程涵蓋面廣、理論性強(qiáng)，課程性質(zhì)從原先的技能性轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性。借助Python語(yǔ)言這個(gè)編程工具，同時(shí)涉及算法設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等知識(shí)，學(xué)生感覺生疏理解困難，這些特點(diǎn)導(dǎo)致教學(xué)過程不自覺地步人難教難學(xué)的怪圈子。2018年教學(xué)組試行基于MOOC的教學(xué)改革效果不明顯，主要原因是教學(xué)資源和教學(xué)條件不足，只是簡(jiǎn)單將MOOC資源推送給學(xué)生，缺乏完整的監(jiān)督和考評(píng)機(jī)制。

（3）教師挖掘計(jì)算思維點(diǎn)不夠

如何在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)完成內(nèi)容寬廣的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)目標(biāo)，以及在學(xué)員尚未掌握大量計(jì)算機(jī)學(xué)科相關(guān)知識(shí)的前提下，培養(yǎng)計(jì)算思維是近兩年來困擾教員的核心問題。在課堂教學(xué)中計(jì)算思維的講解過于生硬，與理論知識(shí)體系的融人不夠，對(duì)各理論知識(shí)模塊、知識(shí)點(diǎn)所體現(xiàn)的計(jì)算思維點(diǎn)挖掘不夠，同時(shí)計(jì)算思維在軍事案例中的應(yīng)用和對(duì)其他專業(yè)學(xué)科學(xué)習(xí)的支撐體現(xiàn)不夠，對(duì)于計(jì)算思維的培養(yǎng)勢(shì)必停留在理論層次，難以達(dá)到思維層次。

（4）欠缺分類分層教學(xué)

由于我國(guó)各地區(qū)經(jīng)濟(jì)、教育水平存在較大的差異和不平衡現(xiàn)象，來自不同地區(qū)的新學(xué)員計(jì)算機(jī)水平差異較大、參差不齊。按照傳統(tǒng)自然教學(xué)班統(tǒng)一進(jìn)度開展教學(xué)，會(huì)導(dǎo)致兩種情況：基礎(chǔ)薄弱學(xué)員學(xué)習(xí)遇到很多困難，而基礎(chǔ)較好的同學(xué)卻“吃不飽”。欠缺分層分類教學(xué)，無法體現(xiàn)因材施教、個(gè)性化學(xué)習(xí)，將很難保證計(jì)算思維和意識(shí)的培養(yǎng)。

3教學(xué)措施與實(shí)踐

從2011年開始，美歐國(guó)家將計(jì)算思維納入信息技術(shù)類課程中。在國(guó)內(nèi)，教指委組織C9高校聯(lián)盟對(duì)計(jì)算思維的概念、定位、目標(biāo)與培養(yǎng)等方面展開探討，提出要把培養(yǎng)計(jì)算思維能力作為大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革的重要內(nèi)容和長(zhǎng)期任務(wù)。

（1）以計(jì)算思維為導(dǎo)向組織教學(xué)活動(dòng)。重新梳理教學(xué)內(nèi)容，改變?cè)鹊牧闵⒄鹿?jié)，強(qiáng)調(diào)以計(jì)算思維能力為導(dǎo)向組織教學(xué)內(nèi)容，采用“理論基礎(chǔ)+擴(kuò)展提升+設(shè)計(jì)應(yīng)用”的層級(jí)模式，以計(jì)算機(jī)理論知識(shí)為基礎(chǔ)，以能力擴(kuò)展為提升手段，以設(shè)計(jì)應(yīng)用為關(guān)鍵?；A(chǔ)理論以理解計(jì)算思維為目的，從認(rèn)識(shí)問題、存儲(chǔ)問題、解決問題這條主線牽引教學(xué)過程，使學(xué)員逐步理解計(jì)算思維本質(zhì)內(nèi)涵，學(xué)會(huì)利用計(jì)算機(jī)工具來構(gòu)建計(jì)算環(huán)境，實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的過程。設(shè)計(jì)應(yīng)用強(qiáng)調(diào)能力，以計(jì)算思維應(yīng)用能力為目的，從案例和問題人手，培養(yǎng)學(xué)員計(jì)算思維意識(shí)和解決問題能力。

（2）運(yùn)用基于計(jì)算思維的問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式。在新一輪教學(xué)實(shí)踐中，將探索“問題驅(qū)動(dòng)”式教學(xué)和以“知識(shí)點(diǎn)”為聚類的專題教學(xué)相結(jié)合，主要包括設(shè)定問題情境、設(shè)計(jì)有效問題、尋找問題解決方案、提供解決問題線索和評(píng)價(jià)解決問題過程等五個(gè)部分。每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要依賴計(jì)算思維的特征展開，教員提出問題并根據(jù)知識(shí)點(diǎn)創(chuàng)設(shè)適當(dāng)情境，讓學(xué)員緊緊圍繞問題去開展研討，啟發(fā)思維，積極尋找問題解決辦法。通過問題求解的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，培養(yǎng)其構(gòu)建完整的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，能有意識(shí)地將計(jì)算思維的方法和技能應(yīng)用在未來專業(yè)學(xué)習(xí)中，觸類旁通，舉一反三，能主動(dòng)解決較高難度的實(shí)際問題。

（3）構(gòu)建“三維一體”學(xué)習(xí)平臺(tái)。通過課程教學(xué)活動(dòng)與課外實(shí)踐活動(dòng)，提高學(xué)員學(xué)習(xí)興趣，提高計(jì)算思維能力。通過《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》、選修課《程序設(shè)計(jì)》《Office高級(jí)應(yīng)用》以及國(guó)家級(jí)、市級(jí)乃至學(xué)院級(jí)軟件程序設(shè)計(jì)大賽、學(xué)校開放性實(shí)驗(yàn)等，開展多種形式的課外實(shí)踐活動(dòng)，有效地訓(xùn)練和提高學(xué)員利用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的創(chuàng)新能力。

（4）構(gòu)建深度的混合式教學(xué)模式。以現(xiàn)代教育思想、教學(xué)理論和學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)，整合利用各種信息資源，構(gòu)建良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，教員分析整門課程和單元模塊的教學(xué)目標(biāo)，將精細(xì)設(shè)計(jì)的案例或任務(wù)發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，課前學(xué)員學(xué)習(xí)、探討，課后復(fù)習(xí)、總結(jié)，教員在課堂上引導(dǎo)學(xué)員思考，培養(yǎng)學(xué)員解決實(shí)際問題的過程性思維，使學(xué)員建立計(jì)算機(jī)求解問題的方法和能力，最終形成發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的計(jì)算思維。

（5）構(gòu)建專題分類教學(xué)模式。根據(jù)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)不同的教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)，劃分為基礎(chǔ)工具類、語(yǔ)言算法類、專業(yè)知識(shí)類、計(jì)算機(jī)新技術(shù)專題等四個(gè)專題，針對(duì)這四種不同主題，探索采用差異化教學(xué)模式和教學(xué)手段。對(duì)于基礎(chǔ)理論類，主要通過精講、研討、演示、翻轉(zhuǎn)講解知識(shí)點(diǎn)，最后總結(jié)提高。語(yǔ)言算法類既有理論深度又有實(shí)踐難度，是本課程的重點(diǎn)內(nèi)容，需要理解內(nèi)化和反復(fù)實(shí)踐練習(xí)才能真正掌握，教員借助機(jī)房授課模式，及時(shí)給予指導(dǎo)答疑、總結(jié)歸納，學(xué)員學(xué)習(xí)積極性大大提高?；A(chǔ)工具類主要是軟件操作應(yīng)用，理論深度淺、學(xué)員通過自主實(shí)踐練習(xí)即能掌握，課內(nèi)不再安排講授學(xué)時(shí);最后，計(jì)算機(jī)新技術(shù)專題以講座形式實(shí)施，學(xué)員普遍反映好。

4結(jié)束語(yǔ)

本次教學(xué)改革吸收軍內(nèi)外名校大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)精品建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，按照“轉(zhuǎn)變教學(xué)思維、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新方法手段”的思路開展教學(xué)改革。努力實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)教學(xué)向思維性教學(xué)的轉(zhuǎn)變，引導(dǎo)學(xué)員在對(duì)計(jì)算思維初步理解的基礎(chǔ)上，訓(xùn)練學(xué)員的問題求解能力，達(dá)到思維向能力的提升和轉(zhuǎn)變，為未來形成面向各專業(yè)的計(jì)算思維和計(jì)算能力奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。