計算思維導(dǎo)向的高職計算機基礎(chǔ)教學(xué)研究

左薇 張熹 馬龍燕 姬永倩 董紅娟

摘要：自九校聯(lián)盟（C9）明確提出要將培養(yǎng)計算思維能力作為“計算機基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革的核心任務(wù)后，培養(yǎng)高職學(xué)生的計算思維能力成為高職教育的重要組成部分。本文介紹了計算思維的基本概念以及高職計算機基礎(chǔ)教學(xué)中計算思維能力的培養(yǎng)現(xiàn)狀，梳理出高職計算機基礎(chǔ)教學(xué)中計算思維能力培養(yǎng)存在的問題，并針對這些問題提出構(gòu)建基于計算思維的計算機基礎(chǔ)課程體系、提高教師的計算思維素質(zhì)教育、加快制訂計算思維評價機制與體系和三方聯(lián)合推廣計算思維教育等具體建議，以期推動計算思維導(dǎo)向的高職計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)的改革與發(fā)展。

關(guān)鍵詞：計算思維;高職院校;計算機基礎(chǔ)教學(xué)

中圖分類號：G642.0? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 論文編號：1674-2117（2020）01-0102-04

引言

計算思維最早應(yīng)用于大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程中，旨在闡明學(xué)習(xí)計算機學(xué)科知識和從事計算機專業(yè)開發(fā)之間的關(guān)系。作為一種全新的科學(xué)思維活動，計算思維要求學(xué)生不僅要掌握計算機的基本知識和技能，還要掌握運用知識和技能解決實際問題的能力。因此，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維對提升學(xué)生的信息素養(yǎng)具有重要作用。高職教育是我國最高層次的職業(yè)教育，同時也是我國高等教育中不可或缺的重要方面。高職學(xué)生既是高等職業(yè)人才的主體，也是大學(xué)生的重要組成部分。高職院校依據(jù)它特有的教育理念和教學(xué)模式來培養(yǎng)專業(yè)型人才，注重培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力、管理能力、思維能力、創(chuàng)新能力等綜合能力素質(zhì)。因此，培養(yǎng)高職學(xué)生的計算思維是高職教育的重要部分。2010年，九校聯(lián)盟（C9）發(fā)布了《九校聯(lián)盟計算機基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》[1]，提出要將培養(yǎng)計算思維能力作為“計算機基礎(chǔ)”課程的教學(xué)改革的核心任務(wù)。因此，研究計算思維導(dǎo)向的高職計算機基礎(chǔ)教學(xué)，對提高高職院校計算機教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)高職學(xué)生的創(chuàng)新意識、提升高職學(xué)生運用計算思維解決問題的能力具有重大的現(xiàn)實意義。

計算思維概述

1980年，美國麻省理工學(xué)院的Seymour Papert[2]教授首次在Mind-storms：Children，Computers，and Powerful Ideas中談及計算思維。2006年，美國卡耐基梅隆大學(xué)的周以真教授首次對計算思維的定義進(jìn)行了描述，2008年，她又進(jìn)一步對計算思維進(jìn)行了闡述。隨著研究的不斷深入，眾多專家學(xué)者以周以真教授的觀點為參考，基于不同角度，對計算思維的內(nèi)涵進(jìn)行了不同的解讀。董勝榮等人將“基礎(chǔ)概念”改為“思想方法”，認(rèn)為計算思維是使用計算機科學(xué)的思想與方法進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計和理解人類行為等涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動[3];蔣宗禮認(rèn)為計算思維是人類在求解問題時有意識地使用計算機科學(xué)家們所采用的思想方法、技術(shù)工具、環(huán)境等相關(guān)的思維形式[4];美國國際教育技術(shù)協(xié)會和計算機科學(xué)教師協(xié)會[5]（ISTE&CSTA）聯(lián)合發(fā)布了計算思維的操作性定義：計算思維是利用計算機及其工具來解決問題的過程，該過程包括數(shù)據(jù)的收集、分析和表示，利用算法制定最優(yōu)解決問題的方案，并將該過程遷移至其他領(lǐng)域。

高職計算機基礎(chǔ)教學(xué)中計算思維能力培養(yǎng)現(xiàn)狀

1.課程內(nèi)容

目前，對計算機基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容的改革主要有兩大觀點：全面更新和內(nèi)容重組。[6]前者認(rèn)為應(yīng)該將計算基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行大幅度增減和更新，將計算思維的培養(yǎng)融入到各個知識點中，如可開設(shè)“計算思維導(dǎo)論”“計算思維概述”等公共必修課。后者認(rèn)為，根據(jù)各專家學(xué)者對計算思維的解讀以及計算思維的特征，以計算思維的培養(yǎng)為主線，重新組織課程內(nèi)容，通過系統(tǒng)的內(nèi)容結(jié)構(gòu)來培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。當(dāng)前，國內(nèi)有關(guān)計算思維的研究還停留在探索階段，可見，內(nèi)容重組這一觀點是主流觀點，更適合計算機基礎(chǔ)教學(xué)的實際情況，而全面更新這一觀點主要針對計算機相關(guān)專業(yè)。

2.教學(xué)方法

當(dāng)前，高職依托計算機基礎(chǔ)課程培養(yǎng)計算思維的教學(xué)方法主要有三類：基于問題解決式教學(xué)、游戲化教學(xué)以及混合式教學(xué)?；趩栴}解決式教學(xué)指的是以解決現(xiàn)實問題來設(shè)計教學(xué)活動，而計算機思維是一種直觀與抽象的思維方式，與基于問題解決式教學(xué)十分契合，這也是當(dāng)前高職院校培養(yǎng)學(xué)生計算思維的主流教學(xué)方法;游戲化教學(xué)指的是利用計算機設(shè)計游戲的過程中，進(jìn)行一系列的分析、抽象、設(shè)計算法、自動化等，掌握問題的求解方式，以此培養(yǎng)高職學(xué)生的計算思維能力;采用混合式教學(xué)培養(yǎng)高職學(xué)生的計算思維是一種新趨勢，線上學(xué)習(xí)計算思維，其教學(xué)效果并不明顯，需要教師嚴(yán)格監(jiān)督，以發(fā)揮混合式學(xué)習(xí)的最優(yōu)化。目前，高職院校主要采用基于問題解決式教學(xué)和游戲化教學(xué)兩種方式來培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。

3.教學(xué)資源

高職院校計算機基礎(chǔ)課程開展時間久遠(yuǎn)，積累了大量的教學(xué)資源，這些教學(xué)資源雖然蘊含計算思維，但是計算思維這一思想并未內(nèi)化于課程教學(xué)中。當(dāng)前高職院校培養(yǎng)計算思維的教學(xué)資源建設(shè)主要有在線開放課程和整合已有教學(xué)資源兩種形式。搜索各大在線開放課程平臺，培養(yǎng)計算思維的課程有哈爾濱工業(yè)大學(xué)的戰(zhàn)德臣等人開發(fā)的《大學(xué)計算機——計算思維導(dǎo)論》、桂林電子科技大學(xué)的董勝榮等人開發(fā)的《計算思維的結(jié)構(gòu)》等，而專門針對高職計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)的資源較少。

高職計算機基礎(chǔ)教學(xué)中計算思維能力培養(yǎng)存在的問題

1.課程體系建設(shè)尚不健全

現(xiàn)階段，全國多數(shù)高職院校和普通高校開始以培養(yǎng)計算思維為目的，開展計算機基礎(chǔ)課程體系建設(shè)工作，但以計算思維為主線穿插至計算機基礎(chǔ)課程中，對于高校的教育工作者來說，是一項艱難的工作。[7]大部分高職院校只開設(shè)了計算機文化通識課，幾乎沒有開設(shè)有關(guān)計算思維導(dǎo)論的課程，課程內(nèi)容依舊以辦公軟件的操作技能為主，教學(xué)目標(biāo)僅是教會學(xué)生掌握知識和技能。

2.對計算思維的認(rèn)識存在偏差

當(dāng)前，絕大多數(shù)的高職教師對利用計算機基礎(chǔ)教學(xué)來培養(yǎng)計算思維的認(rèn)識存在偏差。主要表現(xiàn)在兩個方面：第一，將程序設(shè)計能力等同于計算思維能力。雖然程序設(shè)計是發(fā)展高職學(xué)生計算思維的載體之一，但計算思維并非編程教育，應(yīng)將計算思維的培養(yǎng)提升至方法論層面。第二，將計算思維能力培養(yǎng)與計算機應(yīng)用割裂開來，未能注意到兩者之間的延續(xù)性和整體性。大部分高職院校的計算機基礎(chǔ)課程存在“工具論”思維，以上機操作為主，不注重思維能力的培養(yǎng)，認(rèn)為熟練掌握計算機的軟件操作技能就是掌握了計算思維能力。

3.計算思維評價體系尚未建立

大部分高職院校計算思維評價體系尚未建立。當(dāng)前，絕大多數(shù)的高職院?？己擞嬎銠C基礎(chǔ)知識和計算思維能力的方式較為單一，主要以全國計算機等級考試（NCRE）一級為主。然而，NCRE考試大綱的內(nèi)容未能及時更新，未跟上技術(shù)的發(fā)展步伐，評價的有效性不能得到保證。此外，目前對計算思維評價的研究僅停留在認(rèn)知層面，對計算思維能力的外在行為無從考核，無法衡量教學(xué)效果的優(yōu)劣，未能體現(xiàn)教學(xué)評價對教學(xué)環(huán)節(jié)的診斷、調(diào)控和改進(jìn)作用。

4.對計算思維教育重視不夠

目前，雖然各高職院校已意識到計算思維對高職學(xué)生未來發(fā)展的重要性，應(yīng)加大力度推進(jìn)計算思維導(dǎo)向的高職計算機基礎(chǔ)課程改革，但從具體實施情況來看，重操作技能、輕思維培養(yǎng)的尷尬局面并未得到徹底有效的改善。此外，部分教師未能充分認(rèn)識到計算思維能力的重要性，依舊按原來的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式講授計算機基礎(chǔ)課，部分教師雖然意識到計算思維對培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的意義，嘗試將計算思維融入計算機基礎(chǔ)課，但由于計算思維的發(fā)展不成熟，自身又缺乏相關(guān)培訓(xùn)，所以取得的教學(xué)效果不明顯。就高職學(xué)生而言，許多學(xué)生只是學(xué)習(xí)簡單的軟件操作，未能意識到計算思維對提升自身綜合素質(zhì)的重要性。

高職計算機基礎(chǔ)教學(xué)計算思維能力培養(yǎng)策略與建議

1.構(gòu)建基于計算思維的計算機基礎(chǔ)課程體系

構(gòu)建基于計算思維的計算機基礎(chǔ)課程體系，并非將當(dāng)前計算機基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容全盤否定，也不是簡單地將計算思維教育疊加在計算機基礎(chǔ)課程中，而是在原有計算機教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，以計算思維教育為主線重新梳理和組織教材內(nèi)容。由于選修計算機基礎(chǔ)課程的學(xué)生有計算機專業(yè)和非計算機專業(yè)，因此，針對不同專業(yè)的學(xué)生，可以構(gòu)建不同的計算機基礎(chǔ)課程體系。

（1）基礎(chǔ)類課程：專指開設(shè)計算機和計算思維教育的入門課程。例如，可開設(shè)計算機文化基礎(chǔ)課和計算思維導(dǎo)論兩門課程;或者將計算思維導(dǎo)論的主要內(nèi)容整合進(jìn)計算機基礎(chǔ)課程中，作為高職學(xué)生的公共必修課?；A(chǔ)類課程的開設(shè)旨在強化高職學(xué)生對計算機基本知識的掌握以及培養(yǎng)學(xué)生計算思維意識。

（2）應(yīng)用類課程：培養(yǎng)利用計算機及其工具、計算思維能力解決各個領(lǐng)域的難題，即利用計算機的基本知識和技能解決現(xiàn)實問題的能力（計算思維）的課程。例如，針對非計算機專業(yè)的學(xué)生，可開設(shè)電子商務(wù)網(wǎng)站開發(fā)課程;針對旅游專業(yè)的學(xué)生，可開設(shè)網(wǎng)頁設(shè)計課程;針對文秘專業(yè)的學(xué)生，可開設(shè)辦公自動化原理及應(yīng)用課程;針對計算機專業(yè)的學(xué)生，可開設(shè)程序設(shè)計與開發(fā)、C++、網(wǎng)絡(luò)編程等課程。

（3）拓展類課程：是指通過各類在線開放課程，進(jìn)一步深度學(xué)習(xí)計算機領(lǐng)域相關(guān)知識和計算思維的課程。例如，MOOC平臺中的國家精品課程、學(xué)校舉辦一些專題講座等。

2.提高教師的計算思維素質(zhì)教育

以計算思維導(dǎo)向的計算機基礎(chǔ)課程的改革能否獲得成功，關(guān)鍵在于師資隊伍的建設(shè)。[8]筆者認(rèn)為可通過以下途徑提升高職教師的計算思維素養(yǎng)。

（1）分層次培訓(xùn)：邀請計算思維領(lǐng)域的專家采用網(wǎng)絡(luò)課程培訓(xùn)、專題講座直播培訓(xùn)等方式先對高職計算機專業(yè)的教師進(jìn)行計算思維知識的普及，教師根據(jù)自身的實際情況，選擇不同方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而提升自身的計算思維意識。之后，可將培訓(xùn)推廣至非計算機專業(yè)的教師，從而提升整個高職教師隊伍的計算思維能力，為將計算思維與其他學(xué)科融合奠定堅實的基礎(chǔ)。

（2）探索有效提升計算思維的教學(xué)模式：應(yīng)改變傳統(tǒng)的“操作演示型”授課的方式，將計算思維的相關(guān)知識潛移默化地融入原有的知識結(jié)構(gòu)中，不斷探索適合培養(yǎng)計算思維的教學(xué)策略，如采用基于計算思維的PBL教學(xué)模式、基于計算思維的協(xié)作式學(xué)習(xí)模式等。

3.加快制訂計算思維評價機制與體系

高職院校對計算思維現(xiàn)有的評價體系更多地體現(xiàn)在認(rèn)知層面的測量，而無法測量計算思維能力的具體表現(xiàn)，因此，應(yīng)根據(jù)計算思維的外顯能力開發(fā)相應(yīng)的測量量表和測評工具，盡快完善計算思維能力的評價體系。

（1）在實施計算思維教育過程中進(jìn)行評價：考查計算的基本知識、編程的基本概念以及計算思維的核心概念等程序性知識;或者在學(xué)生進(jìn)行程序設(shè)計的過程中考查其對分析、抽象、算法設(shè)計、模塊化、自動化等內(nèi)容的掌握情況，并實時記錄。

（2）評價量表：科爾馬茲認(rèn)為計算思維是創(chuàng)造力思維、問題解決、算法思維、批判性思維和溝通技巧等綜合思維的共同體現(xiàn)，所以，可以采用這幾種思維的量表來綜合評價計算思維。此外，在總結(jié)性評價時，可采用紙筆測試或者上機測試等直觀方式評價計算思維能力。

4.三方聯(lián)合推廣計算思維教育

在高職院校推廣計算機基礎(chǔ)課程的改革和計算思維的普及教育，需要高職教育管理者、教師和學(xué)生個人三方力量聯(lián)合。高職教育管理者是培養(yǎng)計劃的決策者，應(yīng)充分認(rèn)識到在高職院校推廣計算思維教育的重要性。此外，教師應(yīng)不斷提升自身計算機綜合能力及計算思維素養(yǎng)，并充分認(rèn)識到計算思維對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重要性，不斷探索和改進(jìn)原有教學(xué)觀念和教學(xué)方法，力求將計算思維融入計算機基礎(chǔ)課程。最后，就高職學(xué)生個人而言，應(yīng)該意識到計算思維對未來職業(yè)發(fā)展的幫助，激發(fā)對計算機基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)興趣，增強學(xué)習(xí)動機，在不斷地學(xué)習(xí)與練習(xí)中，利用計算思維解決各類難題。總之，只有在三方力量的共同努力下，計算思維教育才會在高職院校遍地開花。

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第一作者簡介：左薇（1994.8—），女，漢族，云南保山人，碩士研究生，研究方向為信息技術(shù)教育、教育信息化。