唐小閑　任子亭

摘 要： 針對當(dāng)前大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)現(xiàn)狀，分析了存在的問題，引入了計算思維這一概念，探討了課程教學(xué)中計算思維培養(yǎng)的途徑，提出計算思維下的幾種教學(xué)模式，以培養(yǎng)學(xué)生用計算思維解決應(yīng)用問題的能力。

關(guān)鍵詞： 計算思維； 計算機(jī)基礎(chǔ)； 教學(xué)模式； 教學(xué)評價

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2015）08-54-03

Research on teaching mode of computer basis course in computational thinking

Tang Xiaoxian1， Ren Ziting2

（1. School of Chemical and Biological Engineering， Hezhou University， Hezhou， Guangxi 542800， China；

2. School of Computer Science and Information Engineering， Hezhou University）

Abstract： In view of the present situation of college computer basic course teaching， the existing problems are analyzed. By introducing the concept of computational thinking， the method of training the computational thinking in the course teaching is discussed， and several teaching modes are proposed to cultivate students' ability of solving the application problems.

Key words： computational thinking； computer basis course； teaching mode； teaching evaluation

0 引言

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)是為非計算機(jī)專業(yè)開設(shè)的一門計算機(jī)必修課，是通識教育課程，集知識能力、操作能力和應(yīng)用思維能力的培養(yǎng)于一體。隨著信息技術(shù)和科技的發(fā)展，社會對計算機(jī)素養(yǎng)的要求越來越高，因此其教學(xué)目的不僅是使學(xué)生掌握計算機(jī)的基本知識和實際應(yīng)用能力，更要培養(yǎng)學(xué)生利用計算機(jī)和計算思維的方式來解決實際問題，為后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)，以及畢業(yè)后適應(yīng)職業(yè)崗位需求打下堅實基礎(chǔ)。

當(dāng)前我校已加入應(yīng)用技術(shù)大學(xué)（學(xué)院）聯(lián)盟，正處在應(yīng)用轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵時期，學(xué)生具備的計算機(jī)基礎(chǔ)知識低，水平差異較大，如何切合不同層次學(xué)生的需要是教學(xué)上一個很大的挑戰(zhàn)。為使計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容具有針對性，滿足層次性教學(xué)和學(xué)習(xí)需求，縮小學(xué)生水平差異，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，最終培養(yǎng)出復(fù)合型的創(chuàng)新應(yīng)用型人才，有必要從頂層思維方面進(jìn)行設(shè)計，引入近年來興起的“計算思維”這一新的教學(xué)理念。在計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中，培養(yǎng)大學(xué)生的計算思維和計算思維能力，使其學(xué)會用計算思維去思考問題和解決問題，對培養(yǎng)卓越的人才具有重要意義。

1 大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)現(xiàn)狀

根據(jù)教指委要求，計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)大綱包含的內(nèi)容有：計算機(jī)基礎(chǔ)知識、計算機(jī)系統(tǒng)組成、Windows操作系統(tǒng)、辦公應(yīng)用軟件、多媒體技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等。其中一些理論內(nèi)容涉及計算機(jī)專業(yè)課程方面的知識，如計算機(jī)組成原理、程序設(shè)計、操作系統(tǒng)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等，這些內(nèi)容知識點多，本身比較抽象，難以理解，而計算機(jī)基礎(chǔ)課程教材的編寫一般僅僅是將部分內(nèi)容揉和，教學(xué)上往往難以深入展開，學(xué)生不易聽懂，也不能實際運用。

當(dāng)前，中小學(xué)課程教學(xué)中已基本普及了信息技術(shù)課程，大一新生具備了初步的計算機(jī)操作能力，一些學(xué)生計算機(jī)能力甚至較強(qiáng)，在計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)過程中，學(xué)生普遍認(rèn)為它們與本專業(yè)無關(guān)，再加上部分教師自身知識量儲備不夠從而影響了教學(xué)效果。所以很多學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高并反映到學(xué)校，導(dǎo)致大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課的教學(xué)得不到學(xué)校的足夠重視，學(xué)時被一再壓縮。在這樣嚴(yán)峻的形勢下，計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)面臨著巨大的挑戰(zhàn)，計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革也就勢在必行。

計算機(jī)基礎(chǔ)課程作為許多高校學(xué)生的基礎(chǔ)必修課，不同的學(xué)校制定的課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核機(jī)制不盡相同，面臨的問題也多種多樣。結(jié)合我校實際，在大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中存在的主要問題有：一是教學(xué)理念問題，計算基礎(chǔ)課程教學(xué)中沒有運用計算思維的理念，仍然是按照傳統(tǒng)的“工具論”的教學(xué)理念，理論教學(xué)和實踐教學(xué)并行在開展教學(xué)活動，教會的是學(xué)生如何使用計算機(jī)工具，面對不斷發(fā)展的計算機(jī)前沿技術(shù)，學(xué)生只能粗淺的使用，而不會用計算思維來解決遇到的應(yīng)用問題；二是未能更好的認(rèn)識到實踐教學(xué)問題是一個應(yīng)用的過程，實驗教學(xué)中完成的是單純對講授的理論的驗證，以及書中的案例和實驗指導(dǎo)書中的案例的完成；三是實驗內(nèi)容未能基于知識情景，即沒有結(jié)合實際和不斷變化的應(yīng)用環(huán)境，缺乏設(shè)計性，模式單一，不能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性能力；四是未能體現(xiàn)職業(yè)技能，解決工作中多學(xué)科知識交叉應(yīng)用的問題。

2 計算思維的發(fā)展

計算思維的概念是周以真（Jeannette M.Wing）教授于2006年提出的[1]，并對“Computational Thinking”這一概念進(jìn)行了詳細(xì)闡述：它是運用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為。它的內(nèi)容包括涉及計算機(jī)科學(xué)廣度的一系列思維活動。但是這一概念概括和抽象，難以在教學(xué)中展開，周教授又對計算思維進(jìn)行了詳細(xì)的描述，就如同培養(yǎng)孩子時既要掌握閱讀（Reading）、寫作（Writing）和算術(shù)（Arithmetic），又要學(xué)會計算思維的方法，這是每個人的基本技能。

自計算思維這一概念提出以來，在國內(nèi)引起了廣泛的討論和研究。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的陳國良院士2010年倡議把計算思維引入計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中，提出了“以計算思維為導(dǎo)向”的教學(xué)改革[2]；2010 年的《九校聯(lián)盟（C9）計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》中，明確提出了計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)要以計算思維為核心進(jìn)行改革[3]；馮博琴[4]對計算思維能力培養(yǎng)如何“落地”問題的問題進(jìn)行了探討；朱勇等[5]論述了大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中計算思維的培養(yǎng)途徑；趙瑤池等[6]提出了從案例引入思維，以思維為主線，知識傳授貫穿于教學(xué)過程，思維指導(dǎo)應(yīng)用，將多種教學(xué)方式綜合起來的新型教學(xué)模式；劉光蓉[7]闡述了基于計算思維的計算機(jī)基本工作原理的理實一體化教學(xué)實施思路。

為了更好的理解運用計算思維方式將復(fù)雜的問題描述、理解并翻譯成可求解的思維方法，需要從培養(yǎng)思維意識、思維方法和思維能力著手。因此，首先是要將人們無意識的計算思維活動轉(zhuǎn)變成有意識的計算思維活動，在計算機(jī)基礎(chǔ)的教學(xué)中，分析、引導(dǎo)、演示，以及運用案例主動的用計算思維的方法去解決問題；其次，周以真教授將具體的計算思維方法闡述為七大類，在實際的教學(xué)中應(yīng)從可操作性和應(yīng)用性展開，將思維的方法與工程的方法結(jié)合，計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中幾乎都涉及到計算思維的方法。計算思維的根本目的是用計算機(jī)技術(shù)解決問題，正符合應(yīng)用技術(shù)大學(xué)培養(yǎng)應(yīng)用型人才過程中用計算機(jī)解決應(yīng)用問題的目標(biāo)。教學(xué)中培養(yǎng)計算思維能力的過程從問題概念的抽象化到分析解決問題，再到解決問題實現(xiàn)，即工程化，最后是形成思維能力延伸以解決現(xiàn)實問題，此過程正是計算思維的本質(zhì)——抽象和自動化的體現(xiàn)。

3 基于計算思維的教學(xué)

如何在大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計算思維，首先要理解計算思維的本質(zhì)和內(nèi)涵，探索培養(yǎng)計算思維的途徑；其次，在教學(xué)模式上應(yīng)采取有效的教學(xué)方法，陳國良院士對大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程實施計算思維給出了教學(xué)方法的原則建議，即以計算學(xué)科基本問題為導(dǎo)向，以經(jīng)典案例為基礎(chǔ)，通過實驗了解和應(yīng)用編程的基本原理，通過習(xí)題課強(qiáng)化學(xué)科基礎(chǔ)概念的理解，著力提高學(xué)生的計算思維能力[2]。

3.1 計算思維培養(yǎng)的途徑

⑴ 以大學(xué)算機(jī)基礎(chǔ)作為培養(yǎng)計算思維的起點，將觀念轉(zhuǎn)變到計算思維意識上來。要培養(yǎng)計算思維意識，首先，要求教師應(yīng)具備在計算思維理念下教學(xué)的能力，在科學(xué)理論指導(dǎo)下學(xué)習(xí)、開展以計算思維為導(dǎo)向的教學(xué)活動，轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，課程知識點歸納整合為不同的單元，體現(xiàn)為計算思維的教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建計算思維能力培養(yǎng)的知識體系；其次，采用適于計算思維培養(yǎng)的教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生使用計算機(jī)求解問題的思維能力為主線，從傳統(tǒng)的知識講授轉(zhuǎn)向計算思維講授，逐步培養(yǎng)學(xué)生計算思維認(rèn)知能力，例如在講解操作系統(tǒng)進(jìn)程時，由于學(xué)生掌握知識有限，很難理解，以程序的實際執(zhí)行為例演示系統(tǒng)在不同時間段內(nèi)完成的操作來直觀的體現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生思維。

⑵ 培養(yǎng)利用計算機(jī)解決問題的計算思維能力，實驗教學(xué)中將計算思維與專業(yè)實踐相結(jié)合。學(xué)習(xí)計算機(jī)基礎(chǔ)課程的目的在于探尋計算機(jī)科學(xué)和專業(yè)應(yīng)用的結(jié)合點，并能運用計算思維及計算機(jī)技術(shù)開拓性地解決各種專業(yè)問題。計算思維是一種思維方法，注重思維能力的培養(yǎng)，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造性思維的形成。計算機(jī)是一個多層體系結(jié)構(gòu)的復(fù)雜系統(tǒng)，教學(xué)要回歸到計算機(jī)原理，通過開展實驗驗證，抽象問題的計算特性，展示計算機(jī)“如何解決問題”，設(shè)計反映計算思維和體現(xiàn)專業(yè)應(yīng)用需要的典型案例教學(xué)，培養(yǎng)利用計算機(jī)解決計算問題的能力。

⑶ 建設(shè)開放性的、有助于計算思維培養(yǎng)的教學(xué)資源。隨著信息技術(shù)日益發(fā)展和成熟，學(xué)習(xí)已轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放式的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)資源環(huán)境也變得開放，因此，應(yīng)將各種資源整合，建立教與學(xué)的支撐平臺是運用計算思維的一個關(guān)注點。我們建立了網(wǎng)絡(luò)綜合教學(xué)平臺，通過專業(yè)建設(shè)、精品課程、研究型教學(xué)、教學(xué)博客、課程共享聯(lián)盟、教學(xué)資源中心等欄目，形成開放性和實用性的教學(xué)資源庫，便于發(fā)揮教師的指導(dǎo)及學(xué)生自我個性學(xué)習(xí)，為教與學(xué)提供支持服務(wù)。

⑷ 建立以“計算思維導(dǎo)向”教學(xué)的教師隊伍。不同教師對本學(xué)科專業(yè)知識的掌握較為豐富，而對其他學(xué)科了解甚少，受限于知識水平和對學(xué)科的領(lǐng)悟能力，在不同專業(yè)中開展計算思維難以實施。在課程中引入計算思維，優(yōu)化整合體現(xiàn)計算思維知識點的教學(xué)內(nèi)容，最大限度的發(fā)揮個體的能力，要做到這一點，教師隊伍的提高是關(guān)鍵。在課程教學(xué)實踐中，組織教師對課程內(nèi)容進(jìn)行頂層設(shè)計，定期開展教學(xué)心得、教學(xué)效果交流討論，讓教師更好地把握知識點的講授，提高對計算思維能力培養(yǎng)的認(rèn)識。

3.2 教學(xué)模式

為了適應(yīng)我校向應(yīng)用技術(shù)大學(xué)的轉(zhuǎn)變，在教學(xué)學(xué)時壓縮的情況下引入計算思維教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，還需要改革當(dāng)前的教學(xué)方法，我們因地制宜地將下列教學(xué)方法運用到教學(xué)中。

⑴ 摸底調(diào)查學(xué)生的基礎(chǔ)水平，分層實施教學(xué)。針對入學(xué)新生的計算機(jī)基礎(chǔ)水平，通過基礎(chǔ)知識水平測試、計算機(jī)應(yīng)用實踐技能測試等來檢驗新生已掌握的計算機(jī)能力，發(fā)掘出學(xué)生間的差異，合理進(jìn)行分層?；谟嬎闼季S的方式，根據(jù)不同起點進(jìn)行課程內(nèi)容的選擇與設(shè)計，因材施教。例如對計算機(jī)技能較差的學(xué)生既要遵循教學(xué)的規(guī)律，又要培養(yǎng)計算思維；對那些掌握一定技能的學(xué)生布置相應(yīng)的內(nèi)容，要求他們完成綜合性和創(chuàng)新性的實驗。

⑵ 實施專題教學(xué)，開展分組討論學(xué)習(xí)。通過教學(xué)團(tuán)隊將課程中體現(xiàn)計算思維的知識點整合，之后以專題的形式布置給學(xué)生一個“論題”或由學(xué)生自選相關(guān)的論題來講解，要求學(xué)生以3-5人為一組，收集整理資料進(jìn)行自學(xué)，尤其是一些總結(jié)性、概念性、抽象性方面的問題，存在理解上的問題以及多種可能性，比如計算機(jī)的發(fā)展歷史，什么是計算機(jī)，存儲器的概念，數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)是如何存儲的等等，讓學(xué)生通過收集的資料來進(jìn)行匯總概括，理清概念和思路，并以報告的形式向大家講解，各小組進(jìn)行提問討論，最后教師以點評的方式作總結(jié)，這樣既加深了學(xué)生對知識點的理解和掌握，又培養(yǎng)了學(xué)生用計算思維的方式來理解問題、處理問題和解決問題的能力。

⑶ 任務(wù)驅(qū)動，以案例為載體教學(xué)法。教學(xué)的目的是讓學(xué)生利用計算思維來解決問題，問題得到解決即完成任務(wù)，因此需合理引入一個一個的任務(wù)，激勵學(xué)生積極主動尋求解決問題的思路，并獲得成就感。教學(xué)中通過開發(fā)大量的案例，對完成任務(wù)所需知識內(nèi)容、解決途徑及解決問題過程出現(xiàn)的新問題一一列舉，引導(dǎo)學(xué)生理解并掌握在案例中解決實際問題的過程如何運用計算思維方法。

⑷ 基于知識情景，結(jié)合專業(yè)背景。當(dāng)代社會計算機(jī)技術(shù)與信息技術(shù)引領(lǐng)著社會的發(fā)展，與各個專業(yè)領(lǐng)域的結(jié)合越來越緊密，而計算機(jī)基礎(chǔ)的教學(xué)在內(nèi)容上體現(xiàn)專業(yè)很少，導(dǎo)致學(xué)生缺乏興趣，因此結(jié)合專業(yè)特點來編寫教案，案例中融入專業(yè)知識進(jìn)行教學(xué)尤為重要。例如對于會計專業(yè)的學(xué)生，把專業(yè)知識與計算機(jī)結(jié)合來設(shè)計體現(xiàn)專業(yè)的實驗內(nèi)容，突出解決專業(yè)問題，闡釋用計算機(jī)解決問題專業(yè)問題的思維過程。

⑸ 突出實驗教學(xué)地位，提升運用計算思維來解決綜合性問題的能力。實驗操作是教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)解決問題的直接路徑，對計算機(jī)基本原理和核心內(nèi)容進(jìn)行拔高，提煉體現(xiàn)計算思維的綜合教學(xué)案例和設(shè)計性案例，強(qiáng)化計算思維的訓(xùn)練并應(yīng)用解決。有效利用網(wǎng)絡(luò)綜合平臺開展創(chuàng)新實驗教學(xué)。

⑹ “線上線下”相結(jié)合。由于課程授課學(xué)時有限，僅僅課堂教學(xué)無法滿足老師對所有的計算思維案例進(jìn)行講解。而思維的培養(yǎng)需反復(fù)訓(xùn)練，達(dá)到條件反射才能形成，因此除了課堂中計算思維的培養(yǎng)與訓(xùn)練，這就要求學(xué)生不但在課上，在課下仍需進(jìn)一步進(jìn)行思維方式的學(xué)習(xí)和強(qiáng)化。開發(fā)開放性網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源平臺，包含授課課件、豐富的計算思維教學(xué)案例、各種課程材料和資源，方便學(xué)生獲取和自主學(xué)習(xí)。

4 考核評價機(jī)制

考核機(jī)制是評價教學(xué)活動效果的一個重要環(huán)節(jié)，考核與結(jié)果認(rèn)定應(yīng)面向解決應(yīng)用問題。隨著計算思維在大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革中的應(yīng)用，需要建立體現(xiàn)計算思維能力的考核機(jī)制，破除傳統(tǒng)的考查學(xué)生對理論知識的掌握和基本實踐技能掌握的考核模式，加大實踐考核的力度，設(shè)計綜合性和創(chuàng)新新的考核題目，重點考核學(xué)生運用計算思維解決應(yīng)用問題的能力。將學(xué)生運用知識和技能以計算思維方式解決現(xiàn)實生活中問題的能力作為目標(biāo)，建立評價機(jī)制，并與平時表現(xiàn)和上機(jī)操作結(jié)合做出綜合考核。

5 結(jié)論

我校人才培養(yǎng)目標(biāo)定位是面向地方的應(yīng)用型高級專門人才，我們將計算思維運用到計算機(jī)基礎(chǔ)的教學(xué)，突出以計算思維解決應(yīng)用問題的重要性，使學(xué)生基本掌握了計算思維的方法，促進(jìn)了學(xué)生計算機(jī)應(yīng)用能力的提高，并真正把計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到社會生活以及實際工作中。然而計算思維能力的形成是一個長期的過程，在教學(xué)中仍面臨一些制度性和技術(shù)性問題。今后對于如何在計算思維下重建課程教學(xué)內(nèi)容，開展教學(xué)，建立體現(xiàn)計算思維能力考核機(jī)制，還需要不斷的探索和實踐。

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