王慧玲，張　巖，晁　妍，張永華

(阜陽師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院， 安徽 阜陽 232600)

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基于計(jì)算思維的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)

王慧玲，張巖，晁妍，張永華

(阜陽師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院， 安徽 阜陽 232600)

摘要：大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程是培養(yǎng)大學(xué)生綜合素質(zhì)與和創(chuàng)新能力不可或缺的重要環(huán)節(jié)，而計(jì)算思維的培養(yǎng)更是該課程教學(xué)的核心。在分析大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程現(xiàn)狀和計(jì)算思維特征的基礎(chǔ)上，從任課教師的角度探討了以計(jì)算思維為導(dǎo)向的教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，并取得了較好的實(shí)施效果。

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

20世紀(jì)90年代中期，全國各大高校普遍開設(shè)名為“計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)”的課程。希望達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)的目的，然而在實(shí)際的教學(xué)過程中，此課程逐漸演變?yōu)橹v授基本概念和常用軟件的使用，文化的內(nèi)涵逐漸減少。

1997年，是大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的第一次重要的改革，確立了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的三個(gè)層次，同時(shí)規(guī)劃了5門課程和教學(xué)基本要求，此次改革確定了此類課程的地位，并對(duì)課程體系作了規(guī)范化研究[1]。

2004年，是大學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)的又一次重要的改革，教育部確立了大學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)的“4 領(lǐng)域×3 層次”，構(gòu)建了“1+X”的課程設(shè)置方案?，F(xiàn)在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程也是非計(jì)算機(jī)專業(yè)的第一門課程，課程名稱為“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”。這種變化，不僅是名稱的變化，更多體現(xiàn)在其內(nèi)涵的變化。在九校聯(lián)盟(C9)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會(huì)上，提出要旗幟鮮明地把“計(jì)算思維能力的培養(yǎng)”作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)[2-3]。因此“大學(xué)計(jì)算機(jī)”課程應(yīng)該將計(jì)算思維貫穿于素養(yǎng)的培養(yǎng)與知識(shí)講授的教學(xué)過程中。但是在實(shí)際的計(jì)算思維教學(xué)中存在著一些問題。

(1)沒有意識(shí)到計(jì)算思維培養(yǎng)的重要性。計(jì)算思維雖然可以追溯到古代的算籌，但是在教學(xué)過程中真正意義上重視的時(shí)間還不長，很多教師和學(xué)生都沒有意識(shí)到計(jì)算思維培養(yǎng)的重要性。

(2)教學(xué)過程中的無意識(shí)。在大學(xué)計(jì)算基礎(chǔ)教學(xué)過程中，由于學(xué)生的水平不一，會(huì)讓很多教師在教學(xué)中為了照顧層次低的同學(xué)，更多的是強(qiáng)調(diào)工具的教學(xué)，而忽視了思想的教學(xué)，沒有在教學(xué)過程中注重對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。

計(jì)算無處不在，它滲透在我們工作、生活、學(xué)習(xí)的方方面面，是每個(gè)人的基本技能，除在閱讀、寫作和算術(shù)之外，我們應(yīng)當(dāng)將計(jì)算思維加到每個(gè)學(xué)生的解析能力之中。

1計(jì)算思維培養(yǎng)的模式

對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)是一個(gè)長期系統(tǒng)的工程，一般采取的模式為“1+X”的分層模式。其中1是大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)，為第一層次，是每位非計(jì)算機(jī)機(jī)專業(yè)學(xué)生的必修課程，采用思維性教學(xué)方式，使同學(xué)們?cè)谡莆沼?jì)算機(jī)理論和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，建立對(duì)計(jì)算思維的理解。第二層次是“X”，根據(jù)專業(yè)的不同選擇不同的課程，比如，理工科選擇算法類課程，文科選擇數(shù)據(jù)庫類課程，音體美學(xué)生可以選擇網(wǎng)站設(shè)計(jì)及圖像處理類。第二層次的教學(xué)，使同學(xué)們達(dá)到計(jì)算思維能力的提高與轉(zhuǎn)變。

2“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”中計(jì)算思維的特征

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)是所有非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的必修課，也是計(jì)算思維培養(yǎng)體系中的第一層次，體現(xiàn)著這門課程的基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性和普適性，因而著重培養(yǎng)如下特征的計(jì)算思維。

(1)體現(xiàn)共性的思維。在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中有很多具有共性的內(nèi)容，比如，辦公自動(dòng)化軟件WORD，EXCEL，POWERPOINT中格式的設(shè)置、表格中數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單處理，圖片的處理等；再比如操作系統(tǒng)中文件的操作，此類方法也可以擴(kuò)展到其他軟件中。所以應(yīng)該讓同學(xué)們能夠在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)將具有普適意義的思維提煉出來。

(2)可以實(shí)現(xiàn)的、單非只注重細(xì)節(jié)的思維。對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)必須通過實(shí)踐的鍛煉，讓同學(xué)們能感受到可以實(shí)現(xiàn)，但又需要同學(xué)們從單純的訓(xùn)練中抽離出來，培養(yǎng)同學(xué)們這種實(shí)現(xiàn)的思維。以PPT的制作為例，便處處體現(xiàn)著計(jì)算思維。第一階段，如何制作一個(gè)翻書動(dòng)畫(問題提出)；第二階段，選擇解決問題的方法即計(jì)算思維中的算法選擇(通常算法可以有若干種)，第三步,選擇工具來制作翻書動(dòng)畫，選擇的是Powerpoint 軟件來制作(即算法實(shí)現(xiàn))；第四階段，在制作的過程中可能會(huì)發(fā)現(xiàn)更有效的方法以及更多的動(dòng)作組合(即算法優(yōu)化)，最后一步總結(jié)歸納(即抽象為解決這一類問題的常用的方法與思維方式)。

(3)知識(shí)間的系統(tǒng)性。培養(yǎng)同學(xué)們的學(xué)習(xí)從無意識(shí)到有意識(shí)過渡，打通知識(shí)間的屏障，讓同學(xué)們?cè)谟幸庾R(shí)的前提下提高其學(xué)習(xí)能力，達(dá)到計(jì)算思維能力的提高。

3計(jì)算思維教學(xué)方案和實(shí)施

教學(xué)過程中所采用的教學(xué)方法隨著時(shí)代的進(jìn)步而發(fā)展。計(jì)算思維的培養(yǎng)不是摒棄以前的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)模式，而是將新的計(jì)算思維的方法融入進(jìn)去，達(dá)到完善大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的目的。使學(xué)生在掌握計(jì)算機(jī)學(xué)科思想和方法的基礎(chǔ)上，達(dá)到內(nèi)化計(jì)算思維的目的。

(1)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性和普適性

計(jì)算思維的定義雖然是2006年周以真教授提出來的[4]，但計(jì)算思維從遠(yuǎn)古開始由來以久，可以說是無處不在，它與學(xué)生的學(xué)習(xí)、生活、工作密切相關(guān)，也是學(xué)生不可或缺的生存能力。在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)上，以大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)大綱為指導(dǎo)，重新整理出教學(xué)單元中所涉及的計(jì)算思維基礎(chǔ)性內(nèi)容，改變傳統(tǒng)單純知識(shí)的教學(xué)方法，著重體現(xiàn)計(jì)算思維的基礎(chǔ)性、可見性，突出對(duì)計(jì)算思維能力的引導(dǎo)。以講述“計(jì)算機(jī)發(fā)展階段”為例，將教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)為專題講座“計(jì)算機(jī)的昨天、今天和明天”，從結(jié)繩計(jì)事講起，到計(jì)算機(jī)的四個(gè)階段和未來的計(jì)算機(jī)，提煉出計(jì)算和計(jì)算思維的普適性與基礎(chǔ)性，讓學(xué)生更好地理解計(jì)算思維。

(2)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)具有趣味性和啟發(fā)性

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程有別于其他公共課，學(xué)生的起點(diǎn)層次不齊，常規(guī)的依賴于課本的教學(xué)方法，不能達(dá)到理想的教學(xué)效果，特別是理論課部分，需要很好的教學(xué)設(shè)計(jì)，才能體現(xiàn)計(jì)算思維在理論課中的普遍性與趣味性。比如說“二進(jìn)制”的部分，便可以設(shè)置以游戲的方式進(jìn)行教學(xué)，讓同學(xué)們?cè)谕嬗螒虻倪^程中，了解二進(jìn)制的原理以及進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換規(guī)則，通過使用二進(jìn)制表示二值圖像、計(jì)算人的生日、計(jì)算ISBN等，來體會(huì)二進(jìn)制與日常生活的密切聯(lián)系，讓同學(xué)們感受計(jì)算的無處不在，計(jì)算思維的無處不在。

(3)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)的綜合性與實(shí)用性

課堂是一種生活，如何在這有限的時(shí)間內(nèi)讓同學(xué)們理解和建立“信息、計(jì)算、智能”三大核心概念，從傳統(tǒng)的以教師為主導(dǎo)或無意識(shí)的思維教學(xué)中轉(zhuǎn)變過來，讓學(xué)生想學(xué)習(xí)，會(huì)學(xué)習(xí)，以計(jì)算思維為導(dǎo)向的教案設(shè)計(jì)顯得尤為重要。計(jì)算思維的核心是算法的思維，就是抽象的思維，但是同時(shí)它也擁有著很多的時(shí)代特性。從現(xiàn)實(shí)生活的案例入手，通過感悟數(shù)字化生存的智慧，讓學(xué)生感受到計(jì)算思維的由來、原理、方法，以及如何有效地運(yùn)用計(jì)算思維來解決現(xiàn)實(shí)中的問題，把知識(shí)的教學(xué)升華為思想的教學(xué)。以程序設(shè)計(jì)內(nèi)容為例，對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的同學(xué)來說，程序設(shè)計(jì)一直是難學(xué)的內(nèi)容，為了讓同學(xué)們更好地了解算法和抽象思維，我們加入了可視化的編程語言——RAPTOR。從計(jì)算思維培養(yǎng)的角度進(jìn)行案例的重組，將問題求解提升至計(jì)算思維的培養(yǎng)。以程序設(shè)計(jì)中經(jīng)典案例哥尼斯堡七橋問題為例，以計(jì)算思維為導(dǎo)向?qū)栴}進(jìn)行求解：?jiǎn)栴}求解(尋找一條經(jīng)過各城市有且僅有一次，再回到起點(diǎn)的路徑)——尋找解決方案(一筆畫算法)——算法優(yōu)化(使用編程語言實(shí)現(xiàn)一筆畫算法，并在實(shí)現(xiàn)過程中對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化)——總結(jié)歸納為現(xiàn)實(shí)問題的延伸(總結(jié)出解決此類問題的一種通用方法)。通過從算法構(gòu)造世界的角度，來講述算法之美，計(jì)算思維之普遍與美。

4構(gòu)建開放的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)

在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)過程中存在著課時(shí)少、內(nèi)容多的問題，如何為學(xué)生建立起一個(gè)完善的學(xué)習(xí)支持體系，建立教與學(xué)的更好的溝通渠道，運(yùn)用計(jì)算思維的關(guān)注點(diǎn)分離方法，充分發(fā)揮老師的指導(dǎo)和調(diào)控作用。在教學(xué)過程中我們通過建立一個(gè)基于大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，具有很好的使用性與開放性，具體功能如圖1所示。

圖1網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)圖

5結(jié)束語

計(jì)算思維不僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)家的思維，它應(yīng)當(dāng)是每個(gè)人的基本技能，也是非計(jì)算機(jī)專業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)的改革核心。在分析大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，從教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)入手，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，實(shí)踐證明，以計(jì)算思維為導(dǎo)向的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，對(duì)于培養(yǎng)21世紀(jì)的優(yōu)秀人才具有重要的推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn):

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Teaching of University Computer Foundation Course Based on the Computational Thinking

WANG Hui-ling, ZHANG Yan,CHAO Yan, ZHANG Yong-hua

(School of Computer and Information, Fuyang Teachers College, Fuyang 236041, China)

Abstract:University computer-based curriculum is an indispensable aspect which to develop students' comprehensive quality and innovative ability, and computational thinking is the core of the curriculum teaching. On the basis of analyzing the characteristics of university computers foundation courses and the feature of computing thinking, we discuss the design of computational thinking oriented teaching content from the classroom teachers, and get a better implementation of the results.

Key words:computational thinking, university computer foundation, teaching content

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1007-4260(2015)01-0124-03

DOI：10.13757/j.cnki.cn34-1150/n.2015.01.035

作者簡(jiǎn)介：王慧玲，女，安徽阜陽人，碩士，阜陽師范學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院講師，主要研究圖像處理及信息技術(shù)教學(xué)論。

基金項(xiàng)目：阜陽師范學(xué)院教學(xué)研究一般項(xiàng)目(2013JYXM45)，安徽省教學(xué)研究項(xiàng)目(2013jyxm138)(2013JYXM45)和安徽省教育科學(xué)規(guī)劃課題(2012JG13153)。

收稿日期：2014-04-02