岳強(qiáng)，胡中玉，李玲，平大林，黃吉花

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融入計算思維的應(yīng)用型本科院校計算機(jī)基礎(chǔ)課程改革探索

岳強(qiáng)，胡中玉，李玲，平大林，黃吉花

摘 要：針對應(yīng)用型本科院校計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中出現(xiàn)的弊病，即在課程教學(xué)和學(xué)生能力培養(yǎng)間存在鴻溝，提出將計算思維引入教學(xué)，解決計算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)危機(jī)。通過介紹計算思維中的關(guān)鍵內(nèi)容，分析計算思維的核心方法，探討融入計算思維的分層次分類別教學(xué)模式，提出以計算思維能力培養(yǎng)為核心的計算機(jī)基礎(chǔ)課程改革方案。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科院校；計算思維；計算機(jī)基礎(chǔ)課程；課程改革

0 引言

應(yīng)用型本科院校是中國高等院校的重要組成部分，學(xué)校數(shù)目眾多，辦學(xué)特色明顯。不同于傳統(tǒng)研究型本科院校，應(yīng)用型本科院校立足于地方，為本地經(jīng)濟(jì)和社會培養(yǎng)技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)的高技術(shù)應(yīng)用型人才。大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程是高校學(xué)生入學(xué)后的第一門信息技術(shù)類課程，該課程旨在培養(yǎng)學(xué)生使用計算機(jī)科學(xué)知識和技術(shù)分析和解決實際問題的能力，提升學(xué)生創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)，為學(xué)生學(xué)習(xí)后繼課程打下堅實的信息技術(shù)基礎(chǔ)。該課程的教學(xué)是保證人才培養(yǎng)質(zhì)量的一項重要教學(xué)工作，對大學(xué)生畢業(yè)后是否能夠迅速適應(yīng)社會需要，并具有可持續(xù)發(fā)展的再學(xué)習(xí)能力，具有重要意義。

1 應(yīng)用型本科院校計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)現(xiàn)狀

2012年全國共有普通本科高校1171所，其中：211工程高校116所，占9.9%，非“211”高校1055所，占90.1%，新建的本科院校是指1999年以來新晉升科學(xué)校，共有647所，約占全國普通本科高等學(xué)校數(shù)量的55.3%，占非“211”普通本科高校數(shù)量的61.3%[1]。這些地方本科院校在辦學(xué)地位、人才培養(yǎng)模式、生源質(zhì)量和課程教學(xué)上都與傳統(tǒng)的重點院校有著明顯區(qū)別。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)和無線接入技術(shù)的迅速發(fā)展，計算機(jī)基礎(chǔ)知識得到快速的普及，特別在應(yīng)用型本科院校中，計算機(jī)基礎(chǔ)課程進(jìn)入蓬勃發(fā)展期，呈現(xiàn)出以下特點。

1）大多數(shù)學(xué)校都十分重視計算機(jī)教育教學(xué)的重要性，并確立了計算機(jī)基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)性地位，計算機(jī)基礎(chǔ)課程在各專業(yè)的培養(yǎng)方案中已成為不可缺少的一部分。

2）隨著計算機(jī)的發(fā)展和普及，計算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)槔碚摻虒W(xué)與實踐教學(xué)高度融合，用理論指導(dǎo)實踐，并在具體的實踐案例中去深化理論。同時，以能力訓(xùn)練為核心的實驗教學(xué)理論已經(jīng)滲透進(jìn)課程中，“案例教學(xué)”、“任務(wù)驅(qū)動”等多種教學(xué)模式得到廣泛運用。

3）社會信息化進(jìn)程不斷加速，各種學(xué)科間不再局限于單純的某一領(lǐng)域的研究，多學(xué)科交叉融合是信息技術(shù)發(fā)展的契機(jī)，計算機(jī)的輔助功能得以極大的發(fā)揮作用，各專業(yè)對學(xué)生的計算機(jī)應(yīng)用能力的要求日趨強(qiáng)烈，計算機(jī)基礎(chǔ)課程成為很多專業(yè)課程的前驅(qū)課。

雖然計算機(jī)基礎(chǔ)課程在應(yīng)用型本科院校里得到越來越多的關(guān)注，但受限于學(xué)校的歷史沿革和生源質(zhì)量，該課程存在以下方面的問題。

1）課程體系不明確

應(yīng)用型本科院校大多是1999年以后晉升為本科院校的，以前大都是高職高專層次的學(xué)校，在課程體系的規(guī)劃上缺乏系統(tǒng)性和規(guī)范性，部分學(xué)校還繼續(xù)沿用?？齐A段的課程體系，教學(xué)內(nèi)容還停留在“計算機(jī)文化基礎(chǔ)”或“計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)”階段，體現(xiàn)不出計算機(jī)技術(shù)的先進(jìn)性。

2）學(xué)時少、內(nèi)容多

計算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)學(xué)時一般在32至70個學(xué)時之間，每一章的教學(xué)內(nèi)容可能對應(yīng)著計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)課程，造成每章的教學(xué)只能觸及表面即止，不能深入系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。特別是教育部對本科教學(xué)計劃的總學(xué)時做出規(guī)定后，很多專業(yè)在指定教學(xué)計劃時就首先減少公共基礎(chǔ)課程的學(xué)時，計算機(jī)基礎(chǔ)課程首當(dāng)其沖，有些院校甚至將計算機(jī)基礎(chǔ)課開設(shè)為選修課，不僅學(xué)時大幅縮減，其基礎(chǔ)性地位也受到動搖。

3）陷入“狹義工具論”誤區(qū)

“狹義工具論”就是認(rèn)為計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)就是教學(xué)生怎么將計算機(jī)作為工具使用[2]。教學(xué)內(nèi)容的組織上以各種軟件的使用為重點，教材中的一章就是某些軟件的使用手冊，如Windows操作系統(tǒng)、Office辦公軟件和網(wǎng)絡(luò)軟件等常見內(nèi)容，教學(xué)過程以教會學(xué)生熟練使用常用軟件為目的，讓學(xué)生掌握軟件工作環(huán)境的構(gòu)成、具體的菜單命令和操作步驟等?！蔼M義工具論”誤區(qū)使計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)丟失了靈魂，學(xué)生往往只會使用教會的軟件，由于軟件的升級換代非常頻繁，很多學(xué)生又要重新學(xué)習(xí)新版本的或其他的軟件，導(dǎo)致培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力成為空話。

2 計算思維的關(guān)鍵內(nèi)容

2.1 計算思維的引入

針對高校計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中出現(xiàn)的上述問題，2010年陳國良院士在第六屆大學(xué)計算機(jī)課程報告論壇上所作的報告第一次正式提出將“計算思維能力培養(yǎng)”作為計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革切入點的開創(chuàng)性倡議。2006年，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的周以真教授顯性的提出“計算思維”的定義：計算思維是運用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去問題求解、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為的涵蓋計算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動[3]。計算思維是人類早已存在的思維活動，只是未被發(fā)掘提升到理論高度，它引領(lǐng)人類思考問題進(jìn)行解決，推動人類科技進(jìn)步。2010年，包括清華大學(xué)等高校在內(nèi)的九校聯(lián)盟在《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，確定了以計算思維為核心的計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革。

2.2 計算思維的地位

計算思維是一種科學(xué)思維，與理論思維、實驗思維一起構(gòu)成了人類的三大科學(xué)研究思維。計算思維并不是一種新的發(fā)明，而是早已存在的思維活動，是每一個人都具有的一種技能[4]。以其他思維方式相比，計算思維以抽象和自動化為本質(zhì)，以設(shè)計和構(gòu)造為特征，強(qiáng)調(diào)對問題進(jìn)行自動化求解。計算機(jī)學(xué)科是計算思維的代表學(xué)科，思維的訓(xùn)練是一個長期的過程，在計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中，不是僅僅通過幾節(jié)課就要求學(xué)生了解計算思維的內(nèi)涵，而要通過營造環(huán)境、設(shè)計案例讓學(xué)生潛移默化的掌握。

2.3 計算思維的核心方法

計算思維方法是計算思維的核心。計算思維是思維過程或功能的計算模擬方法論，其目的是為了提供適當(dāng)?shù)姆椒ǎ谷藗兡芙柚F(xiàn)代和將來的計算機(jī)，逐步達(dá)到人工智能的較高目標(biāo)，諸如模式識別、決策、優(yōu)化、自控等的有關(guān)算法都可屬于計算思維的范疇。計算思維方法很多，周以真教授將計算思維闡述成具體的七大類方法，有把一個困難的問題簡化為如何求解的約簡、轉(zhuǎn)化等方法；有控制龐雜的任務(wù)或進(jìn)行巨型復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計的抽象和分解的方法；有對一個問題的相關(guān)方面選擇合適的方式陳述或建模的方法；有對進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)的采用預(yù)防、保護(hù)等方式；有利用海量數(shù)據(jù)來加快計算，解決時間和空間之間矛盾的思維方法。

這些方法中既有數(shù)學(xué)和工程的方法，也有如遞歸等公認(rèn)的計算機(jī)科學(xué)方法。美國ACM前主席Peter J.Denning 教授將計算原理歸為七類：計算、通信、協(xié)作、記憶、自動化、評估和設(shè)計，大多數(shù)的計算技術(shù)都使用這七類計算原理[5]，它們是解決問題的有效方法。

3 融入計算思維的計算機(jī)基礎(chǔ)課程改革方案

3.1 構(gòu)建“分層次、分類別”教學(xué)模式

應(yīng)用型本科院校是服務(wù)于地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求的高校，計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容、方法和手段，必須與時俱進(jìn)，才能適應(yīng)學(xué)校辦學(xué)定位和人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求。根據(jù)教育部高等學(xué)校計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的意見》，采用了“1+X”的課程體系，“1”即“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”課程，推行“分層次、分類別”的課程教學(xué)模式[6]。

1）分層次

“分層次”是值新生入學(xué)以后進(jìn)行計算機(jī)基礎(chǔ)分級測試，根據(jù)測試成績編入層次1班級（普通班）和層次2班級（高級班），各層次的課程內(nèi)容體系和教學(xué)目標(biāo)如表1所示：

表1　分層次教學(xué)目標(biāo)表

2）分級測試

入學(xué)后新生參加分級考試，測試系統(tǒng)使用無紙化網(wǎng)絡(luò)考試平臺，測試題型包含理論題和實踐操作題，測試題型和期末考一致，難度持平，以我校2015學(xué)年上學(xué)期的測試數(shù)據(jù)為例，測試成績統(tǒng)計結(jié)果如圖1所示：

圖1　分級測試成績統(tǒng)計圖

以分級測試成績作為分班依據(jù)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)生編入層次2班級，沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)生編入層次1班級。層次1的學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)公共平臺基礎(chǔ)知識，層次2的學(xué)生通過強(qiáng)化公共平臺知識的綜合應(yīng)用能力，快速提升后學(xué)習(xí)與專業(yè)后繼課程對接的模塊課程。

3）分類別

根據(jù)學(xué)科屬性，將學(xué)科類別相近的院系學(xué)生劃分為一類，全校分為4類，為每個類別的學(xué)生開設(shè)不同的模塊課程。模塊課程是在認(rèn)真分析各院系人才培養(yǎng)方案的基礎(chǔ)上確定的，原則是學(xué)習(xí)模塊課程后對學(xué)生學(xué)習(xí)本專業(yè)的后繼課程提供信息基礎(chǔ)支持，具體開設(shè)情況如表2所示：

表1　專業(yè)分類表

通過分類別模塊課程的學(xué)習(xí)，打牢了學(xué)生學(xué)習(xí)后繼專業(yè)課程的信息基礎(chǔ)，實現(xiàn)了計算機(jī)基礎(chǔ)課與專業(yè)課的“無縫對接”，更好地滿足了不同專業(yè)學(xué)生對信息技術(shù)的學(xué)習(xí)需求。

“分層次、分類別”的教學(xué)模式很好地解決了計算機(jī)基礎(chǔ)課程學(xué)時少與內(nèi)容多的結(jié)構(gòu)性矛盾，克服了講授內(nèi)容只能“點到為止”，學(xué)生學(xué)習(xí)效果只能是淺嘗即止，更談不上讓學(xué)生掌握使用計算機(jī)進(jìn)行問題求解的方法。

3.2 融入計算思維的課程知識體系

針對所有學(xué)生利用 2 周的時間（8學(xué)時）開展計算思維基礎(chǔ)知識專題教學(xué)，主要介紹三大科學(xué)思維、計算思維核心概念和方法，結(jié)合生活化的例子引入計算思維的存在，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)計算思維的興趣。通過講授漢諾塔問題說明計算機(jī)和人類相比，各自的優(yōu)勢和局限性所在；講解圖靈機(jī)和停機(jī)問題讓學(xué)生理解計算模型和可計算理論；講解圖靈模型讓學(xué)生了解人工智能，引導(dǎo)學(xué)生主動探索人工智能領(lǐng)域的知識。

對于層次2學(xué)生，理工類模塊課程強(qiáng)調(diào)程序設(shè)計能力的培養(yǎng)，通過算法多樣化訓(xùn)練計算思維；經(jīng)管類模塊課程強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，講授概念模型和數(shù)據(jù)模型，訓(xùn)練學(xué)生的建模思維；音體美類模塊課程強(qiáng)調(diào)多媒體技術(shù)應(yīng)用，通過制作多媒體作品和網(wǎng)站設(shè)計訓(xùn)練學(xué)生的分析設(shè)計能力；文史類模塊課程強(qiáng)調(diào)Office綜合技術(shù)應(yīng)用，通過對海量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析挖掘出有效的知識。在不同類別的模塊課程中以案例教學(xué)和任務(wù)驅(qū)動的方式，繼續(xù)深入介紹計算思維的方法，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，讓學(xué)生更加深刻的理解抽象和自動化這一計算思維的本質(zhì)。不同類別的模塊課程訓(xùn)練的計算思維方法如表3所示：

表2　分類別模塊課與計算機(jī)思維方法

3.3 考核方式改革

期末考試實施“教考分離”方式，在學(xué)校建設(shè)的“全自動網(wǎng)絡(luò)考試平臺”實現(xiàn)無紙化考試，該考試平臺不但能夠?qū)崿F(xiàn)理論題型的自動評分，也能夠?qū)Σ僮鲗嵺`進(jìn)行自動判分，操作實踐題型包括Windows操作系統(tǒng)、Office軟件、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等。對于層次2的學(xué)生，增加了C程序設(shè)計、Access數(shù)據(jù)庫和Dreamweaver題庫的建設(shè)，以適應(yīng)計算思維內(nèi)容的考核。推行期末考試和社會認(rèn)證的雙重教學(xué)質(zhì)量考核標(biāo)準(zhǔn)，在組織學(xué)生參加云南省級高校計算機(jī)等級考試的同時，積極引導(dǎo)和鼓勵學(xué)生報考全國計算機(jī)等級考試及各類行業(yè)能力認(rèn)證考試，如獲得考試證書也能獲得課程學(xué)分，有效追蹤了課程教學(xué)效果，實現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量與能力認(rèn)證間的有機(jī)結(jié)合。

4 總結(jié)

計算思維的培養(yǎng)不僅僅是計算機(jī)技能的培養(yǎng)，而是思考方法和方式的培養(yǎng)，它的最終目標(biāo)是培養(yǎng)大學(xué)生可持續(xù)學(xué)習(xí)和發(fā)展的能力，是一種受益終身的教育。將計算思維融入到計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中，不僅讓學(xué)生從“做中學(xué)”升華為從“思考中學(xué)”，而且能讓教師真正做到“授人以魚，不如授之以漁”。

參考文獻(xiàn)

[11] 應(yīng)用技術(shù)大學(xué)（學(xué)院）聯(lián)盟，地方高校轉(zhuǎn)型發(fā)展研究中心．地方本科院校轉(zhuǎn)型發(fā)展實踐與政策研究報告[R]．天津：應(yīng)用技術(shù)大學(xué)（學(xué)院）聯(lián)盟，2013．

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Exploration of Reform on Basic Computer Courses Integrating Computational Thinking for Application-oriented Universities

Yue Qiang, Hu Zhongyu, Li Ling, Ping Dalin, Huang Jihua
(1.School of Information and Technology, KunmingUniversity, Kunming 650214, China; 2.School of Auto-control and Mechanical Engineering, KunmingUniversity, Kunming 650214, China)

Abstract:In allusion to the problems about the teaching of basic computer course in application-oriented universities, there is a wide gap between the teaching and students' ability, and therefore computational thinking is leaded into the teaching to resolve the crises. This article describes the key contents about computational thinking, and analyzes the important methods of computational thinking. And then it explores the hierarchical and classified teaching mode that integrated computational thinking, and proposes a program of reform on basic computer course based on training ability of computational thinking.

Key words:Application-oriented Universities; Computational Thinking; Basic Computer Courses; Course Reform

收稿日期：（2015.11.05）

作者簡介：岳 強(qiáng)（1977－），男，昆明市人，昆明學(xué)院，講師，碩士，研究方向：計算機(jī)基礎(chǔ)教育和應(yīng)用，昆明，650214胡中玉（1981－），女，昆明市人，昆明學(xué)院，講師，碩士，研究方向：計算機(jī)仿真，昆明，650214 李 玲（1968－），女，昆明市人，昆明學(xué)院，講師，學(xué)士，研究方向：計算機(jī)基礎(chǔ)教育和應(yīng)用，昆明，650214平大林（1957－），男，昆明市人，昆明學(xué)院，副教授，學(xué)士，研究方向：計算機(jī)基礎(chǔ)教育和應(yīng)用，昆明，650214黃吉花（1979－），女，昆明市人，昆明學(xué)院，講師，碩士，研究方向：計算機(jī)基礎(chǔ)教育和應(yīng)用，昆明，650214

基金項目：云南省精品課程“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”（云教高[2015]17號）、昆明學(xué)院教學(xué)質(zhì)量工程“計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)技能競賽教學(xué)團(tuán)隊”

文章編號：1007-757X(2016)02-0036-03

中圖分類號：G642 .0

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A