王政鋒++陳超泉

【摘 要】《九校聯(lián)盟（C9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》提出大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力?；谟?jì)算思維的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程改革探索已經(jīng)尤為重要，文章針對(duì)現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中存在的問題進(jìn)行問卷調(diào)查分析，結(jié)合筆者多年從事教學(xué)的體會(huì)，提出了一種以計(jì)算思維為主導(dǎo)的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系。

【關(guān)鍵詞】大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)；計(jì)算思維；MOOC/SPOC

0 引言

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程作為公共基礎(chǔ)課，目前仍是大多數(shù)高校的必修課程。計(jì)算機(jī)本身是一門學(xué)科，但其對(duì)其他學(xué)科的發(fā)展具有促進(jìn)作用，計(jì)算機(jī)科學(xué)源于數(shù)學(xué)與工程化的思想，利用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的過程也是利用數(shù)學(xué)的方法和工程的思維方式去抽象和實(shí)現(xiàn)的過程，這也是計(jì)算思維的核心，當(dāng)代大學(xué)生對(duì)計(jì)算思維的掌握非常必要。因此，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力應(yīng)該是該課程的主要目標(biāo)，能夠使學(xué)生更好的利用計(jì)算機(jī)科學(xué)以幫助本學(xué)科的學(xué)習(xí)與創(chuàng)新。

從教育部會(huì)發(fā)布的《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》文件中也可以看出該系列課程的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生一種思維方式[1]，運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題，而這種思維即是計(jì)算思維?？v觀目前的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教程，有各種各樣的名稱，基礎(chǔ)教程、入門、文化等名稱，其內(nèi)容大多偏向操作系統(tǒng)、OFFICE辦公軟件等的使用介紹，可以看出很多高校的計(jì)算機(jī)課程仍然停留在早期的教學(xué)內(nèi)容階段，過多關(guān)注了學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)的使用，“計(jì)算機(jī)工具論”的觀點(diǎn)也越來越多[2]。而隨著現(xiàn)代社會(huì)信息化程度的步伐加快，計(jì)算機(jī)不再只是少數(shù)專業(yè)人員能夠使用，學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)的使用也較為熟悉。近年來，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的觀點(diǎn)已經(jīng)得到公認(rèn)[3-5]?！毒判Ｂ?lián)盟（C9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》也明確提出將計(jì)算思維作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革的主導(dǎo)思想[6]。但現(xiàn)階段計(jì)算思維的培養(yǎng)也僅限開設(shè)一門程序設(shè)計(jì)課程，學(xué)生往往將過多的精力花費(fèi)在語(yǔ)言的學(xué)習(xí)，而非思維的訓(xùn)練上。本文從桂林理工大學(xué)的實(shí)際情況出發(fā)，提出了以計(jì)算思維為主導(dǎo)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革的思路。

1 教學(xué)面臨的問題及調(diào)查總結(jié)

表1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)知識(shí)體系結(jié)構(gòu)

以桂林理工大學(xué)當(dāng)前的基礎(chǔ)課程教學(xué)為例，表1展示了本校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)知識(shí)體系結(jié)構(gòu)。主要分為兩個(gè)層次，第一個(gè)層次是針對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)及應(yīng)用的教學(xué)，第二層次針對(duì)思維培養(yǎng)開設(shè)編程課程。最初開設(shè)該課程的是根據(jù)本校的生源進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)，主要偏向計(jì)算機(jī)知識(shí)及應(yīng)用能力，在十幾年的教學(xué)中也取得了較好的成績(jī)。但在最近幾年隨著社會(huì)信息化的步伐加快，計(jì)算機(jī)已經(jīng)非常普及，在教學(xué)實(shí)踐過程與學(xué)生的交流中發(fā)現(xiàn)：雖然桂林理工大學(xué)深處西部較為落后地區(qū)，學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)的操作已經(jīng)非常熟悉甚至熟練的程度，對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)課程所授內(nèi)容興趣不高，而且普遍反映當(dāng)前教學(xué)內(nèi)容涉及的知識(shí)點(diǎn)多、范圍較廣，往往知識(shí)了解淺顯，系統(tǒng)性較差，學(xué)生學(xué)習(xí)也容易失去耐心。為進(jìn)一步了解和解決這些問題，我們對(duì)大一大二的251名學(xué)生采用隨機(jī)問卷的形式進(jìn)行調(diào)查，旨在驗(yàn)證我們的教學(xué)感受、并試圖為我們教學(xué)改革提供思路和依據(jù)。

1.1 基礎(chǔ)知識(shí)課程存在的問題

當(dāng)前基礎(chǔ)知識(shí)課程教學(xué)主要存在“工具論”和“內(nèi)容廣而不精”兩方面的問題，針對(duì)這兩個(gè)問題，我們分別設(shè)置了問卷進(jìn)行調(diào)查分析。

從課程內(nèi)容安排上分析，當(dāng)前的基礎(chǔ)知識(shí)課程定位主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，主要強(qiáng)調(diào)了計(jì)算機(jī)操作和應(yīng)用軟件的使用。為此，問卷主要調(diào)查學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件使用的途徑，調(diào)查結(jié)果如圖1所示。

圖1 學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)操作及應(yīng)用軟件的途徑

圖1顯示，有超過40%的學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)操作及應(yīng)用軟件是通過自學(xué)掌握，這進(jìn)一步印證了現(xiàn)階段的課程定位已經(jīng)不再適合當(dāng)前教學(xué)對(duì)象。

針對(duì)課時(shí)較少，教學(xué)內(nèi)容比較廣泛、淺顯的問題，我們對(duì)學(xué)生感興趣的內(nèi)容進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)調(diào)查，試圖對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行微調(diào)，調(diào)查結(jié)果如圖2所示：

圖2 感興趣的計(jì)算機(jī)課程

圖2顯示，辦公軟件（office）、圖像設(shè)計(jì)（Photoshop）、Flash動(dòng)畫設(shè)計(jì)占據(jù)前三位，其中辦公軟件和圖像設(shè)計(jì)有超過70%的學(xué)生表現(xiàn)出較為濃厚的興趣。

1.2 程序設(shè)計(jì)教學(xué)的困惑

程序設(shè)計(jì)課程的開設(shè)初衷是培養(yǎng)學(xué)生抽象和自動(dòng)化的思維方式，能夠利用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決一些實(shí)際問題，但是在實(shí)際的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生過多的注意力分散在程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（VB）的語(yǔ)法學(xué)習(xí)上。我們針對(duì)這個(gè)問題也設(shè)置了問卷進(jìn)行分析驗(yàn)證。調(diào)查結(jié)果如圖3所示。

圖3 學(xué)習(xí)高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（VB）的難點(diǎn)

圖3顯示，分別有33%的學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)對(duì)語(yǔ)言本身語(yǔ)法的接受較慢，從而無法將注意力集中在思維訓(xùn)練上，這也驗(yàn)證了我們的推測(cè)。

2 課程改革思路

對(duì)于基礎(chǔ)課程的改革，并不是對(duì)現(xiàn)有課程的全盤否定，而是需要結(jié)合當(dāng)前的生源以及當(dāng)前課程存在的問題進(jìn)行調(diào)整，我們通過多年的教學(xué)感受以及本校實(shí)際情況的問卷調(diào)查結(jié)果分析、驗(yàn)證，結(jié)合教育部關(guān)于大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求，提出了一些課程的改革方向和思路：

（1）以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維為主要目的；

（2）結(jié)合本校特點(diǎn)培養(yǎng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用型人才；

（3）拓展學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)的興趣。

2.1 計(jì)算思維的培養(yǎng)

“計(jì)算思維”的本質(zhì)是抽象和自動(dòng)化[7]，圖靈機(jī)正是計(jì)算思維最好的詮釋，它是使用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的一種思路。當(dāng)前的基礎(chǔ)課程體系中僅僅依靠程序設(shè)計(jì)一門課程來培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維是無法做到的，需要在一年級(jí)的課程中就開始為這種思維方式的培養(yǎng)奠定一些基礎(chǔ)；另一方面根據(jù)之前的調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的一年級(jí)課程過多強(qiáng)調(diào)了學(xué)生已經(jīng)掌握或者可以通過自學(xué)可以掌握的應(yīng)用操作。

2.2 以計(jì)算思維為主導(dǎo)的教學(xué)知識(shí)模塊

計(jì)算機(jī)思維的培養(yǎng)主要對(duì)現(xiàn)有課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式兩方面進(jìn)行改革探索，對(duì)當(dāng)前課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行部分的修改和調(diào)整，部分教學(xué)內(nèi)容采用當(dāng)下推行效果比較好的MOOC/SPOC的教學(xué)形式。

2.2.1 教學(xué)內(nèi)容

計(jì)算機(jī)思維的培養(yǎng)和學(xué)習(xí)也主要通過理論+實(shí)踐的形式來實(shí)現(xiàn)，理論部分將設(shè)立《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》課程，主要講授計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本知識(shí)和計(jì)算機(jī)問題求解兩部分；實(shí)踐部分設(shè)立《Python編程》，以提高學(xué)生使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行問題的求解的能力。為了培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，開設(shè)部分較為實(shí)用的興趣課堂：《辦公軟件》、《Photoshop圖像設(shè)計(jì)》、《Flash動(dòng)畫設(shè)計(jì)》等課程。

（1）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本知識(shí)：人類計(jì)算的發(fā)展、圖靈機(jī)、計(jì)算機(jī)的發(fā)展史、計(jì)算機(jī)內(nèi)信息的表示、馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)程序控制工作方式等。

（2）計(jì)算機(jī)問題求解：抽象與數(shù)學(xué)模型、算法基礎(chǔ)知識(shí)、問題求解實(shí)例等。

（3）選擇Python語(yǔ)言而沒有選用VB作為實(shí)踐課程的主要原因：

①Python語(yǔ)言語(yǔ)法較為簡(jiǎn)單，其語(yǔ)法接近自然語(yǔ)言，學(xué)生閱讀一段良好的Python程序就如同在閱讀英語(yǔ)。因此，該語(yǔ)言這個(gè)特點(diǎn)能夠幫助學(xué)生講注意力集中于如何解決問題而不是花大把的精力去研究語(yǔ)言本身?，F(xiàn)如今，在麻省理工學(xué)院其計(jì)算機(jī)科學(xué)及編程導(dǎo)論就使用了Python語(yǔ)言講授，此外，卡耐基梅隆大學(xué)也使用了Python語(yǔ)言講授編程基礎(chǔ)。

②Python語(yǔ)言擁有非常龐大的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)庫(kù)接口，可以很好的完成各種科學(xué)計(jì)算。幫助學(xué)生較好較快的實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)模型。

2.2.2 教學(xué)形式

（1）對(duì)于開設(shè)的興趣課堂可采用當(dāng)下較為流行且推行效果不錯(cuò)的MOOC/SPOC的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式。

①這種教學(xué)模式下，學(xué)生可以隨時(shí)進(jìn)行相關(guān)感興趣內(nèi)容的學(xué)習(xí)，不受時(shí)間和空間的限制；

②考慮到應(yīng)用軟件學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，采用網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)模式，學(xué)生可以進(jìn)行多次、重復(fù)觀看；

③相比較傳統(tǒng)課堂教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)的自由度較高，而且學(xué)生可以依據(jù)自身的基礎(chǔ)，對(duì)內(nèi)容進(jìn)行選擇性學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)的效率較高。

（2）對(duì)于《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》、《Python編程》兩門課程主要采用課堂教學(xué)的方式，MOOC/SPOC教學(xué)模式也有自身的缺點(diǎn)[8]，學(xué)生對(duì)難度較大的課程很容易失去耐心，在學(xué)習(xí)過程中可能會(huì)出現(xiàn)注意力不集中，出現(xiàn)中途退課的現(xiàn)象。因此，該課程主要采用課堂教學(xué)的方式，當(dāng)然對(duì)于重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)，教師可以自己制作相關(guān)的短片供學(xué)生復(fù)習(xí)和學(xué)習(xí)。

2.2.3 教學(xué)知識(shí)體系結(jié)構(gòu)

通過上文對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式的改革探索，不再進(jìn)行專業(yè)的區(qū)分，新構(gòu)建的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)知識(shí)體系結(jié)構(gòu)如表2所示。

表2 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)知識(shí)體系結(jié)構(gòu)

該課程主要以計(jì)算思維的培養(yǎng)為主線，結(jié)合學(xué)生的興趣愛好，開設(shè)了相關(guān)課程，相比之前的課程進(jìn)行了內(nèi)容的矢量增減、教學(xué)形式也更加靈活，主要的目的是使學(xué)生能夠真正的將時(shí)間和精力分配在計(jì)算思維的培養(yǎng)和感興趣的課程上。

3 結(jié)語(yǔ)

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力，能夠使學(xué)生充分利用計(jì)算機(jī)科學(xué)以幫助本學(xué)科的學(xué)習(xí)與創(chuàng)新。我們針對(duì)現(xiàn)階段我校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)情況中存在的問題進(jìn)行了問卷調(diào)查，為課程改革的探索提供了一線的數(shù)據(jù)支持，并據(jù)此提出了下一階段的課程改革的思路，改革的目標(biāo)是使學(xué)生在未來能夠更好的使用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行問題求解，即計(jì)算思維的培養(yǎng)。但計(jì)算思維教學(xué)改革不是一揮而就的事情，還需要我們不斷的探索、實(shí)踐和優(yōu)化。

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[責(zé)任編輯：湯靜]