趙美利，牛曉峰

(1.滁州城市職業(yè)學(xué)院，安徽 滁州 239000；2.太原理工大學(xué)，山西 太原 030000)

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師范類計(jì)算機(jī)課程體系與計(jì)算思維的培養(yǎng)*

趙美利1，牛曉峰2

(1.滁州城市職業(yè)學(xué)院，安徽 滁州 239000；2.太原理工大學(xué)，山西 太原 030000)

就目前中小學(xué)生在思維中普遍存在的解決問題思路不靈活，有生搬硬套的現(xiàn)象，以及現(xiàn)在對計(jì)算機(jī)課程認(rèn)知程度分析，提出以培養(yǎng)計(jì)算思維為目的師范類計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系。著力培養(yǎng)一批具有計(jì)算思維能力，并有能力培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維意識的教師。

計(jì)算思維；課程體系；思維能力；教師

1 計(jì)算思維概述

1.1 計(jì)算思維的提出

在現(xiàn)代社會，計(jì)算機(jī)成了日常工作和學(xué)習(xí)中必不可少的工具，人們使用計(jì)算機(jī)上網(wǎng)娛樂、學(xué)習(xí)。大多數(shù)人普遍認(rèn)為計(jì)算機(jī)只是一個(gè)工具而已，會用就行了。但是在使用計(jì)算機(jī)中出現(xiàn)了一些不好的習(xí)慣，如學(xué)生不會做的題，不思考就上網(wǎng)搜索答案等現(xiàn)象。長期下去學(xué)生的計(jì)算思維、邏輯思維能力明顯下降，可能會錯(cuò)過很多有創(chuàng)意的想法、發(fā)明。針對這一情況教高司函【2012】188號文件正式公布批準(zhǔn)“以計(jì)算思維為導(dǎo)向的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程研究”等22個(gè)大學(xué)計(jì)算機(jī)課程改革項(xiàng)目，著力提升大學(xué)生信息素養(yǎng)和應(yīng)用能力，推動(dòng)以大學(xué)生計(jì)算思維能力培養(yǎng)為重點(diǎn)的大學(xué)計(jì)算機(jī)課程改革[1]。

1.2 計(jì)算思維的定義

計(jì)算思維是美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)教授周以真于 2006 年在《Communications of the ACM》雜志上提出的。文中指出計(jì)算思維和閱讀、寫作及算術(shù)一樣，是學(xué)生必須具備的思維能力，是人們解決問題時(shí)的一種思維方法。并特別指出計(jì)算思維并不是會操作Word、Excel，也不是會用操作語言來編程。計(jì)算思維是抽象的、復(fù)雜的，是一種思想，是21世紀(jì)每個(gè)人都應(yīng)具備的能力。而這種思維能力培養(yǎng)的最優(yōu)課程選擇是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程。

2 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)現(xiàn)狀

近年來，隨著我國計(jì)算機(jī)和因特網(wǎng)的泛在化，計(jì)算機(jī)教育面臨著前所未有的挑戰(zhàn)，社會、學(xué)校和學(xué)生普遍對計(jì)算機(jī)教育存在誤區(qū)。社會大眾普遍認(rèn)為計(jì)算機(jī)已不再是高端科學(xué)的代名詞，學(xué)生上網(wǎng)的主要目的是為了網(wǎng)絡(luò)游戲。與此同時(shí)，許多教學(xué)管理者、任課教師和學(xué)生都受計(jì)算機(jī)“狹義工具論”思想的影響，將計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的重點(diǎn)放在系統(tǒng)操作、應(yīng)用軟件的使用上，卻忽略了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的核心任務(wù):計(jì)算思維素質(zhì)的培養(yǎng)[2]。致使現(xiàn)在學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后，對第一門計(jì)算機(jī)課程興趣不大，逃課率較高。其次在過去的計(jì)算機(jī)教學(xué)過程中，所選用的教學(xué)方法還停留在以前的水平，所用教學(xué)內(nèi)容太過陳舊，教出的學(xué)生只會被動(dòng)地學(xué)習(xí)；最后就是整個(gè)教學(xué)評價(jià)方式和體系不夠科學(xué)。教師只是簡單教學(xué)生常用軟件的操作方法，認(rèn)為只要會操作就可以了。而周以真教授則認(rèn)為用操作方法來教學(xué)生是一種最糟糕的計(jì)算機(jī)教育。在教學(xué)中應(yīng)將計(jì)算機(jī)課程與學(xué)生的專業(yè)緊密聯(lián)系，有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生具有較好的信息素養(yǎng)，以及能善于利用計(jì)算機(jī)等計(jì)算設(shè)備高效率地解決計(jì)算機(jī)領(lǐng)域或?qū)I(yè)領(lǐng)域的問題，即計(jì)算思維能力。

3 師范類計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系與計(jì)算思維的關(guān)系

3.1 師范類專業(yè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系的構(gòu)建意義

大學(xué)計(jì)算機(jī)是面向大學(xué)一年級學(xué)生開設(shè)的，是與大學(xué)數(shù)學(xué)、大學(xué)物理同等地位的通識類思維教育課程。它不是講授計(jì)算機(jī)及其軟件(如Office，Access，IE等)如何使用的課程，也不僅僅是訓(xùn)練學(xué)生程序設(shè)計(jì)內(nèi)容的課程，它是講授每個(gè)大學(xué)生都應(yīng)具備的計(jì)算思維的課程，大學(xué)生創(chuàng)造性思維培養(yǎng)離不開計(jì)算思維的培養(yǎng)。

計(jì)算思維是互聯(lián)網(wǎng)與信息時(shí)代每個(gè)人都應(yīng)具備的一種思維方式?；ヂ?lián)網(wǎng)公司(如阿里巴巴、Facebook、Apple、騰訊等)的成功應(yīng)歸屬于計(jì)算思維運(yùn)用的成功。計(jì)算思維對非計(jì)算機(jī)學(xué)科人才實(shí)現(xiàn)復(fù)合性跨學(xué)科創(chuàng)新是非常重要的。

大學(xué)階段應(yīng)更多地訓(xùn)練“思維”，而不應(yīng)僅著眼于“知識”即事實(shí)的學(xué)習(xí)。計(jì)算機(jī)學(xué)科知識的膨脹速度是非?？斓模爸R”的學(xué)習(xí)必須有所選擇，因此應(yīng)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)學(xué)科經(jīng)典的、對人們現(xiàn)在和未來有深刻影響的思維模式?！爸R”隨著“思維”講解而介紹,“思維”隨著“知識”的貫通而形成，“能力”隨著“思維”的理解而提高

計(jì)算思維培養(yǎng)不應(yīng)只是依賴于高校，計(jì)算思維的培養(yǎng)應(yīng)從小學(xué)開始。小學(xué)時(shí)期是人格和思維方式形成的關(guān)鍵時(shí)期，目前小學(xué)階段以基礎(chǔ)知識教育為主，忽視了思維能力培養(yǎng)[3]。應(yīng)該在這個(gè)階段有針對性地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，而解決這一問題的關(guān)鍵在于培養(yǎng)一批具有計(jì)算思維能力、并有能力培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維意識的中小學(xué)教師。各個(gè)院校中的師范類專業(yè)培養(yǎng)的對象正是未來的中小學(xué)教師，他們不僅要有豐富的專業(yè)知識，還應(yīng)該具備靈活使用先進(jìn)教學(xué)工具培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維意識的能力。而計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)又是未來教師在教學(xué)中不可缺少的教學(xué)工具，因此對未來教師計(jì)算思維能力的培養(yǎng)尤其重要。

在所有的基礎(chǔ)課程中，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力最佳的課程。但要形成較高的計(jì)算思維素質(zhì)，絕不是一兩門計(jì)算機(jī)課程可以完成的，而需要一個(gè)完整的基于計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)課程體系共同完成，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。所以師范類專業(yè)應(yīng)積極構(gòu)建以“計(jì)算思維能力培養(yǎng)”為核心的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)體系，建立專門的師范類專業(yè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系。

3.2 師范類專業(yè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系的構(gòu)建策略

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)是把狹義的計(jì)算思維推廣應(yīng)用轉(zhuǎn)換成人們思考、解決問題的廣義計(jì)算思維，是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程關(guān)于計(jì)算思維教育的最終目的。課程應(yīng)基于“計(jì)算文化與計(jì)算基礎(chǔ)—計(jì)算平臺—數(shù)據(jù)處理與管理—問題求解與實(shí)現(xiàn)”這樣一條脈絡(luò)，圍繞著大學(xué)計(jì)算思維教育空間-計(jì)算之樹，進(jìn)行內(nèi)容的組織和講解，介紹計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)所蘊(yùn)含的計(jì)算思想與計(jì)算技術(shù)；強(qiáng)化學(xué)生對計(jì)算機(jī)科學(xué)的認(rèn)知，使之掌握大數(shù)據(jù)時(shí)代數(shù)據(jù)處理與問題求解的基本方法與手段、正確的科學(xué)思維模式，并初步具備靈活運(yùn)用程序設(shè)計(jì)的思想與方法求解實(shí)際問題的能力。

從教師計(jì)算思維能力培養(yǎng)的角度，師范類非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系可以采用以下三種模式：①方法推動(dòng)模式：通過使用專題研討、反思與自我構(gòu)件、問題引導(dǎo)等教學(xué)方法，引導(dǎo)式教學(xué)，讓學(xué)生體會其中的思維方式和思維規(guī)律。②內(nèi)容重組模式：在不改變知識點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以計(jì)算思維為軸，將計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的知識點(diǎn)重新組合，課程結(jié)構(gòu)也會出現(xiàn)較大的調(diào)整。③全面更新模式：建議突出與計(jì)算思維培養(yǎng)的有關(guān)知識點(diǎn)的講授，開設(shè)專門以計(jì)算思維命名的通識課程，如計(jì)算思維基礎(chǔ)課程、計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)等。

在實(shí)際操作過程中可以將這三種模式融合在課程體系結(jié)構(gòu)改革和課程教學(xué)模式中，在課程體系建設(shè)中，既使用了方法推動(dòng)模式又增加了計(jì)算思維通識課程，采用分層教學(xué)的模式。在教學(xué)過程中教師應(yīng)將學(xué)生的合作精神與思考問題的能力教育融入其中。師范類計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系的改革應(yīng)該緩勢進(jìn)行，分三步走，分別為過渡課、基礎(chǔ)課、方法與應(yīng)用篇，如圖1所示。

圖1 基于計(jì)算思維的師范類計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系Fig.1 Basic computer course system of teachers based on computational thinking

過渡課：網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算思維能力培養(yǎng)最佳的教學(xué)環(huán)境，尤其是大一新生，他們對上網(wǎng)并不陌生，但是對合理上網(wǎng)以及上網(wǎng)的主要作用是什么的問題是迷茫的。所以在信息收集與處理中，該課程主要讓學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)收集、整理資料，最后根據(jù)所收集資料發(fā)表自己的看法、觀點(diǎn)。培養(yǎng)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)獲取、處理和利用信息的能力，最終達(dá)到提高開發(fā)和利用信息的能力。而辦公自動(dòng)化基礎(chǔ)可以讓學(xué)生先了解計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識，主要講授程序是如何被執(zhí)行的，包括內(nèi)存環(huán)境下程序的執(zhí)行和復(fù)雜環(huán)境下借助于操作系統(tǒng)管理的程序的執(zhí)行，以及如何編寫讓計(jì)算系統(tǒng)可以執(zhí)行的程序。

基礎(chǔ)課：計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)的最終落腳點(diǎn)是服務(wù)于學(xué)生的專業(yè)教育，在該階段的課程中使學(xué)生形成編寫電子教案的習(xí)慣思維，這是作為教師必備的教學(xué)思維技能。高級辦公自動(dòng)化的學(xué)習(xí)為學(xué)生利用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際教學(xué)問題提供知識儲備(如電子教案設(shè)計(jì)與制作)，也是計(jì)算思維中技能化目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的一個(gè)有效途徑。

方法與應(yīng)用：在這一階段主要鍛煉學(xué)生的兩種思維能力，第一數(shù)據(jù)化思維即：數(shù)據(jù)獲取==>數(shù)據(jù)管理==>數(shù)據(jù)分析與運(yùn)用；第二網(wǎng)絡(luò)化思維即：機(jī)器網(wǎng)絡(luò)==>信息網(wǎng)絡(luò)==>群體互動(dòng)網(wǎng)絡(luò)==>網(wǎng)絡(luò)化社會。其中數(shù)據(jù)庫課程是計(jì)算思維培養(yǎng)的核心課程，是計(jì)算機(jī)教學(xué)的重要部分，數(shù)據(jù)庫理論的技術(shù)涉及的數(shù)據(jù)庫模型抽象、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)查詢及系統(tǒng)控制等方法，在本質(zhì)上是一種思維方式與能力水平的體現(xiàn)。因此，數(shù)據(jù)庫

教學(xué)應(yīng)該是把“知識內(nèi)化”作為培養(yǎng)目標(biāo)，將“能力”和“智慧”作為更高追求。所以在實(shí)際教學(xué)中應(yīng)該將數(shù)據(jù)庫課程的知識體系進(jìn)行重構(gòu)，根據(jù)課程的知識體系，找出知識體系對應(yīng)的計(jì)算思維特征點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)將計(jì)算思維有效融入每一堂課中。

在這三個(gè)階段中的計(jì)算思維應(yīng)該是所有專業(yè)的學(xué)生的必修課，在計(jì)算思維(一)培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)和工程學(xué)的思維基礎(chǔ)，形成數(shù)學(xué)和工程學(xué)的思維意識。而計(jì)算思維基礎(chǔ)(二)則可以提高學(xué)生的思維能力，為師范類大學(xué)畢業(yè)生在實(shí)際工作中，提出教學(xué)軟件需求奠定理論基礎(chǔ)?？傊?jì)算思維主要講授算法類問題求解框架-問題與數(shù)學(xué)建模、算法策略設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)以及算法復(fù)雜性與正確性，還將以案例形式介紹由問題到環(huán)境，再到受限資源約束下的問題求解算法，以及難解性問題、計(jì)算和算法之間的關(guān)系等。通過三個(gè)階段教師的知識傳授，學(xué)生不僅接受學(xué)習(xí)內(nèi)容，還可以將知識內(nèi)化為本領(lǐng)，從而提高計(jì)算思維、智慧與能力。

4 總結(jié)

計(jì)算機(jī)成為現(xiàn)代教育不可缺少的工具，是傳播計(jì)算思維的工具。而計(jì)算思維應(yīng)從小培養(yǎng)，所以應(yīng)培養(yǎng)新一代教師的計(jì)算思維能力。讓教師把計(jì)算思維教育融合到自己的理論課和實(shí)踐課中，充分發(fā)揮教師主導(dǎo)作用。本文圍繞計(jì)算思維進(jìn)行構(gòu)建師范類計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系，制定相應(yīng)培養(yǎng)計(jì)劃，從而提高師范類學(xué)生計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)興趣以及計(jì)算思維能力。完成從能力培養(yǎng)到思維培養(yǎng)的新的改革任務(wù)，更好地實(shí)現(xiàn)專業(yè)化和信息化相融合的模式，提升未來社會對于計(jì)算機(jī)的理解和應(yīng)用的整體水平。進(jìn)一步指出計(jì)算機(jī)課程重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)文化素養(yǎng)、應(yīng)用計(jì)算機(jī)和用計(jì)算思維解決實(shí)際問題的基本能力，在于潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生對復(fù)雜事物進(jìn)行抽樣和分解的能力，使學(xué)生能夠?qū)?fù)雜問題歸納推導(dǎo)至他們熟悉的簡單問題上。

[1]耿國華.以計(jì)算思維為指導(dǎo)提升大學(xué)文科計(jì)算機(jī)教學(xué)質(zhì)量[J].中國大學(xué)教學(xué),2013(10):12-15.

[2]焦純,盧虹冰,等.面向計(jì)算思維培養(yǎng)的醫(yī)藥院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革研究[J].中國大學(xué)教學(xué),2013(8):41-43.

[3]周丹，李春若,等.高職院校非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生計(jì)算思維的現(xiàn)狀和培養(yǎng)策略[J].電腦編程技巧與維護(hù),2012(16):157-158.

The computer course system of teachers and the cultivation of the computational thinking

Zhao Meili1，Niu Xiaofeng2

(1.Chuzhou City Vocational College,Anhui Chuzhou 239000,China;2.Taiyuan University of technology,Shanxi Taiyuan 030000,China)

For primary and middle school students are common problem solving thinking in my mind is not flexible, with the phenomenon, and now on the computer course cognitive level analysis, put forward for the purpose of computing thinking basic computer course system of teachers. Strive to cultivate a batch of computational thinking ability, and have the ability to develop students' consciousness of computational thinking of teachers.

Computational Thinking ; course system；thinking；teacher

2016-02-24

2014年安徽省質(zhì)量工程教學(xué)研究項(xiàng)目：“藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)‘五維一體’式計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)教學(xué)體系研究”(項(xiàng)目編號：2014jyxm520)。

趙美利(1981-)，女，山東肥城人，講師、碩士。主要研究方向：計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)、程序設(shè)計(jì)等專業(yè)課程的教學(xué)。

G658.3

A

1673-6125(2016)01-0078-03