大學計算機基礎教學中計算思維的培養途徑

摘要：從幾個側面思考和探究在大學計算機基礎教學中培養學生計算思維的途徑，提出通過整合教學內容，將不同的知識點歸納為不同的知識單元；通過實驗教學，提升學生運用計算思維處理問題的能力。

關鍵詞：計算思維；計算機基礎教學；核心任務

作為大學計算機基礎教學的核心任務，培養學生計算思維已成為引領計算機基礎教學健康發展的航標。因此探索出一套培養學生計算思維的有效方法和途徑，對于進一步落實核心任務，提升學生處理問題（特別是解決各種專業問題）的能力，以及創新人才的培養都將產生重大而深遠的影響。

1.大學計算機基礎教學目標及現狀

在教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會頒布的《關于進一步加強高等學校計算機基礎教學的意見》中明確指出：大學計算機基礎課程的目標是“使學生在各自的專業中能夠有意識地借鑒、引入計算機科學中的一些概念、技術和方法……利用計算機認識并處理計算機應用中可能出現的問題”。然而在具體實施過程中，由于學科、專業存在差異以及人們認識上的偏差，在大學計算機基礎教學中暴露出很多問題。例如，在教學中，仍以介紹技能性的知識、原理和結論為主，內容多是晦澀的符號、表達式以及抽象難懂的定義。沒有按照專業的不同需求分類分層組織教學，這就導致一方面學生學習積極性不夠、求知興趣下降；另一方面，學生又缺乏運用計算機知識和技術處理各種實際問題的能力。究其原因在于，在計算機基礎教學中忽視了對學生思維意識、發現和處理問題能力的培養和訓練。因此，積極探索在計算機基礎教學中計算思維的培養途徑，全面展示計算機學科獨有的思維魅力已迫在眉睫。

2.計算思維的提出

2006年，美國卡內基·梅隆大學計算機科學系主任周以真教授在美國計算機權威期刊Communication of the ACM撰文提出計算思維概念。她指出：“計算思維就是運用計算機科學的基本概念進行問題求解、系統設計以及人類行為理解等，它涵蓋了計算機科學廣度的一系列思維活動”。周教授認為：計算思維是人類求解問題的一條有效途徑，是人人必須具備的一種基本能力，其本質是抽象和自動化。研究這些內涵對于教師盡快將計算思維融人到計算機基礎教學中，培養學生計算思維意識、掌握處理問題的方法以及提升運用計算機基本思想處理實際問題的能力都有十分重要的意義。為此，在《九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》中，第一次把培養計算思維能力作為計算機基礎教學的一項重要的、長期和復雜的核心任務。

3.培養學生計算思維的有效途徑

為了在大學計算機基礎教學中培養學生的計算思維能力，落實核心任務，筆者認為首先應全面深入理解計算思維的本質和內涵；其次應積極探索計算思維的培養途徑，引導學生最終將計算思維有效運用于各種實際問題的處理中。

3.1重點突出計算思維意識的培養

大學計算機基礎課程是計算思維培養的重要平臺，對于學生從萌生到逐步認識和掌握計算思維發揮著重要的作用。為強化計算思維的培養，結合各校及我校計算機基礎教學現狀，我們嘗試以整合教學內容、改進教學方法等作為突破點組織教學。首先在教學內容的選取上，將不同的知識點歸納為不同的知識單元，并系統梳理各單元所蘊含的可見、可實現思維；其次，改變或摒棄傳統的教學方法，從可行性、確定性角度以各知識單元為線索，重點講解知識內部蘊含的思維以及實現具體操作所運用的思維思想，著重培養學生的思維方式，逐步實現由知識傳授向基于知識的思維培養過渡。如在講解數據結構知識時，以描述數據的兩種存儲結構為線索，講解具有線性、樹型結構的數據在實現實時存儲以及實現對二叉樹數據的遍歷口’所運用的思維；再如在講授操作系統中進程、線程等知識時，可以一個程序執行過程為例，借助多媒體技術或圖示形式闡述系統在不同時間段內所完成的不同操作（通過進程實現）以及不同進程的切換（通過線程實現），通過此舉不僅可幫助學生對進程和線程等重點知識有所認識，更為重要的是掌握了研習這些知識所應具備的思維方式，了解這種處理技術所采用的思維方法。

3.2著力培養學生將計算思維運用于專業實踐的意識

對于非計算機專業的學生而言，研習大學計算機基礎課程的目的在于探尋計算機科學和專業應用的結合點，并能運用計算思維及計算機技術開拓性地解決各種專業問題。本著這一宗旨和原則，在教學中教師可選擇一些既能反映計算思維處理思想又能體現各專業普遍需要的典型案例，通過對這些案例所運用的可見思維的講授，引導學生逐步建立將計算思維思想運用于專業實踐的意識。如：在講解網絡知識時，可運用關注點分離（SOC）法將教學重點定位到網絡的組成及應用等知識點上，集中探討和學習3種常見網絡的連接及各種應用實例。由于連接范圍、連接方式以及應用的不同，自然就涉及各種網絡協議的使用以及這些協議所運用的思維。通過這些內容的系統講解，不僅使學生掌握了網絡的基本知識及所蘊含的思維，更能拓展他們的思維空間，激發學生將這種思維運用于專業實際的強烈欲望并能實地探索各種實現方法。

3.3通過實驗教學，不斷提升運用計算思維處理問題的綜合能力

作為大學計算機基礎教學的重要組成部分，實驗教學在培養學生綜合運用計算思維及計算機技術處理問題的能力等方面發揮著越來越重要的作用。因此，必須破除實驗教學依附于理論教學的傳統思想，樹立實驗教學與理論教學相互統籌協調的現代教學理念，充分有效地利用這一平臺，逐步提升學生運用計算思維處理問題的綜合能力。

首先，在基礎規范性試驗中全面體現計算思維思想，這類實驗通常用于幫助學生通過具體操作驗證基本知識點。可在現有內容中增加基于知識的思維性內容，幫助學生從實踐中領悟計算思維在實驗教學中的引領作用。

其次，通過構造性試驗，有意識地培養學生運用抽象思維方式構建常用數學模型的方法，借此了解運用計算思維方法處理問題的過程（如：具體問題的提出→模型構造→結果的獲得）。

最后，為不斷培養和提升學生的創新意識及創新能力，應適當增加一些具有研究探索性的綜合實驗。該實驗在內容的取材上既要反映各學科對計算機技術的實際需要，又能涵蓋計算思維思想。同時實驗結果要具有一定的不確定性、實現手段要有多樣性。通過學生的親自參與和探索在更大范圍內拓展創新意識，增強動手操作能力、科學研究能力及創新能力。

3.4進一步整合和完善利于計算思維培養的教學資源平臺

為了給學生提供更多的有益于思維培養與能力拓展的空間，需進一步整合和完善教學資源。要充分利用現代信息技術及網絡技術的優勢，為學生營造一個便于自我發展和滿足個性需要的全新、開放型的學習環境，可將以往分散、無序、富于多樣性的各種教學資源科學有效地融合銜接起來，構成一個門類齊全、內容豐富、便于使用的教學支持體系，使之成為師生獲取知識及信息的重要來源、培養學生思維及拓展創新能力的舞臺。具體可通過構建結合專業需要的教學網站、教學資源共享平臺、精品課程平臺、各類學習支持系統等途徑實現。通過這些共享平臺可實現師生實時互動、實時交流，以此滿足師生的各種需求。這樣的平臺不僅利于學生個性化培養，更主要的是為學生認識事物本質及其發展規律、強化計算思維意識、提升處理問題的能力提供更為廣闊的發展空間。

3.5積極實施有效的考核形式及結果評定方法

經過多年的教學實踐和探索，大學計算機基礎課程的考核形式已基本實現了機考或機考+筆試。從考核內容或效果來看基本達到了教學大綱所規定的要求，它對于學生計算機應用能力的提升及推動教學改革都起到了積極的作用。然而，為進一步落實核心任務以及適應創新人才培養戰略的需要，有必要在現有格局的基礎上進一步完善和充實這種考核方式。

1）改革和完善考核內容。

目前大部分機考是圍繞著單選、填空、實際操作和打字等題型安排內容，這些題型在以往考核中發揮了重要作用，但也暴露出一些問題。如：知識面比較狹窄、過于機械、反映的思維有限等弊端。針對這些問題，我們作了以下的探索和嘗試。

其一，將單選題拓展為多選題，或增加多選題的比重，這樣既有利于對知識的全面考察，還可為學生提供更為寬廣的思維空間。通過大量蘊含益于思維培養的考題進一步幫助和帶動學生對計算機知識的系統掌握；其二，針對填空題型，將考核重點逐漸定位到思維與知識的結合點上，以涵蓋思維的知識點作為問題提出，以處理問題所運用的思維作為填充內容，以此構成知識與思維的完美組合。此外，對于綜合操作題型的內容，可在涵蓋知識點的基礎上向更能體現思維且與專業應用相結合的方向傾斜，如：針對管理類專業而言，可以綜合操作題的形式考核學生運用所學知識管理一個微小企業的設計思想，回答問題方式可以文字和動畫的形式。

2）采用科學方法評定考核結果。

目前的考核結果普遍綜合了期末考核結果、學生出勤情況以及作業實驗的完成情況，這種認定方式相對簡單，選定的范圍有限，加之具有一定的隨機性，無法全面反映學生的學習效果。為此，可考慮增加大作業在最終成績中的份額。大作業是在學習一個（或幾個）知識單元后由教師根據教學進展和需要為學生布置并要求其在指定的時間內完成的一項任務，如完成一個運用Office中組件和網絡等功能編輯一份圖文并茂的電子郵件并發送的作業，教師可根據作業的完成情況，實時監測每位學生對于這些內容的掌握程度及效果。大作業在內容上應充分體現計算思維思想，在運作上要反映出計算思維的處理方法，在效能上應盡量滿足不同學科的實際需要。因此，若以合適的比例將學生獨立或合作完成的大作業作為最終考核結果的一部分的話，必將能夠帶動學生主動參與教學、積極有效思維的積極性。

（編輯：郭田珍）