大學計算機基礎課程教學方法改革探索

魯紅英

(成都理工大學信息科學與技術學院,四川成都610059)

大學計算機基礎課程教學方法改革探索

魯紅英

(成都理工大學信息科學與技術學院,四川成都610059)

大學計算機基礎課程是高校非計算機專業的一門必修課程，授課內容多，教學課時少，知識覆蓋面廣.為了激發學生自主學習的積極性，提升學生分析問題、解決問題的能力和實踐動手能力，在大學計算機基礎課程教學過程中，采用有利于引導和培養學生計算思維的教學方法顯得尤為必要.

計算機基礎；課程；教學方法；計算思維

0 引言

隨著云計算、互聯網和移動通訊等新技術的迅速發展，大學計算機基礎課程的教學目標、教學要求、教學內容、教學方法等越來越倍受教學管理部門和教育工作者的重視.但我們也應對當前大學計算機基礎課程教學面臨的形勢和任務以及教學過程中存在問題要有一個清醒的認識.如何搞好非計算機專業計算機基礎課程的教學工作，著力培養信息素養高，獨立自主學習能力、分析問題和解決問題能力、實踐動手能力強的學生是擺在教育工作者面前的重要工作.在多年的課程教學實踐中，筆者以為，在大學計算機基礎課程教學中，引導和培養學生計算思維的教學方法尤為重要.現從大學計算機基礎課程面臨的形勢和任務、教學過程中存在的問題、培養學生計算思維的重要性，以及授課過程中引導和培養學生計算思維的一些做法分別予以闡述.

1 大學計算機基礎課程教學面臨的形勢和任務

進入21世紀，當我們重新審視大學計算機基礎課程時，其知識能力、社會需求、信息化進程等方面都發生了許多變化.一是隨著中小學學生信息技術教育的普及，大學生對計算機基礎知識已有較好的認知和了解；二是用人單位對大學生的計算機應用能力要求更高更具體；三是計算機技術與專業課的教學深度融合，各專業對學生需要具備的計算機應用能力有更加明確和具體的要求；四是信息技術的迅猛發展，教育信息化的進程不斷加速，對課程本身的改革和發展帶來了巨大挑戰.

在高等院校中開設“大學計算機基礎”的一個重要目的是拓展大學生的思維和視野，通過比較全面、概括性地講述計算機學科中的一些基礎性知識和重要概念，并通過必要的實踐教學環節，達到教學目標的要求，使學生較為深入地了解計算機的硬件結構與組成原理、操作系統的功能與其中一些重要概念、程序設計、計算機網絡、數據庫、多媒體等技術的應用領域、基本概念和相關技術，掌握計算機基本應用技能.[1]通過大學計算基礎課程的學習，大學生應具備自主學習后續課程的能力，并在其所學專業課程學習中能夠有意識地利用計算機科學中的一些理念、技術和方法來處理計算機應用中可能出現的問題.

2 大學計算機基礎課程教學存在的問題分析

計算機基礎課程是高等教育中必不可少的基礎教學內容，而目前高校非計算機專業的大學計算機基礎教學仍存在很多問題，主要表現在：

2.1 狹隘的“工具論”認識問題

在高校中還存在認為“計算機基礎教學就是教學生怎么將計算機作為工具使用”的認識，這樣使學生對計算學科的認識淡化，無助于計算技術中最重要的核心思想與方法的掌握.[2]

2.2 教學陷入“應試教學”的困境

計算機基礎教學過程中，部分高校一味追求等級考試合格率，使得教學圍繞考試轉，學生計算機應用水平卻不高.[3]

2.3 教學內容前沿性和時代性不強

計算機軟硬件技術更新快，授課內容不能緊跟技術更新步伐，讓學生學會使用計算思維的基本方法解決問題顯得更加重要和緊迫.[4]

2.4 教學效果評價模式單一

多數高校仍采用閉卷考試的方式來測試學生掌握知識的程度，以學生分數高低來判定教學效果.這樣的教學效果評價方式顯然與培養學生的獨立自學能力、分析和解決問題的能力、創新能力、實踐動手能力等目標不相適應.

2.5 理論與實踐之間脫節

部分高校大學計算機基礎課程定位不夠準確，課程目標與人才培養目標結合度較低，沒有形成針對各類專業學生培養的科學課程實踐體系，實踐課程與理論課程之間沒有形成有機整體.

3 深刻認識在大學計算機基礎課程教學中培養學生計算思維的重要性

計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計，以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動.[5]計算思維概念的提出是計算機學科發展的自然產物，不僅反映了計算以及計算機科學在當前社會中重要作用的新認識，也反映了計算機學科的本質特征和核心方法.

從當前高校非計算機專業的計算機課程教學效果來看，學生在掌握計算機技術方面的能力較強，但相對比較缺乏的是了解影響計算機技術發展背后的思想和理論，使得學生在解決具體問題的思路上習慣于沿用已有方法而不是采用科學的思維方式來理解問題、尋求解決問題的方案，這就造成在計算機應用方面缺少原創性成果，很多領域都是跟著國外的技術發展路線走，創新意識不足，缺乏引領先進技術更新發展潮流的能力.

因此，在大學計算機基礎課程教學過程中，培養學生的計算思維首先必須要轉變教學理念和觀念.一是讓學生學會從演化的角度，而不是靜止的角度來看待問題和分析問題；二是讓學生認識到理解一門技術比學會一門技術更重要；三是引導學生解決具體問題時，從實質和全局上來把握問題的關鍵，而不是就事論事的尋求表面解決問題的方案；四是在使用計算機解決問題時，要習慣于采取資源受約束條件下的解決方案，而不是一般的統而化之、不講成本、不顧環境、不考慮用戶體驗的解決問題方式.[6]

4 基于計算思維的大學計算機基礎課程教學方法改革

4.1 架構科學合理的課程體系是培養學生計算思維的首要任務

教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會制定的《計算機基礎教學基本要求》明確提出了計算機基礎教學課程體系.大學計算機基礎課程一般由“大學計算機基礎”、“算法與程序設計”、“計算機系統類課程(軟/硬件基礎)”，以及“信息處理與應用基礎”等若干課程內容組成.其中，大學第一門計算機基礎課程是計算思維培養的一個關鍵.構建以計算思維為核心的課程內容，應做到：一是計算思維基礎知識，包括科學發現的三大支柱，計算學科的興起，計算學科的作用；什么是計算科學；什么是計算機科學；什么是計算思維；計算思維對其他學科的影響.二是計算理論，包括可計算問題 、停機問題、計算復雜性、存儲程序計算機、計算機基本組成原理和非傳統計算模型.三是算法基礎，包括算法的基本概念、算法的設計方法、算法的分析、基本算法介紹.四是程序設計語言，包括程序設計的結構問題；語言的語法和語義；低級程序設計語言，高級程序設計語言.五是計算機硬件基礎，包括數制與運算，布爾邏輯與門電路，計算機組成，指令系統及執行，計算機體系結構，組網與因特網.六是計算機基礎軟件，包括操作系統，軟件工程，數據庫系統，人工智能.在構建計算思維的教學體系過程中，需要解決計算思維的基本內容如何表達，相關知識內容及其之間的關系.這些知識通過一堂一堂的課程給學生進行講授，使得學生在持續的學習過程中，逐步理解和掌握計算思維的一些基本內容和方法.[8]

4.2 分層次教學和知識單元教學相結合是培養學生計算思維的基礎

大學計算機基礎課程教學應采取分層次和知識單元教學相結合的方式進行.分層次教學就是要根據學生已經掌握計算機的程度進行分類,不同的專業有不同的要求，需要培養出不同層次的計算機應用人才.將計算機基礎教學體系分為三個層次，即計算機文化基礎、計算機技術基礎和計算機應用基礎.知識單元教學是指將大學計算機基礎教學內容分解為若干個知識單元, 知識單元內容的選擇既要兼顧目前計算機應用和等級考試的需要, 不斷地補充新內容, 淘汰一些陳舊的內容, 使學生畢業后能夠迅速適應社會對大學生的要求.學生可以根據自己的基礎情況、興趣和需要, 選擇幾個單元學習.通過分層次教學與知識單元教學相結合，設計出不同的講授內容，把有關計算思維的相關思維特征和方法分解到每一個具體的講授內容，同時要考慮對于具體的內容，講什么、怎么講、如何檢查學習效果等.

4.3 大學計算機基礎課程教學優秀教學團隊是培養學生計算思維的保證

建立一支優秀的大學計算機基礎課程教學團隊是是大學計算機基礎課程建設與改革成功的關鍵.為了建設好一支優秀的師資隊伍，我們可以采取如下途徑：一是派青年教師到國內外知名IT企業實踐，拓展教師的視野，提高教師的業務水平；二是出臺優惠政策吸引高素質計算機學科人才，充實大學計算機基礎課程教學隊伍；三是建立教師隊伍“傳、幫、帶”機制，讓優秀且具有豐富教學經驗的教師作為青年教師的指導教師，幫助其提高教學水平；四是積極倡導從事計算機基礎課程教學的教師參與科學研究，以科研促進教學.

4.4 制作經典教學案例是培養學生計算思維的重要手段

經典的教學案例不僅可以培養學生啟發思維和計算機應用能力，還能夠讓學生更好地探究推動這些技術發展背后的原因和動力.在大學計算機基礎課程教學中，計算思維的一些重要特征被分散到不同的知識單元部分.下面就列舉一個EXCEL電子表格中“求平均分公式運用”(數據如表1所示)知識點的講解案例，旨在說明推進大學計算機基礎教學中引導和培養學生計算思維的教學方法改革工作.

表1 學生成績表

4.4.1 利用傳統方法求解

傳統教授學生的操作方法一般有四種途徑：

1)利用工具及菜單操作完成.第一步，將光標定位于單元格F2中；第二步，在公式對話框中，選擇“求平均值”；第三步，選擇所求單元格數據區域并回車(計算出陳七同學的平均分)；第四步，利用EXCEL的自動填充功能完成所有同學平均分的計算.

2)使用函數平均值函數average()完成.在單元格F2中鍵入公式：=average(b2:e2)即可完成陳七同學平均分的計算，再利用EXCELE自動填充功能完成所有同學平均分的計算.

3)創建一個公式完成.在單元格F2中鍵入公式：=(b2+c2+d2+e2)/4(或=sum(b2:e2)/4)即可完成陳七同學平均分的計算，再利用EXCELE自動填充功能完成所有同學平均分的計算.

4)創建一個公式完成.在單元格F2中鍵入公式： =(89+93+90+85)/4可完成陳七同學平均分的計算，但是不能使用EXCEL的自動填充功能完成其余同學的平均分的計算.

知識擴展：怎么計算每門課程的平均分？怎么計算所有學生的數學和計算機的平均分？為什么第四種方法不能有效計算每個同學的平均分呢？

4.4.2 采用計算思維的方法求解

如何引導和培養學生利用計算思維來完成所有同學的平均分計算呢？實際上就是讓學生去思考：計算機是如何計算的？計算過程如何理解？在教學過程中，我們可以按照下面的計算思維去引導學生完成計算.

將所有學生的每門課程成績放在一個行列式AVE中，表示如下：

第一步：將行列式中所有數據存儲在一個二維數組AVE(8,5)中.其中二維數組的第5列用于存儲平均分.

第二步：引導學生完成第一個學生的平均成績，即是AVE(1,5)=(AVE(1,1)+AVE(1,2)+AVE(1,3)+AVE(1,4))/4,依此類推得到第二個學生的平均成績，第三個，…直到最后一個學生的平均成績計算完成.

第三步：講解計算機執行過程的流程圖(如圖1)，使學生更好的理解計算過程.采用計算思維的方法求解，主要是在解決問題的過程中體現其中包含的計算方法，從而有助于培養學生的計算思維，讓學生知其然，更知其所以然.

圖1 計算機執行過程流程圖

5 結論

隨著計算機技術與應用的蓬勃發展，大學計算機基礎教學的要求更高、任務更加具體，大學計算機基礎課程教學方法改革是一個擺在我們面前的重要課題.在大學計算機基礎教學中引入計算思維的教學方法，既是提高大學生信息素養的需要，更是培養創新型人才的需要.

[1] 李 廉. 以計算思維培養為導向 深化大學計算機課程改革[J].中國大學教學，2013(4)：7-11.

[2] 教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會.關于進一步加強高等學校計算機基礎教學的意見暨計算機基礎課程教學基本要求(試行)[M].北京：高等教育出版社，2006：36.

[3] 龔沛曾，楊志強.大學計算機基礎教學中的計算思維培養[J].中國大學教學，2012(5)：51-54.

[4] 趙志敏.高校計算機基礎教育現狀與發展對策研究—以德州學院為例[D].濟南：山東師范大學碩士學位論文,2008：17.

[5] (美)周以真.計算思維[J].徐韻文，王飛躍，譯. 中國計算機學會通訊，2007(11)：77-79.

[6] 馮博琴.對于計算思維能力培養“落地”問題的探討[J].中國大學教學，2012(9)：6-9.

[7] 陳國良,董榮勝.計算思維與大學計算機基礎教育[J].中國大學教學，2011(1)：7-11.

[責任編輯 鄧 杰]

Research on the Pedagogy Reform of College Computer

LU Hong-ying

(Information Science and Technology College of Chengdu Technology University 610059, China)

College computer basic course is the first compulsory course for non-computer majors in Colleges and Universities, and its content is rich but teaching time is less besides its wide coverage of knowledge. In order to stimulate the students' enthusiasm, to improve the students' ability to analyze and solve problems and practice, it is necessary to train students' thinking in the process of teaching.

college computer course; teaching method; computational thinking

2013-10-18

成都理工大學2013-2016年高等教育人才培養質量和教學改革項目(13JGY64)

魯紅英(1974—)，女，重慶江津人.副教授，主要從事計算機教學與研究.

G642

A

1674-5248(2014)02-0114-04