計算思維引導下的計算機基礎教學方法探討

劉亞輝 周長勝 李桂芝

摘 要：針對大學計算機基礎教學中存在的狹義的技能培養、教學層次與專業導向不分明以及課程設置缺少延續性等問題，對現有教學模式、教學方法與課程設置情況進行了探討。提出以計算思維思想為指導，培養思維方法為教學目標，提高學生用計算機解決問題的能力的解決方案。結合教學實踐，對有專業差異化的計算思維教學方法進行了論述。

關鍵詞：大學計算機基礎；計算思維；教學改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1002-2589（2014）24-0224-02

引言

隨著計算機技術的普及，計算機基礎知識已經滲透到各行各業，這對計算機基礎教學提出了更高的要求。當前，對非計算機專業學生，通過計算機基礎知識的學習，學生對常用軟件的操作基本都能掌握，但由于對計算機思想與理論學習欠缺，致使使用計算機進行應用創新能力不足。如何使學生學會將問題轉化成能夠用計算機解決的形式，需要進行計算思維能力的培養?？▋然?？梅隆大學周以真教授指出計算思維[1]是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統和理解人類的行為。是從具體的算法設計規范入手，通過算法過程的構造與實施來解決給定問題的一種思維方法。此后，九校聯盟[2]中指出計算機基礎課程重在計算思維的培養，即基于計算環境與約束的問題求解。并在《九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》中，達成四點共識：

（1）計算機基礎教學是培養大學生綜合素質和創新能力不可或缺的重要環節，是培養復合型創新人才的重要組成部分；（2）要把“計算機思維能力的培養”作為計算機基礎教學的核心任務；（3）進一步確立計算機基礎教學的基礎地位，加強隊伍和機制建設；（4）加強以計算思維能力培養為核心的計算機基礎教學課程體系和教學內容的研究。

教指委《關于申報大學計算機課程改革項目的通知》中指出，大學計算機的教學總體目標要求是“普及計算機文化，培養專業應用能力，訓練計算思維能力”[3]。結合計算思維的教學理念，反思目前大學計算機基礎教學，不難看出還存在以下問題[3][4]：

第一，《大學計算機基礎課程》作為大學第一門計算機類課程，其教學知識點，部分學生在初、高中已修過相關課程并掌握，致使該課程的教學內容與課程設置的合理性、必要性問題上存在爭議。

第二，《大學計算機基礎課程》教學中以培養學生計算機操作技能為目標的教學目的過于狹隘。有些觀點認為計算機基礎課程主要是讓學生學會計算機的基本操作、學會使用一些工具軟件。

第三，學生掌握計算機應用技術方面表現出良好的接受能力，但是對于計算機技術發展的思想和理論知識匱乏，習慣使用已有的技術手段，而不是采用科學的思維方式尋求問題的解決方案，這也是學生普遍缺少創新性思維的問題所在。

第四，不同專業對《大學計算機基礎課程》的知識結構與應用類型要求是有差異的。而現存大學計算機基礎課程的教學體系、教學模式與教學手段對學生計算機水平的參差不齊的教學層次劃分不明顯；體現專業應用需求方向上還缺乏明確的導向。

因此，拓展教學思維、明確教學目標，完善從中等教育到高等教育的過渡，是教學改革中值得思考的一個環節；大學計算機基礎知識培養應該對計算機科學的思維形式有更深入的理解，逐步從狹義的“技能培養”向“能力培養”轉化；針對專業差異，完善不同層次的計算機基礎課程建設是教學改革中需要考慮的一個方面。在有限的學時內，針對不同類型的學校和專業，制定有相應特色的教學計劃、改進教學方法，以教學思維指導思想組織教學的內容是必要的。本文從不同層次的培養目標、不同專業應用需求角度出發，深入探討大學計算機基礎課程建設的問題。

一、我校大學計算機基礎課程現狀

目前，除少數計算機專業外，我校對大一非計算機專業學生的授課內容主要是《大學計算機基礎》+《C語言程序設計》，少數專業開設《VB語言程序設計》。其中，《大學計算機基礎》是高等教育階段面向非計算機專業新生開設的第一門計算機課程，目前的教學目標主要是注重計算機實踐能力的培養，使大學畢業生能夠熟練掌握計算機操作技能，應用計算機解決本專業問題，畢業后適應社會工作的需要。學時為32學時，其中，授課18學時，上機14學時。而《C語言程序設計》的教學目標是使學生理解與掌握結構化程序設計的基本思想及基本概念，基本掌握使用C語言進行結構化編程的方法及過程，針對專業不同，分別開設72學時、64學時與48學時《C語言程序設計》課程。大一、大二開設的計算機基礎課程，在教學內容與課程設置中還存在以下問題：

1.盡管大多數學生順利通過大學階段的計算機基礎課程考核，卻難以適應工作、學習中對計算機技能的需求。在教學內容設計上忽略了專業差異，內容繁雜。期末考核主要是對office操作進行考核，而在教學中，office內容卻不作為重點內容講解，存在“考教不一致，重點不突出”的不足。

2.根據我校專業設置情況，不同專業對計算機基礎課程的知識結構與應用類型要求是有差異的。而目前計算機基礎課程的設置，針對專業特色的教學內容不能體現差別。傳統的《大學計算機基礎》+《C語言程序設計》的計算機基礎課程設置過于單一，在知識分層與體現專業應用需求方向上還缺乏明確的導向。

3.大學計算機基礎學科授課內容的局限性使得知識更新落后于新技術的發展，同時現存教學體系、教學模式、教學手段對學生計算機水平的參差不齊的教學層次劃分不明顯，所謂的因材施教仍是需要大力度、實質性的改革。

4.計算機基礎教學還缺乏一定的連貫性。學生在大一學習的計算機相關課程，由于在后續課程中較少用到相關知識或不再接觸計算機課程，畢業后在實際應用時，不能得心應手。

二、大學計算機基礎課程改革探討

在計算思維能力的教學培養方法上，目前還處于探討與試點實踐階段。文獻[2]提倡對教學內容按計算思維的指導理念重新組織；突出思維訓練的相關知識點；通過問題引導、專題研討等方法提高教學效果。文獻[5][6]指出教學內容通過算法的基本概念、設計方法、算法分析與典型算法；程序設計的結構、語法語義、計算機的硬件、軟件課程與編程語言進行滲透。

計算思維的教學需要建立合理的計算機教學課程體系與知識結構；在教學中注重問題的算法描述，將問題轉變為可以用計算機處理的模式；在課程設置中，針對專業差異與培養目標，設置有一定針對性的計算機課程?？梢詮囊韵聨c考慮：

1.針對文理科學生實施分階段、分層次、側重點差異化教學。對理工科學生加強程序設計算法教學，這部分內容在先前的程序設計教學中已經存在，需要從無意識向有意識的教學轉變，強調用計算機解決問題的思維方式；

2.對于文科學生，除了講解計算機基本原理、基礎的編程算法外，還可以適當增加辦公軟件的高級應用。例如：高級層講授內容可以涉及：word的版面編排設計、excel的數據管理與分析、PPT的高級應用以及office的VBA宏及應用等。

3.計算思維的教學內容主要涉及：計算思維和計算理論、算法基礎和通用語言、計算機硬件與軟件技術等。如：計算機的存儲原理、圖靈機、計算復雜度以及常用算法與程序等。

4.針對課程開設的延續性問題，采用“1+X”教學改革方案。有的非計算機專業學生在大一學習的計算機相關課程，由于在后續課程中較少用到相關知識或不再接觸計算機課程，以致不能滿足就業時對計算機能力應用的需要。對學生可以開設計算智能類選修課程，讓學生能夠在現有的高中數學基礎上，利用《模式識別》、《神經網絡》等知識，讓學生初步了解計算機怎樣實現對不同的物品分類；怎樣實現對不同的形狀分類，了解計算機怎樣代替人腦進行思考，還可以用MATLAB軟件進行仿真演示，這為理工科學生后續專業課程的學習起到很好的啟蒙作用。

三、結束語

本文以計算思維思想為指導探討了大學計算機基礎教學中的教學內容與課程設置等問題。針對我校目前課程教學與設置中存在的不足，提出當面向不同的非計算機專業開設時，教學內容應分層次、分階段設計，并側重于考慮與專業特色相結合。理工科應該突出培養用計算機分析、解決實際問題的思維能力。同時，提出采用“1+X”的教學思想，使得計算機教學具有良好的延續性，將相關教學內容相承和滲透，課程間相互銜接，，進而獲得計算機基礎課程體系的整體優化與提高。

參考文獻：

[1]周以真.計算思維[J].中國計算機學會通訊，2007，3（11）：83-85.

[2]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.

[3]教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會.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，2009：24-26.

[4]王曉勇，方躍峰等.以專業應用為導向的計算機基礎課程教學改革與實踐[J].中國大學教學，2011（7）：39-42.

[5]何欽銘，陸漢權，馮博琴.計算機基礎教學的核心任務是計算思維能力的培養[J].中國大學教學，2010（9）：5-9.

[6]陳國良.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.

Discussion on Computer Fundamentals Guided by Computational Thinking

LIU Ya-hui， ZHOU Chang-sheng， LI Gui-zhi

（Computer Center， Beijing Information Science and Technology University， Beijing 100192，China）

Abstract： There exist some problems during the teaching of computer fundamentals， such as narrowly skill training， lacking in continuity etc. In addition， teaching levels and furtherance arent obviously related to specialty. Present teaching modes， teaching method and course offering are discussed. A solution is put forward， which is for the purpose of cultivating thinking method， improving students abilities of solving problems guided by computational thinking. Meanwhile， method is described according to the major difference， which is combined with teaching experience.

Key words： Computational Thinking， Computer Fundamentals， teaching reform