“大學計算機基礎”教學理念的變革：思維創新

摘? 要：在分析了國內“大學計算機基礎”課程改革形勢、授課對象的知識技能現狀、現有教師能力及教學內容與學生知識訴求差距的基礎上，本文從課程內容調整、師資能力提升、教學手段革新、教學切入點選擇等多個角度，探索了“如何進行計算思維教學改革，在什么范圍和程度上進行教學改革”等操作層面的落地問題。并自2013年秋季學期具體實施，通過總結經驗，分析不足，為“大學計算機基礎”課程的深化改革奠定了基礎。本文強調“以計算思維為切入點的大學計算機課程改革”不僅僅要更新教學內容，更需要變革任課教師的思維模式，只有不斷拓展教師的知識、技能、視野、能力，教學工作才能真正做到以學生為本。

關鍵詞：計算思維;管理模式創新;課程交叉;教學切入點

一、“大學計算機基礎”課程教學主流趨勢

提高大學生綜合素質與創新能力，是國家創新戰略對計算機基礎教學提出的重大要求。以此為契機，2010年，西安交通大學等9所高校推出《九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》^[1，2]，其核心議題是呼喚教育的轉型。2011年，陳國良院士撰文《計算思維與大學計算機基礎教育》，指出計算機基礎教學中“狹義工具論”的危害，闡述了計算思維和培養學生創新能力的重要性^[3]。

2012年，教育部啟動了“以計算思維為切入點的大學計算機課程改革項目”^[4]，專為一門課程的改革而設置了研究課題，足見“大學計算機基礎”課程存在的問題亟待解決。2013年5月，教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會在深圳發布了《計算思維教學改革宣言》，主旨有“必要性：為什么要推進以計算思維為切入點的教學改革;緊迫性：為什么要強調計算思維培養是當前教學改革的重點;系統性：如何進行計算思維教學改革;操作性：在什么范圍和程度上進行教學改革。”

石家莊鐵道大學于2013年5月在廣泛調研、研討后，統一思想，果斷對現有“大學計算機基礎”課程實施全方位變革。并以所承擔的“河北省二級學院綜合改革試點項目”為契機，確定了以“計算思維”為導向，以提升學生思維創新能力、強化教師業務素質和教學理念為改革目標，從系統層面和操作層面，就課程實施辦法、教師結構、教學內容、教學方式等具體細節，進行大膽的探索與嘗試。

二、“大學計算機基礎”課程的調查分析

1.授課對象的知識技能

目前，“大學計算機基礎”授課對象是1995年前后出生的一代，他們生活在信息技術高速發展的時代，絕大多數學生都有智能電子產品（如手機、IPad等），上網成為他們生活不可缺少的組成部分。

2013年秋季，在承擔“大學計算機基礎”教學改革課程的授課期間，通過問卷調查方法，收集了“90后”的學生對這門課程的一些看法。從問卷中選擇兩個代表性問題：“你會使用哪些軟件，喜歡哪類游戲”，“談談QQ、微博、微信對自己生活和學習的影響”。關于“你會使用哪些軟件，喜歡哪類游戲”問題，學生的回答引起了承擔“大學計算機基礎”課教師們的反思與自省;針對第二個問題“談談QQ、微博、微信對自己生活和學習的影響”，學生們的回復令我們很多老師不得不思考“自己與信息時代同步的能力是否有待加強”。

上述調查結果，反映了我校40%～60%學生的計算機技能情況。任課教師應當認識到：首先，授課對象（“90后”學生）的計算機技能已經發生本質的飛躍。他們基本掌握了傳統的“大學計算機基礎”課程體系所涉及的相關概念，對計算機新技術的了解高于現有傳統課程中的知識訓練點。其次，智能手機的普及，使得學生們在信息獲取、應用等方面的能力迅速提升。通過自學，他們能夠駕馭服務于個人學習和生活的各種社交、游戲、娛樂類工具軟件。最后，有一部分學生已經初步掌握代碼編寫、平面設計、動畫制作、影音編輯等技巧。學生們的這些能力已遠遠超出了傳統“大學計算機基礎”課程的實驗內容。

2.課程內容及教師能力與學生需要的差距

“大學計算機基礎”是按照教指委提出的“1+X”課程方案，在學生入學第一學期開設的通識課。近幾年，省內很多高校的“大學計算機基礎”教學工作都存在以下問題。

（1）課堂教學內容缺乏對計算機知識闡述的系統性和連通性，忽視了對學生使用計算機解決領域問題的思維方法與能力的培養。

（2）實驗上機內容過分地強調常用文檔軟件的操作技能訓練，與學生在中學所學知識大面積重合，影響了學生學習的積極性。

（3）課程考核內容與河北省計算機等級考試綁定，學校把等級考試通過率作為任課教師的業績考核方式。這種以證代考模式，使得課程教學內容長期被認證考試束縛，無法及時吸取計算機領域的新知識、新技術和新理念。

（4）現有“大學計算機基礎”任課教師，由于長期從事基礎課、通識課的教學工作，絕大多數教師既不承擔計算機類專業課程，也不承擔科研課題，導致他們對計算機科學技術在專業領域的發展缺乏跟蹤。在知識、技能、教學模式、思維理念方面與“90后”學生的知識訴求逐步脫節，從而嚴重影響到學生創新思維能力的培養。

三、突出計算思維與創新能力的課程“變革”endprint

1.課程內容的調整

以“計算思維”為導向的“大學計算機基礎”教學，弱化對計算機操作技能的訓練，突出對計算科學的全方位展示，讓學生對計算機科學領域的知識和用途有相對完整的認識和了解，以便他們在今后自己專業中進行應用。本文以2013年開始設立的“大學計算機基礎——計算思維導論”為例，介紹課程內容調整情況。

（1）壓縮學時。原有“大學計算機基礎”課程總計48學時，其中理論占24學時、上機占24學時。課程內容調整后，總學時為32，其中理論仍保持24學時，上機壓縮為8學時。

（2）課程內容。調整后的課程內容由“計算思維基礎知識、計算理論與計算模型、算法基礎、程序設計語言、計算機硬件基礎、計算機軟件基礎、計算文化與計算機職業道德”七部分組成。課程考核用學生平時成績加上大作業成績方法。

（3）教材選擇。在24學時之內，如何講清楚上述課程內容，需要教師根據學生能力，對教材二次分解和開發。不能面面俱到，而是要善于總結，能夠駕馭教材的核心內容，能夠根據授課對象的基礎，對教材再次解釋與展開，同時應該具有自己的執教特色。2013年市場上以“計算思維”為導向的“大學計算機基礎”教材主要有：陳國良主編的《計算思維導論》^[5]，戰德臣主編的《大學計算機基礎——計算思維導論》^[6]。通過認真比較，最后選擇陳國良院士的《計算思維導論》為課本。

2.師資能力的提升

從教學工作的源頭——師資水平著手，加強師資建設，優化教學團隊，提升教師自身能力與教學理念。以課程管理和教學運行方式的不斷改革、優化，保障和推動思維創新。只有教師的知識學精學透，對“計算思維”的理解到位，才能處理好非計算機專業的“大學計算機基礎”課程“培養什么人、如何培養人”這一根本問題。

為了實現上述目標，采用了下述做法：

（1）管理模式創新。為了加強基礎課教師與專業課教師的融合、交流，對現有師資與課程條塊化分割管理模式實施改革創新。調整教學系室結構，倡導從事計算機基礎課程的教師進入專業系室，逐步融入專業教學，拓展自身知識結構、教育理念、思維方式、業務水平。通過管理模式的變革與創新，為教師創造換角色、換視角、換位思考的機會，使他們能夠在課程調整之后，駕馭教材、分解知識點的能力得到提升。逐步運用“計算思維”方式考慮課程內容的傳授與講解，使“大學計算機基礎課”的改革真正讓學生受益。

（2）各類課程交叉。鼓勵長期擔任專業課的教師，特別是專業系室主任主講“大學計算機基礎”通識課。這些具有廣闊的計算機專業知識背景的專業教師，根據自身對計算機科學領域的研究，對“計算思維”的解讀更接地氣。他們的授課得到非計算機專業學生的高度好評，使更多的學生受益，也提升了我校“大學計算機基礎”課程的整體教學水平，增加了師資的“實用效益”。編入專業系室的基礎課程任課教師，在承擔一到兩門專業課程的同時，參與專業實訓、畢業設計等工作，拓展他們專業能力和職業素養，從而以專業反哺基礎教學。

（3）定期教學研討。做好每個教學階段的經驗總結，注重資深教師、標兵、名師們治學思想和育人理念的傳承與弘揚，教學研討活動全年不斷線。

上述做法，不但提升了所有教師授課能力，而且增進了教師們彼此的理解，使他們逐漸成長為多面手。同時，消除了各專業之間，以及專業課與基礎課之間的門戶之見。經過一段時間的實踐運轉，教師的專業知識體系更加豐富，承擔基礎課程時游刃有余，而最大的受益者是學生。

3.教學手段的革新

相對于黑板、粉筆、講義這些傳統的教學工具，像IPad、智能手機等我們身邊常用的信息化工具，是否也能引入到我們的教學中呢？答案是肯定的。生活的信息化水平提升了，教學手段是否也跟著豐富些，很大程度取決于教師是否有變革的意識。

“大學計算機基礎”曾是最早使用多媒體授課技術的課程之一。在突出“計算思維”與模式創新的教學改革中，我們鼓勵采用“云資源+移動教學終端”技術架構教學。通過實驗云平臺與移動教學終端配合，任課教師隨時隨地可與學生進行交流互動，可以將各種形式的材料上傳到云平臺實現共享。授課不再受制于教室、辦公室、計算機的位置，拓展了“教與學”和師生互動的空間與時間。

4.教學切入點的選擇

在以“計算思維”為導向的“大學計算機基礎”教學中，應當注重學生思維方式的訓練。結合教學內容將計算思維融入學生的生活，選擇他們在現實生活中遇到的問題，作為描述和求解對象，作為“計算思維”教學為切入點，作為學生的思維方式條理化、解決問題方法科學化的訓練實例。這有助于讓學生充分理解計算科學的應用價值。

授課對象所學專業不同，其前期基礎及對知識的理解能力各不相同，教師在授課過程中需注意教學技巧。以2013年秋季我承擔的土木專業、外語專業學生混合班為例，給學生布置的作業不能拘泥于教學內容，特別是數學運算。用我們身邊熟悉的案例，要求學生寫出其處理算法的流程。其優勢在于：選擇學生身邊熟悉的事物，便于他們把司空見慣的事情，用“計算思維”的方法梳理出脈絡，明晰自己的解題思路，消除他們對計算機理論的距離感、陌生感和畏懼感。

我給出2013年秋季學期“大學計算機基礎”教學過程中的兩則案例，都取材于日常生活中，學生以此為內容撰寫的作業，體現了他們對計算思維的理解，供讀者分享。

作業一，鐵大品嘗美食流程圖，如下圖所示。

鐵大品嘗美食流程圖

作業二，應用窮舉法求解旅游過程中所需時間最少問題。旅游出發地：河北石家莊;目的地：湖南岳陽;路經城市：哈爾濱、北京、成都、西安（4個目標城市，每個城市停留1天）;乘車方式：火車（乘車時間按照所能選擇的最快抵達目的城市的乘車時間計算）。

根據實際情況可知共有四種不同的旅游路程：① 石家莊-哈爾濱-西安-成都-北京-岳陽;② 石家莊-成都-西安-哈爾濱-北京-岳陽;③ 石家莊-哈爾濱-北京-成都-西安-岳陽;④ 石家莊-成都-北京-哈爾濱-西安-岳陽。

應用窮舉法求解，即將四種情況分別列出后，計算各種情況所需時間，從而根據調查得到四種情況所需時間：路線①用時8.19天，路線②用時7.66天，路線③用時7.08天，路線④用時8.17天。于是得出結論，旅游路線③用時最短。

參考文獻：

[1] 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——“九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明”解讀[J]. 中國大學教學，2010（9）.

[2] 朱亞宗. 論計算思維——計算思維的科學定位、基本原理及創新路徑[J]. 計算機科學，2009（4）.

[3] 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）.

[4] 李廉. 計算思維——概念與挑戰[J]. 中國大學教學，2012（1）.

[5] 陳國良. 計算思維導論[M]. 北京：高等教育出版社，2012.

[6] 戰德臣. 大學計算機——計算思維導論[M]. 北京：電子工業出版社，2013.

[責任編輯：余大品]endprint