基于計(jì)算思維的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革的研究

楊麗

摘要：分析了大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的現(xiàn)狀，以計(jì)算思維為切入點(diǎn)，以培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)和可持續(xù)性發(fā)展的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力為目標(biāo)，針對(duì)目前大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程存在的問(wèn)題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式方面，提出基于計(jì)算思維的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革的具體方案。

關(guān)鍵詞：大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ);計(jì)算思維;教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2016）06-0116-02

引言：

近幾年，計(jì)算機(jī)課程教育領(lǐng)域關(guān)于非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)課程的建設(shè)開(kāi)展了積極的討論、研究和實(shí)踐，提出了與時(shí)俱進(jìn)且寶貴的指導(dǎo)意見(jiàn)，提出以計(jì)算思維作為進(jìn)行大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育和課程改革的出發(fā)點(diǎn)，培養(yǎng)大學(xué)生的信息素養(yǎng)和計(jì)算思維能力。自此大學(xué)計(jì)算機(jī)教育教學(xué)改革翻起了新的篇章。教育部高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)在計(jì)算思維教學(xué)改革宣言[1]中指出：以計(jì)算思維為導(dǎo)向的計(jì)算機(jī)教學(xué)改革，將在很大程度上提升中國(guó)大學(xué)生的思維水平和認(rèn)識(shí)境界，并以此提高整個(gè)社會(huì)對(duì)于現(xiàn)代技術(shù)的認(rèn)知和理解。

一、大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程現(xiàn)狀

自教指委要求面向非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)大學(xué)生開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程以來(lái)，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容基本圍繞計(jì)算機(jī)軟硬件知識(shí)、操作系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化軟件的使用及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本知識(shí)，采用課堂教學(xué)與上機(jī)操作相結(jié)合的教學(xué)方式開(kāi)展教學(xué)。這種純粹講知識(shí)、教操作的教學(xué)方法導(dǎo)致學(xué)生只會(huì)機(jī)械地使用計(jì)算機(jī)，僅僅掌握了操作能力，不具備計(jì)算思維和可持續(xù)發(fā)展的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，無(wú)法達(dá)到社會(huì)和各領(lǐng)域?qū)π畔⑷瞬诺囊蟆Ｍ瑫r(shí)，隨著計(jì)算機(jī)普及程度越來(lái)越高，信息技術(shù)知識(shí)和技能培養(yǎng)意識(shí)已在眾多中小學(xué)階段提前開(kāi)展，因此，大學(xué)生在入學(xué)前基本已掌握部分計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)和基本操作技能，因此，在大學(xué)計(jì)算基礎(chǔ)課程中，如果還是按部就班、一如既往地采用傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容，形式單一的教學(xué)和考核方法，很顯然已經(jīng)跟不上大學(xué)素質(zhì)和能力教育的步伐，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程改革勢(shì)在必行。

二、計(jì)算思維

計(jì)算思維（Computational Thinking）是2006年由美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真教授提出，計(jì)算思維是目前國(guó)際計(jì)算機(jī)教育界普遍關(guān)注的一個(gè)重要概念。周以真教授將計(jì)算思維[2]定義為：運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行求解問(wèn)題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類(lèi)行為的一系列思維活動(dòng)。

計(jì)算思維是一種綜合性分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，如遇到復(fù)雜的問(wèn)題能否通過(guò)約簡(jiǎn)、轉(zhuǎn)化、分解等方法，把復(fù)雜問(wèn)題分解成簡(jiǎn)單問(wèn)題來(lái)求解;當(dāng)面對(duì)一個(gè)問(wèn)題時(shí)，如何對(duì)其進(jìn)行建模，使其更容易實(shí)現(xiàn);計(jì)算思維還可以是按照預(yù)防、保護(hù)、冗余、容錯(cuò)、糾錯(cuò)的方式，來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù);在不確定情況下，利用規(guī)劃、學(xué)習(xí)和調(diào)度，啟發(fā)式推理來(lái)尋求解答。因此，計(jì)算思維是一種以高層次認(rèn)知水平為主導(dǎo)的綜合性思維能力。針對(duì)非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，龔沛曾教授等將計(jì)算思維培養(yǎng)細(xì)分為計(jì)算思維意識(shí)、方法和能力3個(gè)維度[3]。

三、基于計(jì)算思維的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程改革的方法

2010年7月，“九校聯(lián)盟會(huì)議”在“第六屆大學(xué)計(jì)算機(jī)課程報(bào)告論壇”中明確表示：引入計(jì)算機(jī)思維是大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)的“核心任務(wù)”。對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行詳細(xì)解讀，深入研究計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的契合點(diǎn)，分析計(jì)算思維在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中的體現(xiàn)方法與具體應(yīng)用，成為了目前大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)研究的關(guān)鍵。

教育部高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)在計(jì)算思維教學(xué)改革宣言中指出：以計(jì)算思維為導(dǎo)向的計(jì)算機(jī)教學(xué)改革，將在很大程度上提升中國(guó)大學(xué)生的思維水平和認(rèn)識(shí)境界，并以此提高整個(gè)社會(huì)對(duì)于現(xiàn)代技術(shù)的認(rèn)知和理解。

1.教學(xué)內(nèi)容的組織。面向非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，授課前應(yīng)了解該專(zhuān)業(yè)和計(jì)算機(jī)結(jié)合的相關(guān)技術(shù)和領(lǐng)域，為學(xué)生簡(jiǎn)單介紹計(jì)算機(jī)在其領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用，引起學(xué)生的興趣和重視。隨著信息技術(shù)的重視程度越來(lái)越高，大一新生基本的入學(xué)前已掌握一部分的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技能，因此教學(xué)內(nèi)容和不能再一成不變，需要有機(jī)調(diào)整。

（1）教學(xué)授課環(huán)節(jié)。目前大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容主要包括計(jì)算機(jī)軟、硬件基礎(chǔ)知識(shí)、信息在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)及信息安全等、Windows操作系統(tǒng)及辦公自動(dòng)化軟件Office 2010。在理論知識(shí)的講解中，應(yīng)提高深度和廣度，不能純粹地講知識(shí)。以計(jì)算思維為導(dǎo)向，通過(guò)圖靈機(jī)模型引入計(jì)算的本質(zhì)，計(jì)算工具的演變改變了人類(lèi)的思維方式和推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。在引入計(jì)算思維有關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和算法設(shè)計(jì)概念時(shí)，恰當(dāng)?shù)丶尤胂嚓P(guān)的案例分析，比如，通過(guò)猜數(shù)字的游戲，引入二分查找法;通過(guò)城市交通鋪路的問(wèn)題，引入圖論中的最小路徑算法等等。讓學(xué)生通過(guò)具體的案例體會(huì)計(jì)算思維的理念，以提高運(yùn)用計(jì)算機(jī)知識(shí)描述問(wèn)題、抽象問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。最后，通過(guò)交互式使用計(jì)算機(jī)為切入點(diǎn)，引入操作系統(tǒng)中信息資源管理和交互方式使用操作系統(tǒng)。以及程序方式使用計(jì)算機(jī)，引入算法的概念，進(jìn)一步講解算法的設(shè)計(jì)與分析、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和軟件工程等與算法有關(guān)的概念。整個(gè)理論知識(shí)的講解以計(jì)算思維為主線，與傳統(tǒng)的理論教學(xué)相比，深度和廣度都有了進(jìn)一步的提高，符合以培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)和可持續(xù)性發(fā)展的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力為目標(biāo)的教學(xué)大綱要求。

（2）實(shí)踐操作環(huán)節(jié)。實(shí)踐操作環(huán)節(jié)中應(yīng)淡化操作細(xì)節(jié)的講解，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)軟件的能力。過(guò)去在講這部分內(nèi)容時(shí)，老師們都會(huì)很詳細(xì)地介紹每個(gè)菜單甚至每個(gè)按鈕的含義及使用方法，這種煩瑣的滿(mǎn)堂灌的方式，不僅會(huì)讓學(xué)生產(chǎn)生厭煩的情緒，而且在上機(jī)操作時(shí)，部分功能和操作步驟又忘記了，還要再次強(qiáng)調(diào)，效果不佳。

基于Windows開(kāi)的辦公自動(dòng)化軟件Office 2010中的成員，其窗口界面、菜單組成等具有統(tǒng)一的風(fēng)格，而且按功能組成了一個(gè)個(gè)選項(xiàng)卡，給學(xué)生介紹選項(xiàng)卡的功能含義即可，不必過(guò)多停留在細(xì)節(jié)操作上，個(gè)別需要注意步驟順序的操作，比如Excel 2010中的高級(jí)篩選、分類(lèi)匯總等需要進(jìn)行講解和演示。

以項(xiàng)目任務(wù)為主線帶領(lǐng)學(xué)生一起來(lái)完成，讓學(xué)生參與進(jìn)來(lái)，師生共同完成。比如，Word2010講解中，讓學(xué)生首先明白word2010軟件主要功能是基本文檔的編輯和排版、表格的制作以及圖文混排。然后，以求職簡(jiǎn)歷的制作（或畢業(yè)論文的制作）為主線，將常用的功能融合進(jìn)去，簡(jiǎn)單操作可以讓學(xué)生上臺(tái)演示，這種參與感可以大大提高學(xué)生聽(tīng)課的積極性和效率，遇到有難度的操作，可以結(jié)合問(wèn)題導(dǎo)向的方法引導(dǎo)學(xué)生，然后再演示。通過(guò)布置上機(jī)操作作業(yè)，讓學(xué)生通過(guò)上機(jī)操作，自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題。

2.教學(xué)方法的改進(jìn)。采用多案例多項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)方法和問(wèn)題導(dǎo)向相結(jié)合的教學(xué)方法。以計(jì)算思維為導(dǎo)向的課程內(nèi)容[4]中由于加入了關(guān)于計(jì)算本質(zhì)、自動(dòng)化計(jì)算、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想、算法設(shè)計(jì)及程序?qū)崿F(xiàn)等內(nèi)容，采用多案例輔助講解，可以讓學(xué)生充分理解計(jì)算機(jī)科學(xué)中一些基本的思想以及分析、解決問(wèn)題和方法。比如在介紹由機(jī)械計(jì)算工具向自動(dòng)計(jì)算工具探索過(guò)程中，可以以計(jì)算工具發(fā)展史上具有里程碑意義的計(jì)算工具為實(shí)例，通過(guò)介紹它們的設(shè)計(jì)思想和工作原理，讓學(xué)生理解計(jì)算的本質(zhì)以及人類(lèi)對(duì)計(jì)算工具實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化不懈的追求，進(jìn)而感受的自動(dòng)計(jì)算的力量所在。比如在介紹常用算法時(shí)，以“百元買(mǎi)百雞”、“雞兔同籠”案例，介紹窮舉算法。

在辦公自動(dòng)化軟件的操作內(nèi)容講解時(shí)，設(shè)計(jì)具體的任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，并配合問(wèn)題導(dǎo)向讓學(xué)生主動(dòng)思考問(wèn)題的解決方法和步驟。比如，講解Excel2010的圖表建立與編輯時(shí)，以某服裝公司的某些類(lèi)型的服裝銷(xiāo)售量為數(shù)據(jù)清單，布置其任務(wù)是以此數(shù)據(jù)清單為基礎(chǔ)建立圖表，應(yīng)該如何建立？步驟應(yīng)該是什么？那么，圖表是由數(shù)據(jù)生成的，所以圖表制作的第一步一般是選擇數(shù)據(jù)區(qū)域;然后需要使用建立圖表的功能按鈕或菜單項(xiàng);最后確定圖表的數(shù)值軸標(biāo)題和分類(lèi)軸標(biāo)題等圖表元素即可。

3.測(cè)評(píng)方法。多數(shù)學(xué)生缺乏主動(dòng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的意識(shí)和主動(dòng)性，也缺乏利用計(jì)算機(jī)的良好特性或者計(jì)算思維方法去解決某些生活或工作中問(wèn)題的能力。因此，在課程考核方面，以主張激發(fā)學(xué)習(xí)主動(dòng)思考、以計(jì)算思維的角度主動(dòng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的意識(shí)為目的，采取多種考核內(nèi)容相結(jié)合的方法，如課堂主動(dòng)參與任務(wù)驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)的積極性、學(xué)生提交有關(guān)計(jì)算思維的體會(huì)總結(jié)報(bào)告、項(xiàng)目作業(yè)展示、上機(jī)操作的內(nèi)容測(cè)試、學(xué)生共評(píng)、自評(píng)及教師評(píng)價(jià)等方式進(jìn)行考核，力求客觀、公平和公正。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程現(xiàn)狀的分析，提出以計(jì)算思維為導(dǎo)向的新時(shí)代課程改革的必要性，針對(duì)目前大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程存在的問(wèn)題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式方面，提出基于計(jì)算思維的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革的具體方案，最終實(shí)現(xiàn)以培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)和可持續(xù)性發(fā)展的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]教育部高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì).計(jì)算思維教學(xué)改革宣言[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2013，（7）：8-10，17.

[2]周以真.計(jì)算思維.中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)通訊，2007，3（11）：83-85.

[3]龔沛曾，楊志強(qiáng).大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的計(jì)算思維培養(yǎng)[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2012，（5）：51-54.

[4]戰(zhàn)德臣，聶蘭順.計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)課程改革的基本思路[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2013，（2）：58-62.