面向計(jì)算思維培養(yǎng)的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)

張敬瑜

摘 要：大學(xué)中計(jì)算機(jī)課程在教學(xué)中有其獨(dú)特的特點(diǎn)，本文主要探討以計(jì)算思維作為主要內(nèi)容的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中的教學(xué)改革，并提出一些教學(xué)方法，主要有分類培養(yǎng)與專業(yè)融合的教學(xué)理論與分兩個階段進(jìn)行培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，證明此教學(xué)改革中可以有效提高計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的效果，讓學(xué)生在取得專業(yè)知識與技能的同時，也能夠培養(yǎng)學(xué)生對計(jì)算與思維的能力。

關(guān)鍵詞：面向計(jì)算；思維；基礎(chǔ)教學(xué)

最早提出計(jì)算思維的是美國的卡內(nèi)基梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)系的周以真教授，具體的定義是，使用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念去求解問題，設(shè)計(jì)系統(tǒng)與理解人類的行為，涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列的思維活動。計(jì)算機(jī)思維反應(yīng)的是計(jì)算機(jī)技術(shù)本質(zhì)的特征與解決問題的核心辦法，可以提升非專業(yè)的學(xué)生的計(jì)算素養(yǎng)，能夠培養(yǎng)學(xué)生使用計(jì)算機(jī)處理與解決領(lǐng)域問題的思維方法與表達(dá)形式，會對學(xué)生產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

一、需要解決的問題

改革的最終目的是能夠使學(xué)生在對計(jì)算機(jī)核心知識的學(xué)習(xí)以及在可以使用應(yīng)用工具的基礎(chǔ)上能夠運(yùn)用高效的思維去思考，把無意識的計(jì)算思維教學(xué)理念提高到有意識、系統(tǒng)性的計(jì)算機(jī)思維教學(xué)。達(dá)到從根本中解決當(dāng)前大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中面臨的教學(xué)困境，根據(jù)以上的目標(biāo)，需要通過計(jì)算思維作為核心然后對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，然后通過合適的教學(xué)實(shí)踐使這些重構(gòu)之后的內(nèi)容能夠讓學(xué)生接受。通過分析，得出了如下的幾個具體的問題：

在有限的課時之內(nèi)培養(yǎng)學(xué)生哪些具體的計(jì)算思維要素；怎樣在學(xué)生還沒有掌握一門編程語言的時候?qū)嵺`所學(xué)到的計(jì)算思維的內(nèi)容；面對不同基礎(chǔ)與專業(yè)的學(xué)生該怎樣體現(xiàn)不同的計(jì)算思維教育與訓(xùn)練內(nèi)容。

二、分類教學(xué)與專業(yè)融合的教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

西北工業(yè)大學(xué)是一所發(fā)展航空航天航海工程與研究為特色，以工科理科為主，將管理、文學(xué)、經(jīng)濟(jì)、法律協(xié)調(diào)發(fā)展的研究型、多學(xué)科與開放式的大學(xué)。其中對于不同專業(yè)的學(xué)生的計(jì)算機(jī)知識的要求也各不相同，其中也存在比較大差異，就算是相同專業(yè)的學(xué)生的計(jì)算機(jī)水平也是存在差異的，針對這種情況，來進(jìn)行分類教學(xué)是非常有必要的。比如在程序設(shè)計(jì)的過程中依據(jù)文理科進(jìn)行分類實(shí)踐教學(xué)并取得了非常好的效果，也積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，這種方法在大學(xué)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)中卻還沒有實(shí)施。而這次計(jì)算機(jī)思維培養(yǎng)為核心的大學(xué)計(jì)算及基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革除了在教學(xué)內(nèi)容上按照文理分工之外，還要考慮特殊方向與專業(yè)學(xué)生群體的計(jì)算機(jī)教育的需求，按照需求將教學(xué)內(nèi)容分為了如下四個方向：針對理工科專業(yè)學(xué)生；針對文管專業(yè)的學(xué)生；針對國際班全英文的計(jì)算機(jī)教學(xué)；針對教育實(shí)驗(yàn)學(xué)院卓越班的學(xué)生。

西北工業(yè)大學(xué)屬于重點(diǎn)理工科院校，大部分學(xué)生都是理工科，以2013年的數(shù)據(jù)為例，理工專業(yè)的學(xué)生占了百分之六十二，文管類的學(xué)生只占了百分之十七，國際班與卓越班分別占了百分之四與百分之十七。在確定每個專業(yè)的學(xué)生的教學(xué)內(nèi)容的時候就需要遵循兩個融合的原則，就是將計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育與培養(yǎng)進(jìn)行融合，將計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識與學(xué)生的專業(yè)技術(shù)融合，注重計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識與學(xué)生專業(yè)方向的融合。關(guān)于兩個融合，具體的內(nèi)容如下：

對計(jì)算思維培養(yǎng)的融合，具體指的是將計(jì)算機(jī)科學(xué)中最有基礎(chǔ)性與長期性的計(jì)算思想傳授給學(xué)生，讓學(xué)生學(xué)會該怎樣把問題轉(zhuǎn)化成能夠使用計(jì)算機(jī)解決的方式，培養(yǎng)學(xué)生從本質(zhì)與全局來建立解決問題的思路。專業(yè)技術(shù)融合，具體指的是依據(jù)學(xué)生專業(yè)的特點(diǎn)與需要，在對計(jì)算思維的培養(yǎng)的基礎(chǔ)上動態(tài)的選擇課程的內(nèi)容，形成可以定制的教學(xué)模塊，然后實(shí)施分層教學(xué)。

三、兩階段培養(yǎng)與可視化計(jì)算思維實(shí)踐的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)的觀念中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直是作為理論教學(xué)的輔助內(nèi)容，與理論教學(xué)在章節(jié)的內(nèi)容上是相對應(yīng)的。然而，在我們的教學(xué)改革中國，卻將實(shí)驗(yàn)課程與理論課程的關(guān)系確立為互補(bǔ)關(guān)系，實(shí)驗(yàn)課程具有相應(yīng)的獨(dú)立性，在內(nèi)容中體現(xiàn)的是兩階段培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念。在第一階段的實(shí)驗(yàn)為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識的實(shí)踐，從Windows的使用開始，以及一些常用的軟件的使用，常見的網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用等。這個階段的主要目標(biāo)就是培養(yǎng)學(xué)生對計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)的操作技能與常用的工具軟件的操作的掌握。在第二個階段中主要學(xué)習(xí)的是關(guān)于計(jì)算思維的實(shí)驗(yàn)，這部分的內(nèi)容是要求學(xué)生依據(jù)具體的應(yīng)用進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)典型的算法。

本文在“一，需要解決的問題中”提到的第二個問題，這個階段的學(xué)生還不具備程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識與經(jīng)驗(yàn)的情況下，我們認(rèn)為可以使用可視化編程工具來支持可視化的程序設(shè)計(jì)，主要就是讓程序人員利用軟件本身提供的空間來構(gòu)造應(yīng)用程序中的各種界面，在當(dāng)今的軟件開發(fā)領(lǐng)域，可視化的編程技術(shù)已經(jīng)成為重要的工具與手段了。因此我們在實(shí)驗(yàn)改革中引入可視化的編程工具Raptor，讓不具備編程基礎(chǔ)的學(xué)生可以實(shí)施算法的實(shí)踐與驗(yàn)證。Raptor是一種可視化的程序設(shè)計(jì)環(huán)境，程序設(shè)計(jì)中的要素都是通過圖形與符號的方式進(jìn)行展現(xiàn)的，當(dāng)前在世界的二十幾個國家與地區(qū)的高等院校中得到使用。

四、結(jié)語

通過分析教師與學(xué)生的調(diào)查結(jié)果，對工作中的不足進(jìn)行了總結(jié)，也從中得出了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，主要包括：在教學(xué)中對計(jì)算思維的培養(yǎng)是對學(xué)生創(chuàng)新力培養(yǎng)的重點(diǎn)，對大學(xué)生全面的素質(zhì)教育與能力的培養(yǎng)擔(dān)負(fù)著重要的職責(zé)。在教學(xué)的過程中，以及通過調(diào)查反饋的教學(xué)過程中的必要改革的方臘向都是正確的，是受到廣大的教師與學(xué)生認(rèn)可的。另外，此課程的改革具備適應(yīng)與完善的過程，對課程進(jìn)行教學(xué)工作的教師要深入的加深對計(jì)算思維的理解，并要對典型的案例進(jìn)行合理的選擇，在課時少的時候，要有效的組織教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容要科學(xué)，兼顧廣度與深度。最后，在以后的工作中，還需要繼續(xù)加大對計(jì)算思維的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的建設(shè)工作，進(jìn)一步探索與挖掘?qū)τ?jì)算思維的培養(yǎng)方式。

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（作者單位：燕山大學(xué)里仁學(xué)院實(shí)訓(xùn)中心）