面向計算思維培養的大學計算機基礎教學

張敬瑜

摘 要：大學中計算機課程在教學中有其獨特的特點，本文主要探討以計算思維作為主要內容的大學計算機基礎課程中的教學改革，并提出一些教學方法，主要有分類培養與專業融合的教學理論與分兩個階段進行培養的實驗教學方法，證明此教學改革中可以有效提高計算機基礎教學的效果，讓學生在取得專業知識與技能的同時，也能夠培養學生對計算與思維的能力。

關鍵詞：面向計算；思維；基礎教學

最早提出計算思維的是美國的卡內基梅隆大學計算機系的周以真教授，具體的定義是，使用計算機科學的基本概念去求解問題，設計系統與理解人類的行為，涵蓋了計算機科學之廣度的一系列的思維活動。計算機思維反應的是計算機技術本質的特征與解決問題的核心辦法，可以提升非專業的學生的計算素養，能夠培養學生使用計算機處理與解決領域問題的思維方法與表達形式，會對學生產生深遠的影響。

一、需要解決的問題

改革的最終目的是能夠使學生在對計算機核心知識的學習以及在可以使用應用工具的基礎上能夠運用高效的思維去思考，把無意識的計算思維教學理念提高到有意識、系統性的計算機思維教學。達到從根本中解決當前大學計算機基礎課程中面臨的教學困境，根據以上的目標，需要通過計算思維作為核心然后對教學內容進行重構，然后通過合適的教學實踐使這些重構之后的內容能夠讓學生接受。通過分析，得出了如下的幾個具體的問題：

在有限的課時之內培養學生哪些具體的計算思維要素；怎樣在學生還沒有掌握一門編程語言的時候實踐所學到的計算思維的內容；面對不同基礎與專業的學生該怎樣體現不同的計算思維教育與訓練內容。

二、分類教學與專業融合的教學內容的設計

西北工業大學是一所發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、經濟、法律協調發展的研究型、多學科與開放式的大學。其中對于不同專業的學生的計算機知識的要求也各不相同，其中也存在比較大差異，就算是相同專業的學生的計算機水平也是存在差異的，針對這種情況，來進行分類教學是非常有必要的。比如在程序設計的過程中依據文理科進行分類實踐教學并取得了非常好的效果，也積累了一定的經驗，這種方法在大學的計算機基礎課程的教學中卻還沒有實施。而這次計算機思維培養為核心的大學計算及基礎課程的教學改革除了在教學內容上按照文理分工之外，還要考慮特殊方向與專業學生群體的計算機教育的需求，按照需求將教學內容分為了如下四個方向：針對理工科專業學生；針對文管專業的學生；針對國際班全英文的計算機教學；針對教育實驗學院卓越班的學生。

西北工業大學屬于重點理工科院校，大部分學生都是理工科，以2013年的數據為例，理工專業的學生占了百分之六十二，文管類的學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。在確定每個專業的學生的教學內容的時候就需要遵循兩個融合的原則，就是將計算機基礎教育與培養進行融合，將計算機基礎知識與學生的專業技術融合，注重計算機基礎知識與學生專業方向的融合。關于兩個融合，具體的內容如下：

對計算思維培養的融合，具體指的是將計算機科學中最有基礎性與長期性的計算思想傳授給學生，讓學生學會該怎樣把問題轉化成能夠使用計算機解決的方式，培養學生從本質與全局來建立解決問題的思路。專業技術融合，具體指的是依據學生專業的特點與需要，在對計算思維的培養的基礎上動態的選擇課程的內容，形成可以定制的教學模塊，然后實施分層教學。

三、兩階段培養與可視化計算思維實踐的實驗環節

傳統的觀念中，實驗教學一直是作為理論教學的輔助內容，與理論教學在章節的內容上是相對應的。然而，在我們的教學改革中國，卻將實驗課程與理論課程的關系確立為互補關系，實驗課程具有相應的獨立性，在內容中體現的是兩階段培養的實驗教學理念。在第一階段的實驗為計算機基礎知識的實踐，從Windows的使用開始，以及一些常用的軟件的使用，常見的網絡的應用等。這個階段的主要目標就是培養學生對計算機的基礎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習的是關于計算思維的實驗，這部分的內容是要求學生依據具體的應用進行程序的設計，能夠實現典型的算法。

本文在“一，需要解決的問題中”提到的第二個問題，這個階段的學生還不具備程序設計的基礎知識與經驗的情況下，我們認為可以使用可視化編程工具來支持可視化的程序設計，主要就是讓程序人員利用軟件本身提供的空間來構造應用程序中的各種界面，在當今的軟件開發領域，可視化的編程技術已經成為重要的工具與手段了。因此我們在實驗改革中引入可視化的編程工具Raptor，讓不具備編程基礎的學生可以實施算法的實踐與驗證。Raptor是一種可視化的程序設計環境，程序設計中的要素都是通過圖形與符號的方式進行展現的，當前在世界的二十幾個國家與地區的高等院校中得到使用。

四、結語

通過分析教師與學生的調查結果，對工作中的不足進行了總結，也從中得出了寶貴的經驗，主要包括：在教學中對計算思維的培養是對學生創新力培養的重點，對大學生全面的素質教育與能力的培養擔負著重要的職責。在教學的過程中，以及通過調查反饋的教學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生認可的。另外，此課程的改革具備適應與完善的過程，對課程進行教學工作的教師要深入的加深對計算思維的理解，并要對典型的案例進行合理的選擇，在課時少的時候，要有效的組織教學內容，教學內容要科學，兼顧廣度與深度。最后，在以后的工作中，還需要繼續加大對計算思維的大學計算機基礎教學的建設工作，進一步探索與挖掘對計算思維的培養方式。

參考文獻：

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

[2]陳國良.計算思維和大學計算機基礎教育[J].中國大學教育，2011（1）

[3]裴新鳳，詹濤，尹令平.網絡教學輔助系統模式的探討與實踐[J].電化教育研究，2007（4）：42-44.

（作者單位：燕山大學里仁學院實訓中心）