以計算思維為核心的大學計算機基礎課程教改初探

【摘 要】以計算思維為核心的計算機基礎教學改革勢在必行，本文從改革教學內容進行分類教學、重新設置課程體系和側重問題求解教學方法幾個方面做出初步探索。

【關鍵詞】計算思維 計算機基礎教學

【項目支持】湖南師范大學校級教改項目《計算機基礎二》

【中圖分類號】G424 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）32-0050-02

一、引言

計算思維是2016年美國卡內基梅隆大學計算機系主任周以真教授提出并定義的：計算思維就是使用計算機的基礎概念去求解問題、設計系統和理解人類行為。它包括了涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。這是繼數學思維、邏輯思維之后提出的第三大思維科學，是每個人必備的基本技能，如同閱讀、寫作和算術。在未來，計算思維將指導人們用計算機求解問題的方式來科學合理地解決工作生活中的諸多問題，如：如何快速起草文件并分發給各部門；去訪問多個城市如何制定最佳路徑；面對多項事務時如何進行最優并行處理；在海量數據中如何快速定位查找目標？美國大學通識教育非常重視大學生計算思維能力的培養。從2006年開始美國國家科學基金會先后啟動了四項國家計劃，旨在振興美國的計算機教育，培養學生計算思維能力，促進工程技術和自然科學領域產生出革命性創新成果。近幾年，國內一些知名高校和科研院所也開始了計算思維的相關研究和探討工作。這其中包括北京大學、清華大學、上海交通大學在內的九所高校經過多次研討后，促成教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會發布計算機基礎教學發展戰略：計算思維是計算機基礎教學的核心任務，現今教學改革重心是加強計算思維能力培養為核心的計算機基礎課程建設。

二、計算思維教學面臨的問題

1、無成熟完整體系可借鑒

由于計算思維是一個新鮮事物，國內從事該研究的高校和科研機構還不是很多，且相關的研究工作也是非常有限。因此，計算思維的精準定義、特征、原理等都沒有完全達成共識，“以計算思維為核心”的計算機基礎課程體系、教學方法、教學資源以及評價體系等也都還在不斷地建設和完善中，在國內當前還沒有成熟完整的體系可借鑒和引用。所以，當前計算機基礎課程教學出現了多極分化的局面。走在改革前沿的高校，像上海交通大學、南方科技大學已面向2010級新生開設了全新的計算機基礎課程――《計算思維導論》，開始了以計算思維為核心的課程改革教學實踐。大部分高校還處于研討和籌備階段，本人所在高校湖南師范大學2014年7月成功舉辦了“湖南省計算思維導向的大學計算機課程教學高級研修班”，旨在提高湖南省青年骨干教師的計算思維認識和教學水平。本校的計算思維導向的計算機改革也在教學課程體系、教學方法、教學評價等方面逐步鋪開。據了解，還有一部分二本及高職院校計算機教學還是按照原來方式進行，沒有上升到培養學生思維的層次。

2、課程體系陳舊，教學內容、教學方法沒有體現計算思維

目前，大部分高校還是沿多年來的大學計算機基礎課程體系，第一學期學習大學計算機文化基礎，第二學期學習一門程序設計語言。走在改革前沿的高校所推出的能體現計算思維的課程也是鳳毛翷角，屈指可數。計算思維是蘊涵在廣大計算機課程中的，比如程序設計、數據庫、計算機原理、軟件工程、計算機算法、圖形圖像處理等等。因此，有必要緊跟時代步劃對現有課程體系進行重新設計和調整。增加學生感興趣且能體現計算思維的課程，讓學生有更多的選擇和更廣的知識面，能進行更多的計算思維的學習和實踐。此外，停留在技能培養層次上的教學內容和教學方法，都要進行以培養計算思維能力為目標的改變。計算思維的培養應在教學內容和教學方法上明顯地體現出來。

三、實現“計算思維培養”策略初探

1、分類教學，重新設計教學內容

“因材施教”，就是不同的學生個體應該進行差異化教學，這種以學生為中心的教學理念更有利于每個學生的全面發展。然而，高校大學計算機基礎教育作為通識教育課程往往被曲解為大家都共同學習的課程，所以，不管什么專業，不管學生已有計算機水平怎么樣，大家都修一樣的課程。這一點，本人感受深刻。多年來，我校沒有進行理科、文科和藝術類的專業區分教學，給學生學習帶來了不少的疑惑和難度，特別是對于藝術類學生想學的跟專業掛鉤的軟件學不上，相反跟專業毫不相干的課程卻晦澀難懂。因此，有必要針對不同專業將教學內容進行重新設計，應更加貼近專業領域相關知識。如：中文類可加強各種高級文案及常規數據統計分析等辦公軟件的學習；數學類可學習Matlab數學軟件的應用；美術設計類可加強圖形圖像和輔助設計軟件的學習；新聞編導類可進行視頻剪輯處理軟件的學習。這樣，通過使用計算機的相關知識來解決本專業的一些問題，使計算思維的學習落在實處，讓學生想學愛學，并能切切實實學好，并為學生以后在本專業的長足發展打下堅實的基礎。

2、重新設置課程體系

計算思維的培養不是一兩門課就能實現的，針對當前非計算機專業計算機課程較少的現狀，應該設置更多的能體現計算思維的課程供不同專業學生選擇，完善相關課程群的建設。在美國，像麻省理工學院、斯坦福大學、芝加哥大學、卡內基梅隆大學等，他們的計算機課程都是由計算機學院開出，就算是非計算機專業也一樣都有著非常完善的計算機課程體系。特別值得一提的是，如果學完為非計算機專業所開的較低層次的某些課，要是感興趣，還可接著選修計算機專業的課程。目前，許多高校也正在著手相關課程群的建設。通過向其他學校的調研學習，我校今年推出了新的包含必修和選修兩個層次的計算機基礎課程群。如圖1：

必修 選修

第一學期 大學計算機基礎 Office高級應用

Java程序設計

電子商務

手機App應用開發

第二學期 Office高級應用（音樂、體育類）

C語言程序設計（醫學類）

VFP程序設計與應用（部分理工類）

Access程序設計（部分文科類）

PhotoShop（美術類）

圖1 計算機基礎教學課程體系

雖然，課程體系設置還有待完善，但相對于以前已有很大改進，基本可滿足不同專業層次的課程需求。而且這些課基本上都是應用型的，便于學生在學習時能加以實踐操作，在培養應用能力的同時達到訓練計算思維的目的。

3、改革教學方法，側重問題求解和實踐

計算思維，說到底是一種利用計算機解決問題的思維。在以計算思維為核心的教學中，應該改變以往教學中側重講解知識和傳授操作技能的方法，要結合課程知識合理設計問題，讓學生多思考、多實踐，在解決問題的實踐過程中，領悟知識和訓練思維。這就需要老師們總結多年教學經驗，對本課程的教學用例加以優化和整合，對教學組織形式加以改良。例如，在VFP程序設計與應用課程中，整個課程可圍繞開發一個學生成績管理系統而進行。將學生分成多個項目小組，以項目開發的流程來學習整個課程知識。先整體介紹系統功能和需解決的問題，然后將系統分而治之，分解成課程對應知識點的功能模塊和小問題，逐一去學習和解決。如：系統底層數據設計可在數據庫（表）部分完成，查詢功能設計可在學習SQL語句和查詢設計器中完成，界面設計可在表單和菜單部分進行，生成運行程序可在項目管理器部分進行。提出問題，思考問題，結合所學知識解決問題。這樣讓學生對所學知識感覺更具體和直觀，能學以致用，學有所獲。為了保證學生在今后的學習中有充足的時間動手實踐，我校為此將實踐課時大大提高，與理論課時的比例調高至2：1。這些都是為順利開展以解決問題為出發點的計算思維學習提供強有力的支持。

四、結束語

以計算思維為核心的計算機基礎教學改革任重而道遠，相信在眾多計算機教育工作者的共同努力下，這項改革能取得成效，造福于廣大學生，造福于中國教育。

參考文獻：

[1]馮博琴. 對于計算思維能力培養“落地”問題的探討.中國大學教學.2012-9

[2]劉曉霞. 美國名校計算機本科教學體系現狀分析.高等理科教育.2006-11

作者簡介：

鄧冬梅，1974年出生，湖南師范大學副教授，研究方向：計算機軟件