基于計算思維的大學計算機課程教學改革

朱志慧+陳曈+林捷

摘 要：當前以計算思維為核心的計算機基礎課程教育改革是人們研究的熱點。文章對教學現狀存在的問題進行了分析，并針對這些問題提出應從教學對象、教學內容、教學方法3個方面進行改革，對改革的辦法實施進行了詳細的闡述。

關鍵詞：計算思維；大學計算機基礎；課程模式

大學計算機基礎課開設以來，人們對該課程的性質和在學生培養過程中所占的地位發生了很大的變化，隨之，大學計算機基礎的教學內容和教學方式也在不斷改革。

1 大學計算機發展背景

20世紀90年代，大學計算機被稱為“計算機文化基礎”，進行基礎性和思維性的培養，但是在實際教學過程中，逐漸演變為“計算機應用基礎”，側重于軟件技能的培養，而逐漸忽略了“計算機文化”的內涵，因此，該課程逐漸轉變為純粹的軟件操作課程。目前，計算機基礎中常用的軟件逐漸普及，“計算機應用基礎”課程的內容稍顯陳舊，當前很多學者提出“計算思維”的概念，為了培養學生的創造性思維，應當在計算機基礎的教學過程中，強調“計算思維的”培養。2010年7月，教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會發布了《九校聯盟計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》，確定了以計算思維為核心的計算機基礎課程的教學改革。

2 計算思維

2006年3月，美國卡內基梅隆大學計算機科學系主任周以真教授首次提出計算思維的概念，她認為“計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。”

計算思維不同于計算機技術、計算機思維，其特征歸納如下：

（1）概念化，不是程序化。計算思維并不等同于計算機編程，只是要求我們在抽象的多個層次上思維。

（2）根本技能，不是刻板機械。計算思維是人們在現代信息社會中解決問題的一種基本技能，而不是刻板機械地重復。因此，計算思維應該是大學生必備的一種素質，掌握一種科技的思維方法，對專業知識的創新和發展具有舉足輕重的作用。

（3）人的思維，而非機器的思維。計算思維是人解決問題的方式，思維是人特有的方式，而計算機僅僅是機械的工具，沒有思維能力。我們利用自己的聰明才智，使用計算機設備進行各種復雜問題的處理。即使缺乏計算機技能知識，也可以通過其他方式獲得計算思維，增加解決問題的一種新的途徑。

（4）任何人，任何地方。計算思維的本質是抽象和自動化，但不僅僅限于計算機專業。它可以應用于任何人、任何專業、任何地方。由于計算機科學發展日新月異，每個人對它的掌握程度也不同，因此計算思維具有層次性，不同層次的思維有不同程度的創新，根據我們自身的條件，可以建立自己獨特的計算思維層次。

3 計算機基礎教學現狀

目前，對計算機基礎教學中引入計算思維的培養，國內外不少專家和學者進行了積極的探討，但是，在基于計算思維的大學計算機基礎教學內容改革中，主要涉及的專業為理工科類、文科、農業、醫學專業等。

3.1 計算機課程的“狹義工具論”

《大學計算機應用基礎》教程，主要包括：計算機基礎知識、系統操作、辦公軟件、多媒體技術、數據庫、網絡4部分內容，在教學過程中，分為理論課和上機實驗課。整個教學過程中，主要教授計算機及常用軟件的操作技能，因此學生對計算機科學知識淡化，認為計算機基礎僅僅是一門教授工具使用的操作課程。另外一方面，由于計算機基礎課時不斷縮減，課程內容較多，為了完成教學任務，課程進行速度比較快，學生對一些問題理解并不透徹，因此大大降低了學習的積極性。

3.2 課程內容與專業關聯性不強

目前大學計算機基礎的多媒體教學，主要涉及圖像處理、音頻、視頻和動畫制作3方面的內容。但是由于教學教材的編寫者主要來自計算機專業，因此所編撰的內容普遍設置單一，側重于常用軟件的操作使用說明，而與所選學生所在的專業沒有太大的關系，教學內容無法體現專業特色。

3.3 學生專業的個性特點

與普通專業學生相比，由于本校專業學生中學階段主要精力在專業學習，因此文化基礎知識掌握較差，并且在考慮問題時以感性思維為主，邏輯思維相對比較弱但富有活力和創造力，在進行多媒體的教學中發現設計的角度新穎，但是由于個性強，課堂管理難度大，傳統的計算機教學方法很難吸引學生的注意力。

4 基于計算思維培養的教學改革

大學計算機基礎教育的目的主要是培養學生具備在各個領域中應用計算解決問題的能力。為了對學生進行計算思維的培養，計算機基礎課程從以下3個方面進行改革。

4.1 教學對象的改革

大學計算機基礎課程的教育對象一般為大一新生，以浙江音樂學院為例，在課程開始前，對學生的計算機成績進行了摸底考試，具體情況如圖1所示。

從圖1中可以看到，大部分學生的成績處于40～50分之間，說明學生對計算機知識處于一知半解的狀態，70分以上的學生有30位，40分以下的也有30多位，那么在教學過程中，對于70分以上的學生，會感覺課堂的內容過于簡單，而對于40分以下的則有點困難。針對大一新生對計算機基礎知識的掌握不平衡問題，可以進行分層教學，根據計算機的摸底考試的成績，分為A，B，C不同的班級，根據本班學生的實際情況確定教學內容的難易程度。

另外，本校專業分為音樂類、舞蹈類和音樂工程類。針對不同專業的學生，所要掌握的多媒體軟件不同。例如，舞蹈類學生要求學習圖像處理工具，而音樂專業學生比較傾向于學習音頻相關知識。因此在對學生分班的時候，盡可能地在考慮分數的同時，將相近專業的學生集中到一起。

4.2 教學內容的改革

大學計算機基礎作為高校非計算機專業學生的第一門計算機課程，在計算思維理論的指導下，應該改變傳統的授課方式，進行一系列的改革。首先，計算思維包括思維意識的培養，思維方法的理解以及思維能力的掌握，根據這3個層次的培養目標，將計算機基礎課程教學內容分為“1+X”的課程體系，其中1課程的目標主要是計算思維意識和方法的介紹，X課程培養計算思維能力的掌握。其中1課程包括計算機的基本知識、計算機網絡、數據庫和程序設計，在授課過程中，該部分主要通過案例的形式，感受到經典算法的作用。X課程主要為多媒體技術，包括圖像、音頻、視頻和動畫，通過實際的操作，逐步掌握計算思維能力。

在改革過程中，豐富的教學內容和少量的課時是一個比較突出的矛盾。以筆者所在學校為例，大學計算機基礎分為上下兩個學期，共60個學時；如果1+X的所有內容全部講授完的話，勢必會蜻蜓點水，特別是X中的包括4個方面的內容，不同專業的學生所需要掌握的軟件也不同，因此根據專業特色選擇必須+選修的模式。必修包括1課程和X中的與自己專業相關軟件，而剩下的內容通過選修的方式進行。

4.3 教學方法的改革

在教學內容中，引入計算思維的概念后，課程的廣度、深度進一步提高，課程難度增大，必須選擇一比較靈活有趣的教學方法和手段才能吸引學生的注意力，提高課堂效率。

首先，在教學過程中，盡可能地選擇一些比較有趣的案例，并且具有專業特色，例如在電子表格Excel的講授過程中，由于排序篩選特別是公式函數部分比較抽象，可以通過歌曲大賽排名的方式進行講解，消除學生心理上的陌生感和排斥感。其次，可以采用項目驅動的方法，以一個實際的任務為主線串聯起來知識點，學生帶著問題，去講課內容中找解決的方法，在完成任務的過程中構建了自己的知識體系；在多媒體Flash動畫制作中，通過優秀學生作品的演示，激發大家的創新熱情，然后用動畫片片頭的制作將知識點貫穿起來。學生在項目推進過程中，直觀地體驗到了問題分解、問題局部解決和階段性成果有機結合在一起的思路，這正是計算思維的具體體現。最后，隨著移動網絡的發展，網絡課程、MOOC、翻轉課堂等應用比較廣泛，可以引導學生通過網絡來拓寬學習的途徑；針對學生愛看手機的習慣，可以將課程制作動畫演示和實際操作的小視頻，通過第三方軟件平臺或者自己開發APP作為傳統課程授課方式的補充。

5 結語

思維是人生來就具備的，計算思維也不是一種新的發明，是一種早已存在的思維活動，但是這種活動是無意識的，將計算思維引入大學計算機基礎課程，主要作用是將無意識的思維變成有意識的，主要通過在具體的學習中，將這種思維潛移默化地建立起來，主動用計算思維去思考問題和解決問題。雖然在教學過程中進行了一系列的改革，學生的學習積極性增強了，但計算思維培養結果的考核無法量化，因此，在以后的工作中，可以從教學內容方面作進一步的研究。