以計算思維為向導的計算機基礎教學改革

婁鳳偉

（1.燕山大學信息科學與工程學院，秦皇島066004；2.河北省計算機虛擬技術與系統集成重點實驗室，秦皇島066004）

1 計算機基礎教學的培養目標

計算機基礎教學是面向非計算機專業的計算機教學，它的目標是培養學生掌握一定的計算機基礎知識、技術方法和拓展學生的視野，為后續課程學習做好必要的知識準備，使學生能在一個較高的層次上利用計算機、并處理計算機應用中可能出現的問題[1]。

美國卡內基·梅隆大學計算機科學系主任周以真教授在2006 年提出的“計算思維”（Computational Thinking），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的思維活動[2]。

大學計算機基礎是大學計算機通識教育的第一門課程，是我校本科教學中重要的校級公共基礎課，其目的是培養學生的信息素養，以及運用計算思維解決自己專業領域實際問題的能力。

大學計算機基礎教學工作面臨著難得的歷史發展機遇與挑戰，參照教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會（2013-2017）確立的課程教學改革總體目標[3]，結合我校的培養定位，明確以計算思維能力培養為核心、探索多元化的教學方案、完善課程教學成效評測方式，從而建設適應時代要求的新的大學計算機基礎教學體系；探索出一套有效的、具有推廣價值的混合式教學模式和課程管理規范；根據各專業人才培養定位的差異，分類分層次落實通識教育的培養目標，使各專業的學生能夠廣泛接受計算思維方法的訓練，提高學生利用計算思維解決專業相關問題的能力；明確學生的中心地位和教師的主導地位，充分調動學生自主學習的積極性。

2 計算機基礎教學的教學現狀

隨著計算機技術不斷發展，大學計算機基礎教學內容不斷增加，課時又逐漸縮減，教師要在有限的時間里講解大量的教學內容，迫使學生每節課要接受大量信息，使絕大多數學生都無法完全消化理解、教學效果不佳；同時學生的計算機知識水平參差不齊，理解問題也不在一個水平線上，導致教學內容銜接不上，課堂教學效果不理想，達不到教學大綱的要求。

另外，各高校不同的專業對大學計算機課程的培養目標和專業需求不盡相同，每個專業要求學生掌握計算機的程度不同，這就要求每個專業計算機課程的配置不同，如果所有專業的教學大綱一樣，那么，學生會認為學的內容和自己本專業無關，學生會產生厭倦心里，對學習內容不感興趣，從而影響教學效果。文科專業的學生計算機側重點應該是計算機的使用能力，而理科專業不僅僅要求學生會熟練的使用計算機，而且還要求學生具有一定程度的計算機軟件開發與創新能力。

還有，在教學中，由于多方面原因，教師普遍存在只講授大綱內容，完成教學任務，而忽略了對計算思維的培養，沒有循序漸進地向學生傳遞計算思維的相關概念和使用方法，沒有注重培養學生的計算思維能力。

3 計算機基礎教學建設與改革

計算機基礎教學是面向非計算機專業的計算機教學，所以它不同于計算機專業的計算機教學，有自身的教學目標、教學內容和教學規律。

3.1 大學計算機基礎教學要分類規劃與實施

計算機基礎內容在計算機知識結構與應用方面，不同的專業對學生的要求差別很大。在一些電類、機械類等專業中，對計算機專業的知識要求相當深入；而對另外一些文科、藝術類專業，則完全是把計算機當作一種專業工具使用。因此，在有限的學時內，針對不同類型的專業，制定不同的教學方案是非常必要的。

基于我校的辦學目標和人才培養定位，大學計算機基礎課在體現計算思維的前提下針對不同專業和學生的接受能力提供多種內容組織方法：強調對問題求解方法的理解，突出如何將問題轉化為算法和程序設計等內容；強調對計算系統和環境的理解，突出計算機技術與專業領域的深度融合，在計算系統理解和問題求解方法上同時體現廣度和深度的要求。在面對不同的人才培養目標時，課程實施方案應按照適用、有效的原則，主動調整教學內容、改革教學模式。

為了更好地講授大學計算機基礎課程，我們對各個學院進行了走訪和調研，結果歸納如下。

（1）理科專業：重點講授0 和1 思維、程序與遞歸、算法思維和網絡化思維；正常講解計算與計算思維、計算系統、數據化思維和計算科學前沿。

（2）文科專業：重點講授數據化思維和網絡化思維；正常講授計算與計算思維、0 和1 思維、計算系統，同時要介紹計算科學前沿和Office 辦公軟件應用。3.藝術和體育專業：重點講授Office 辦公軟件的應用；正常講授計算與計算思維、數據化和網絡化思維和計算科學前沿。

根據調研情況，決定對不同的學院教學內容進行調整，下面為調整后的教學計劃，如表1 所示。

從表1 中可以看出：分學科教學，主要是針對不同專業對課程內容進行整合，使其具有鮮明的專業特色，例如：文科、藝術類，側重于多媒體課件、圖形處理和辦公軟件等教學內容的講授；理工類專業側重于數據分析、計算機編程等教學內容的講授。通過分學科教學，能有效提高學生學習的積極性，教學效果良好。

教師根據學生的專業不同選擇不同的教學內容，進行因材施教，還可以發揮自身的優勢為學生制定專門的教學模塊，所有的教學都要以培養學生的計算思維為根本目的，幫助學生得到更好的發展[4]。

表1 《大學計算機基礎-計算思維導論》系列課程教學計劃

3.2 大學計算機基礎教學不能脫離實踐

計算機基礎教學的重要目標是讓學生更好地利用計算機去解決專業領域中的問題及日常事務問題，因此，在課程設計和建設中，通過教學案例和實踐環節，使學生把學到的知識得到訓練，同時提高學生的計算機應用能力，讓學生領悟到用計算機解決問題的思路和方法，注重學生計算思維的培養，提高學生解決問題的能力。

我校在實施教改的過程中，采用線上線下、課內課外結合式教學（MOOC+SPOC+Moodle+大班教學/小班討論）。

線上：豐富資源+師生互動+學生自測。借助“MOOC+SPOC”資源，改革傳統的課程教學模式，提高計算機基礎課程的吸引力和教學效果。為了實驗教學，我校已建立網絡教學平臺（http://jszx.ysu.edu.cn/moodle/）。該平臺是一個集教案與教學資料發布、作業提交、交流、考試測驗等功能為一體的優秀教學平臺，并能實現監控網絡學習和學習效果。同時建立了按照知識點錄制的微課視頻、任務驅動等實驗項目，學生可以利用這些資源進行自學，以補充課內學時的不足。通過這個平臺來培養學生的實踐能力，實現計算思維能力的培養。

線下：分類教學+課堂精講+小班研討+應用實驗+結課考核。學生在教師引導下，開展研討式、探索式和協作式的學習活動，開展“大班授課，小班討論”的教學方式，為學生課內交流和展現成果提供機會。

線上線下學習內容高度契合，各有分工：線上完整精講、細講知識點、重概念原理和“廣度”學習，線下教師部分精講，理清脈絡，重案例點評和“深度”學習。

通過線上線下的混合式教學模式，培養學生解決問題的科學思維方式和分析解決問題的實踐能力。教師以“發現問題-分析問題-尋求多種解決方案-比較各種方案的優勢”的問題求解驅動式方法來進行項目教學，訓練學生以正確的計算思維方式解決問題，同時使學生充分認識到計算思維的重要性，讓學生在按照上述模式針對另一個項目的求解，引導學生找出盡可能逼近解決實際問題的求解方法。

4 教改效果

期末考試成績由兩大部分組成：期末考核+平時成績，即總成績=期末成績（70%）+平時成績（30%）。其中，平時成績根據學生平時作業、綜合實例和單項測試情況綜合評定；期末成績是利用Moodle 平臺實現在線考試，建立高質量的試題庫，在題庫中，加大主觀題的比例，從考察學生客觀題的重心轉移到主觀題上，鼓勵學生多動腦，多思考，不局限于一種思維，讓學生真正實現面向能力的考核。

分別對2016 級、2017 級學生的《大學計算機基礎》課程的考核結果進行分析，如表2 所示。

表2 考核結果

從表2 中可以看出，2017 級比2016 級學生，理工類成績提高6.04 個百分點，文科類成績提高3.4 個百分點，藝術體育類提高3.53 個百分點。由此可見，從2017 級分類教學開始，由于重視了計算思維的培養，針對不同學科的學生，講授不同的內容，同時培養學生利用計算機來解決本學科問題的能力，已取得初步效果，學生成績已明顯提高。

5 結語

以計算思維為導向進行計算機基礎教育建設是計算機教育發展的正確方向，隨著計算機的不斷發展以及信息技術在教育領域的不斷應用，計算思維能力的培養依舊是教育界，特別是計算機教育領域中一個熱門話題。計算機教育改革必須融入計算思維理念，要積極進行教學內容、技巧和方式的轉變，培養學生計算思維能力，只有這樣才能保障計算機基礎教育的效果。