大學生計算思維素養形成與教學改革

陸廣泉　周遠華

摘 要 根據廣西本科院校在學習“計算機應用基礎”課程所遇到的問題及一線的教學經驗，強調大學生計算思維素養形成的重要性，從融入計算思維于教學、健全線上線下課堂結合的教學體系、探索計算思維于課堂的教學等方面提出改革的建議，最后，對本文內容進行總結，提高學校的教學水平并提供給其他課程的教學改革提供借鑒。力爭達到學生掌握基本的計算機知識、養成終身學習、并在將來解決問題過程中運用計算機思維的能力。

關鍵詞 計算思維 教學改革 計算機基礎 計算機應用基礎

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2021.01.014

Abstract According to the problems and teaching experience of Guangxi undergraduate colleges in learning "computer application foundation"， this paper emphasizes the importance of the formation of college students' computational thinking literacy， and puts forward reform suggestions from integrating computational thinking into teaching， improving the teaching system of combining online and offline classroom， and exploring the application of computational thinking in classroom teaching. Finally， this paper summarizes the content of this paper， improve the teaching level of the school and provide reference for the teaching reform of other courses. Strive to achieve students to master basic computer knowledge， develop lifelong learning， and use computer thinking ability in the process of solving problems in the future.

Keywords computational thinking; teaching reform; fundamentals of computer; computer application foundation

1 計算機基礎課程教學改革的現狀與重要性

1.1 國際人工智能、大數據等技術現狀

美國把人工智能和大數據研究提高到了國家戰略層面。在先進的制藥產業，運用機器學習技術，采用大數據和模式識別的方法來識別化合物的相關靶點關系，并得出有效的模式結論。此外，美國希望在科研教學、環境科學、工程技術等多個領域獲得突破。

歐盟在大數據研究方面，研究數據價值鏈，加大“大數據”和“開放數據”領域的研究的資金投入。構建開放的數據政策生態;促進科研實驗數據共享以及數據的再次利用。英國則通過政府制定政策，開放交通運輸、氣候變化和人們健康的核心數據庫;而英國皇家學會則考慮科研數據在各研究團體及工作用戶等群體中進行共享。法國政府則以教育為目標，把培養軟件制造商、信息系統設計師為目標，并對這些行業進行計劃投資。此外，法國在制定政策上，大力支持大數據相關的產業，要求政府部門和企業協作，投資3億歐元來推進大數據與人工智能領域的發展。

1.2 國內計算機基礎教學現狀分析

隨著人工智能和大數據的發展，我國越來越重視中小學信息技術教育，全國各地高校的學生中，80%以上的中學階段進修了信息基礎課程，主要得益于個人計算機在家庭的普及。廣西地區高校對計算機基礎課程教學重視程度不夠。由于計算機基礎屬于非計算機專業的公共課，而不是通識課程，教學停留在傳授知識層面，使大部分學生忽視了該課程，而且學生覺得，計算機基礎知識與專業知識學習不相關，助長了知識脫節和偏離。

由于計算機基礎考試題型、題目相對固定，使得學生應試心理嚴重，促使學生通過刷題、死記硬背或強行記憶來進行學習。這樣，造成教學范圍狹窄、教學內容相對固定，學生修習完課程，不會舉一反三、積極性難以提高，這都影響著計算機基礎課程的教學。

針對廣西高校計算機基礎教學方面存在的不足，本文研究大學生計算機思維素養形成與教學方式改革，讓學生進一步提高這一素養，為將來運用計算思維解決實際能力做準備，也給教師提高課堂教學質量提供新的方法和思路。

2 當前計算機應用基礎課程教學存在的問題

疫情突然暴發以來，許多高校不能按時間開學，紛紛延遲或推后開學。為了不影響或減少疫情對學校日常的教學和科研活動的影響，全國各地院校熱衷于借助愛課程（中國大學MOOC）、學堂在線、智慧樹網、網絡視頻會議、超星學習通等網絡平臺進行線上課程資源開放，并指導學生按教學進度進行學習、討論及互動交流，這一外部環境的變化，使得我國的本科網上教育技術急速擴大。特別地，2020年2月17日，據超星學習通平臺監測顯示平臺當天訪問量，在早上8：00達到200萬的訪問量，而在11：00暴增至900萬訪問量，需要啟動阿里云、華為云、超星三家服務器同時運行，并要求各高校錯開開學高峰，并暫停教師上傳資料和直播測試等影響訪問的操作。可見，在應對突發事件過程中，許多教學活動必須依賴于互聯網線上平臺進行授課。因此，具有靈活性的混合式教學改革勢在必行。傳統的線下教學雖然有其優點，但存在許多弊端。具體表現如下：

2.1學校對計算機應用基礎課的重視程度不夠

非計算機專業的學生和教師、學校普遍認為計算機應用基礎課是一門公共基礎課，沒有上升到通識教育的范疇。一方面，教師認為非計算機專業的學生，只需掌握基礎的計算機知識，對計算機原理、核心理論部分沒有高要求，只是隨意提到要點，從而導致學生在學習這部分知識的積極性不夠。[4]另一方面，絕大部分非計算機專業的學生認為只要學會常用的打字、瀏覽網頁、娛樂、觀看視頻就等于掌握了計算機的基本知識。沒有把計算機應用基礎當作一個必備的學習工具、輔助將來工作及學習的利器來進行掌握。

2.2各個專業學生的計算機水平不一，難以進行因材施教[5][6]

學生的知識體系各不相同，如相對于文科相關專業學生，理工科的學生在學習計算機過程中，動手能力和理解能力上要好一些。而針對地域性差異，來自城市里的學生，其計算機水平相對于來自農村的學生要高一些。在傳統線下內容講解時，容易忽視個體差異，集體教學難以做到因材施教。

2.3教學方式落后單一，忽視能力的培養

傳統的知識講授式線下教學，以課本內容和PPT為主，知識單一，不夠豐富，形式上以教師講課、學生聽課為主要教學活動。

2.4考核方式過于簡單，不夠靈活

傳統的教學，很難監控或掌握學生學習過程的表現。只通過期末考試，布置練習來了解學生的知識掌握情況。

3 計算思維素養與計算機基礎教學改革與建議

計算機思維是21世紀人們需要培養、形成的解決問題的方法，其根本是學生通過學習計算機基礎知識、工作原理之后，可以運用計算機作為輔助工具，解決實際應用中的問題。因此，在教學中，只有把計算機思維講解清楚、利用案例教學與任務驅動等方式培養學生在生活中運用計算思維解決專業相關問題的能力，提高學生的自信心和信息技術水平。

3.1 融入計算思維于計算機基礎教學

“計算思維”最早由美國卡內基*梅隆大學計算機科學系主任周以真提出，是指采用計算機科學的基礎概念進行求解問題、設計系統以及理解人類行為等涵蓋計算機科學領域的一系列思維活動。計算思維的核心是“構造”。計算思維主要有三個階段的迭代過程：（1）抽象（Abstraction）。抽象主要是將現實生活中復雜難解的應用問題，抽象成為可計算問題。抽象主要根據問題，對其進行形式化描述，將原問題轉化成可解的問題，即，問題的表示。（2）自動化（Automation）。即，將自然語言描述的問題轉化成為計算機可執行的語言。問題轉換后，需要執行與求解，因此，需要將自然語言的描述性問題轉換為計算機語言，可以使問題充分得到解決。（3）分析（Analyses）。即分析解決方案的執行和評估，檢驗所設計的模型是否可行、是否有效。因此，把計算思維貫穿計算機基礎教學中，利于培養和訓練學生的思考問題的能力和自制力，提高課堂教學的質量。

3.2 健全線上線下課堂結合的教學體系

愛課程（中國大學MOOC）、學堂在線、智慧樹網、網絡視頻會議、超星學習通等平臺資源的涌現，給計算機基礎教育帶來了新的生機和挑戰。（1）甄選的教學內容結合實際應用，將培養計算思維能力作為課程學習核心，以案例驅動及實踐操作為載體，將計算思維的培養融入網絡教學和課堂教學中去，突出面向應用、突出實踐能力的培養。（2）根據我校專業的不同，對知識點進行切割，利用不同專業授課進行選擇，并運用計算思維來更新計算機基礎課程內容和知識體系，通過這一內容更新，側重學生利用計算思維解決專業（下轉第35頁）（上接第32頁）問題和研究創新能力的培養。側重層次教學，避免千篇一律的內容設計。

3.3 探索計算思維教學的新方法

在“互聯網+”時代，涌現了翻轉課堂、移動終端學習、網絡微課學習、在線會議等新興教育技術給計算機基礎帶來機遇與挑戰，如果將新興的教育技術結合到教學中，是一線教師應該思考的問題。作為教育工作者，在教學中，采取傳統教學、線上知識內容傳授的混合授課模式，探索教師傳播知識的新方法以及學生主動學習能力的培養，發揮學生的主動性、教師的引導和引領作用，拓寬計算思維能力的培養。（1）構建豐富的教學資源庫。依托現有的智慧樹平臺，運用大數據與網絡技術將優秀的教育資源共享給各個學校和培訓機構，是一種新型、先進的在線教育模式。在現有的教學資源庫中，更新教學資源，融入計算思維教學。教師可以通過QQ、釘釘、微信等平臺與學生進行互動、探索課程學習中的疑問，達到對教學資源的優化。（2）構建微信公眾平臺。搭建計算機基礎知識視頻、圖片和文本信息的推送平臺，有助于學生充分利用碎片化時間，打破教學的時空限制。（3）知識點的粒度化設計。把計算機基礎課程中的知識點重新設計，針對不同的專業、如數學、物理、音樂、舞蹈等差距較大的專業，做差異化教學資源整合。

4 小結

本文針對目前計算機基礎教育存在的現狀進行分析，將計算思維融入教學改革中，探索并健全線上線下課堂結合的教學體系改革、探索計算思維教學的新形式，采用這些新方式進行教學，獲得了教學質量的提升，讓學生能夠在學習計算機基礎知識的同時，運用計算機高效的解決問題的能力，這一方法的實施，可以為其他計算機課程教學提供借鑒，也給教師創新教學方法提供新思路。

參考文獻

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[5] 鄭偉俊，詹瑾，陳丹妮.基于計算思維的中職《計算機應用基礎》課程教學改革研究，2019（12）：37-40.

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