基于計算思維能力培養的計算機基礎課程教學研究

胡 樂 杜曉靜 何秋燕

（鎮江船艇學院 江蘇 212003）

0 前言

信息技術的核心是計算機技術，而《大學計算機基礎》是培養學員計算機能力的一門基礎課程。中國高等院校計算機基礎教育改革課題研究組在2008年提出，對大學員計算機應用能力的三大要求是：操作使用能力、應用開發能力和研究創新能力。

隨著信息化教育的普及，傳統的計算機應用技術課程在中小學中已經得到了很好的推廣，許多大一新生已經能夠比較熟練的操作計算機了。如果還是主要教學員使用計算機，僅僅把計算機作為一個工具，不僅不能吸引學員，而且還會使很多學校的領導認為計算機基礎這么課程可有可無，學時被壓縮。

1 計算思維與大學計算機基礎教學改革

周以真教授在Communications of the ACM雜志上給出計算思維(Computational Thinking)的定義：計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計和人類行為理解，它是涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。

根據周以真教授的設想，一個已經具備計算思維能力的人，如果他遇到了一個問題，他能夠理解其哪些方面是可以計算的；能夠使用相應的計算工具或技術進行評估，能夠理解計算工具和技術所具有優點和缺點；能夠用它去解決新的問題；能夠抓住使用新的計算方式的機會；能夠在任何領域應用采用相應計算方法。而對于已經具備計算思維能力的科學家、工程師以及其他專業人士來說，應該能夠創新的計算方法來解決具體的專業問題，能夠通過對海量數據分析而得到新的科學發現，能夠提出之前沒有想過或者由于問題的規模不敢提出但能夠用計算思維進行處理的問題，能夠使用專業的術語對問題及其解決方案進行解釋等等。

2010年7月，首屆“九校聯盟(C9)計算機基礎課程研討會”就目前計算機基礎教學存在的問題進行了研討，并就如何提高計算機基礎教學形成以下共識：1)計算機基礎教學應注重培養大學員創新能力和提高大學員綜合素質。2)把培養計算思維作為計算機基礎教學的核心任務。3)進一步確立計算機基礎教學的基礎地位。4)加強基于計算思維的大學計算機基礎教學改革探索。

2 計算機基礎教學改革建議

2.1 轉變教學觀念、重建教學模式

在大學計算機基礎課程中實施了“以計算思維為導向”的教學模式，突出了對計算機系統設計思想的理解和對計算思維能力的培養。計算機基礎教育的核心是要潛移默化地使學員養成一種新的思維方式，學會運用計算機科學的基本概念對問題進行求解、系統設計和行為理解，即建立計算思維。為此，在計算機教學過程中，我們改變了傳統的知識講述方式，利用思維導圖對知識進行歸納和演繹，有意識地以提出問題、分析問題、解決問題的“探究式”教學方法來介紹計算機系統設計的基本思想，強調計算機領域的思維方式(如并行、折衷、貪心、分治、回溯等)，體現知識之間的聯系。

例如，在介紹計算機系統的存儲管理時，我們采用了如下的思維導圖：中央處理器—＞內存—＞虛擬內存—＞磁盤存儲器，強調該例體現了計算機領域速度與容量“折衷”的思想。再如，在介紹計算機編碼技術時，我們采用了如下的思維導圖：“0”、“1”二進制編碼—＞數值的編碼—＞字符的編碼—＞漢字的編碼—＞聲音的編碼—＞黑白圖像的編碼—＞彩色圖像的編碼—＞視頻的編碼。這一思維導圖能夠幫助學員建立連貫的知識體系。通過對知識的歸納和演繹，突顯了對計算思維能力的引導，使得同樣的教學內容，達到了截然不同的教學效果。

2.2 加強教學方法與手段的研究

在理論教學中以培養學員應用計算機和計算思維解決實際問題的基本能力為核心，注重基礎知識的教學，加強對問題求解、設計與實現模型的學習與訓練。改變以往技能講解學習為基礎的培養方式。例如，在學習計算機網絡中，我們從一臺計算機到多臺計算機與各種電子設備的集成入手。這時就會產生各個設備如何進行連接，尤其是當連接的設備距離較遠甚至跨省市或國家時如何處理?再有各臺設備所使用的操作系統平臺不一樣、利用電話又是如何實現數據間的通信處理等等一系列問題。這些問題就引出了網絡的傳輸介質、連接設備與網絡協議等概念。進而讓學員學習相關知識，自然且易理解，進而達到舉一反三的效果，

而實驗內容則側重學員的計算機基本技能的訓練和綜合應用能力的培養，按照基礎實驗、拓展實驗和創新實驗進行分層次教學。學員依據理論教學要求和自身的基礎，選擇必做以及選做的實驗。通過分類分層的多元化教學模式和一系列實驗訓練。培養學員計算思維和數據獲取等方面的能力，探討新教學方式對學員學習的益處和改善點，以“技能一能力一思維”的三層培養目標為核心，加強計算機應用技能對各專業的學員專業研究與開發能力的支撐。全面提高學員的計算機文化素養。

2.3 增加實驗內容的綜合性和趣味性

傳統教學策略在設計實驗內容時，更多的是增加學員的感性認識和上機實驗能力，缺少趣味性和綜合性，忽視了計算思維能力的培養。由于大學員對新鮮事物好奇，有著豐富的想象力，因此，好的實驗內容設計，要盡量趣味化，貼近生活，給學員留出創新思維的空間，強調問題抽象、求解思路和形式化描述。

在實驗內容設計時，除要求學員完成一般基本的題目，還適當給出一些綜合性的題目，要求學有余力的學員完成，并給予適當的指導。同時，網上學習中心平臺還給出相關計算思維的文章和學習資料，要求學員在學習之余閱讀，并提交學習的體會。

2.4 提高考核標準的基礎性和實用性

以計算思維為核心的課程改革正在不斷地探討和深入，實施中還會遇到一些問題需要解決和面對。對于該課程的考核標準，我們認為應該體現“大學計算機基礎”課程在高等教育中的基礎性地位。對于技能性要求的內容，要求學員必須要達到考核標準，具備在信息化社會中熟練使用和操作計算機的能力，這些技能型知識的學習通過大學計算機基礎實驗課程來完成。對于思維性訓練的教學內容，則應該精心設計考核內容，檢驗學員通過課程的教學獲得了哪些思維方法，檢驗學員抽象問題、解決問題的思路。

3 結束語

將計算思維理念引入計算機基礎教學中，培養學員運用計算思維來解決各類問題的能力，對當今大學教育來說是一個有力的挑戰。大學計算機基礎課程的改革探索就是為此所做的工作之一，由過去單純介紹計算機知識，變為有應用目標地學習知識，將專業性很強的計算機科學知識點，變為邏輯上合理、學員易接受的知識單元，不僅增強了學員的學習興趣，還有助于計算學科中各種知識的普及。實踐教學也證明，課程的改革還能大幅度地提高教學質量與教學效果，對今后進一步培養學員解決實際問題和研發創新能力有重要的理論指導作用。

[1]中國高等院校計算機基礎教育改革課題研究組.中國高等院校計算機基礎教育課程體系2008[M].清華大學出版社.2008.

[2]Jeannette M W.Computational Thinking[J].Communications of ACM.2006.

[3]欽銘,陸漢權,馮博權.計算機基礎教學的核心任務是計算思維能力的培養——<九校聯盟(C9)計算機基礎教學發展戰略聯合聲明>解讀[J].中國大學教學.2010.

[4]董榮勝,古天龍.計算思維與計算機方法論[J].計算機科學.2009.

[5]黃朝輝,陳志輝.基于計算思維的大學計算機基礎教學改革探索.宜春學院學報.2013.

[6]唐鳴.大學計算機基礎課程教學中計算思維能力培養研究.計算機光盤軟件與應用.2012.