計(jì)算思維引導(dǎo)下的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)方法探討

劉亞輝 周長(zhǎng)勝 李桂芝

摘 要：針對(duì)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中存在的狹義的技能培養(yǎng)、教學(xué)層次與專業(yè)導(dǎo)向不分明以及課程設(shè)置缺少延續(xù)性等問題，對(duì)現(xiàn)有教學(xué)模式、教學(xué)方法與課程設(shè)置情況進(jìn)行了探討。提出以計(jì)算思維思想為指導(dǎo)，培養(yǎng)思維方法為教學(xué)目標(biāo)，提高學(xué)生用計(jì)算機(jī)解決問題的能力的解決方案。結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，對(duì)有專業(yè)差異化的計(jì)算思維教學(xué)方法進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)；計(jì)算思維；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1002-2589（2014）24-0224-02

引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)已經(jīng)滲透到各行各業(yè)，這對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)提出了更高的要求。當(dāng)前，對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生，通過計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)常用軟件的操作基本都能掌握，但由于對(duì)計(jì)算機(jī)思想與理論學(xué)習(xí)欠缺，致使使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行應(yīng)用創(chuàng)新能力不足。如何使學(xué)生學(xué)會(huì)將問題轉(zhuǎn)化成能夠用計(jì)算機(jī)解決的形式，需要進(jìn)行計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。卡內(nèi)基？梅隆大學(xué)周以真教授指出計(jì)算思維[1]是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為。是從具體的算法設(shè)計(jì)規(guī)范入手，通過算法過程的構(gòu)造與實(shí)施來解決給定問題的一種思維方法。此后，九校聯(lián)盟[2]中指出計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程重在計(jì)算思維的培養(yǎng)，即基于計(jì)算環(huán)境與約束的問題求解。并在《九校聯(lián)盟（C9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》中，達(dá)成四點(diǎn)共識(shí)：

（1）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)是培養(yǎng)大學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力不可或缺的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新人才的重要組成部分；（2）要把“計(jì)算機(jī)思維能力的培養(yǎng)”作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)；（3）進(jìn)一步確立計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的基礎(chǔ)地位，加強(qiáng)隊(duì)伍和機(jī)制建設(shè)；（4）加強(qiáng)以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為核心的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程體系和教學(xué)內(nèi)容的研究。

教指委《關(guān)于申報(bào)大學(xué)計(jì)算機(jī)課程改革項(xiàng)目的通知》中指出，大學(xué)計(jì)算機(jī)的教學(xué)總體目標(biāo)要求是“普及計(jì)算機(jī)文化，培養(yǎng)專業(yè)應(yīng)用能力，訓(xùn)練計(jì)算思維能力”[3]。結(jié)合計(jì)算思維的教學(xué)理念，反思目前大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)，不難看出還存在以下問題[3][4]：

第一，《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程》作為大學(xué)第一門計(jì)算機(jī)類課程，其教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，部分學(xué)生在初、高中已修過相關(guān)課程并掌握，致使該課程的教學(xué)內(nèi)容與課程設(shè)置的合理性、必要性問題上存在爭(zhēng)議。

第二，《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程》教學(xué)中以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)操作技能為目標(biāo)的教學(xué)目的過于狹隘。有些觀點(diǎn)認(rèn)為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程主要是讓學(xué)生學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)的基本操作、學(xué)會(huì)使用一些工具軟件。

第三，學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)方面表現(xiàn)出良好的接受能力，但是對(duì)于計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的思想和理論知識(shí)匱乏，習(xí)慣使用已有的技術(shù)手段，而不是采用科學(xué)的思維方式尋求問題的解決方案，這也是學(xué)生普遍缺少創(chuàng)新性思維的問題所在。

第四，不同專業(yè)對(duì)《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程》的知識(shí)結(jié)構(gòu)與應(yīng)用類型要求是有差異的。而現(xiàn)存大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)體系、教學(xué)模式與教學(xué)手段對(duì)學(xué)生計(jì)算機(jī)水平的參差不齊的教學(xué)層次劃分不明顯；體現(xiàn)專業(yè)應(yīng)用需求方向上還缺乏明確的導(dǎo)向。

因此，拓展教學(xué)思維、明確教學(xué)目標(biāo)，完善從中等教育到高等教育的過渡，是教學(xué)改革中值得思考的一個(gè)環(huán)節(jié)；大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)培養(yǎng)應(yīng)該對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)的思維形式有更深入的理解，逐步從狹義的“技能培養(yǎng)”向“能力培養(yǎng)”轉(zhuǎn)化；針對(duì)專業(yè)差異，完善不同層次的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程建設(shè)是教學(xué)改革中需要考慮的一個(gè)方面。在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，針對(duì)不同類型的學(xué)校和專業(yè)，制定有相應(yīng)特色的教學(xué)計(jì)劃、改進(jìn)教學(xué)方法，以教學(xué)思維指導(dǎo)思想組織教學(xué)的內(nèi)容是必要的。本文從不同層次的培養(yǎng)目標(biāo)、不同專業(yè)應(yīng)用需求角度出發(fā)，深入探討大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程建設(shè)的問題。

一、我校大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程現(xiàn)狀

目前，除少數(shù)計(jì)算機(jī)專業(yè)外，我校對(duì)大一非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的授課內(nèi)容主要是《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》+《C語言程序設(shè)計(jì)》，少數(shù)專業(yè)開設(shè)《VB語言程序設(shè)計(jì)》。其中，《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》是高等教育階段面向非計(jì)算機(jī)專業(yè)新生開設(shè)的第一門計(jì)算機(jī)課程，目前的教學(xué)目標(biāo)主要是注重計(jì)算機(jī)實(shí)踐能力的培養(yǎng)，使大學(xué)畢業(yè)生能夠熟練掌握計(jì)算機(jī)操作技能，應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決本專業(yè)問題，畢業(yè)后適應(yīng)社會(huì)工作的需要。學(xué)時(shí)為32學(xué)時(shí)，其中，授課18學(xué)時(shí)，上機(jī)14學(xué)時(shí)。而《C語言程序設(shè)計(jì)》的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生理解與掌握結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的基本思想及基本概念，基本掌握使用C語言進(jìn)行結(jié)構(gòu)化編程的方法及過程，針對(duì)專業(yè)不同，分別開設(shè)72學(xué)時(shí)、64學(xué)時(shí)與48學(xué)時(shí)《C語言程序設(shè)計(jì)》課程。大一、大二開設(shè)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，在教學(xué)內(nèi)容與課程設(shè)置中還存在以下問題：

1.盡管大多數(shù)學(xué)生順利通過大學(xué)階段的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程考核，卻難以適應(yīng)工作、學(xué)習(xí)中對(duì)計(jì)算機(jī)技能的需求。在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)上忽略了專業(yè)差異，內(nèi)容繁雜。期末考核主要是對(duì)office操作進(jìn)行考核，而在教學(xué)中，office內(nèi)容卻不作為重點(diǎn)內(nèi)容講解，存在“考教不一致，重點(diǎn)不突出”的不足。

2.根據(jù)我校專業(yè)設(shè)置情況，不同專業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)與應(yīng)用類型要求是有差異的。而目前計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的設(shè)置，針對(duì)專業(yè)特色的教學(xué)內(nèi)容不能體現(xiàn)差別。傳統(tǒng)的《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》+《C語言程序設(shè)計(jì)》的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程設(shè)置過于單一，在知識(shí)分層與體現(xiàn)專業(yè)應(yīng)用需求方向上還缺乏明確的導(dǎo)向。

3.大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)學(xué)科授課內(nèi)容的局限性使得知識(shí)更新落后于新技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)現(xiàn)存教學(xué)體系、教學(xué)模式、教學(xué)手段對(duì)學(xué)生計(jì)算機(jī)水平的參差不齊的教學(xué)層次劃分不明顯，所謂的因材施教仍是需要大力度、實(shí)質(zhì)性的改革。

4.計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)還缺乏一定的連貫性。學(xué)生在大一學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)相關(guān)課程，由于在后續(xù)課程中較少用到相關(guān)知識(shí)或不再接觸計(jì)算機(jī)課程，畢業(yè)后在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，不能得心應(yīng)手。

二、大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程改革探討

在計(jì)算思維能力的教學(xué)培養(yǎng)方法上，目前還處于探討與試點(diǎn)實(shí)踐階段。文獻(xiàn)[2]提倡對(duì)教學(xué)內(nèi)容按計(jì)算思維的指導(dǎo)理念重新組織；突出思維訓(xùn)練的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)；通過問題引導(dǎo)、專題研討等方法提高教學(xué)效果。文獻(xiàn)[5][6]指出教學(xué)內(nèi)容通過算法的基本概念、設(shè)計(jì)方法、算法分析與典型算法；程序設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)、語法語義、計(jì)算機(jī)的硬件、軟件課程與編程語言進(jìn)行滲透。

計(jì)算思維的教學(xué)需要建立合理的計(jì)算機(jī)教學(xué)課程體系與知識(shí)結(jié)構(gòu)；在教學(xué)中注重問題的算法描述，將問題轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢杂糜?jì)算機(jī)處理的模式；在課程設(shè)置中，針對(duì)專業(yè)差異與培養(yǎng)目標(biāo)，設(shè)置有一定針對(duì)性的計(jì)算機(jī)課程。可以從以下幾點(diǎn)考慮：

1.針對(duì)文理科學(xué)生實(shí)施分階段、分層次、側(cè)重點(diǎn)差異化教學(xué)。對(duì)理工科學(xué)生加強(qiáng)程序設(shè)計(jì)算法教學(xué)，這部分內(nèi)容在先前的程序設(shè)計(jì)教學(xué)中已經(jīng)存在，需要從無意識(shí)向有意識(shí)的教學(xué)轉(zhuǎn)變，強(qiáng)調(diào)用計(jì)算機(jī)解決問題的思維方式；

2.對(duì)于文科學(xué)生，除了講解計(jì)算機(jī)基本原理、基礎(chǔ)的編程算法外，還可以適當(dāng)增加辦公軟件的高級(jí)應(yīng)用。例如：高級(jí)層講授內(nèi)容可以涉及：word的版面編排設(shè)計(jì)、excel的數(shù)據(jù)管理與分析、PPT的高級(jí)應(yīng)用以及office的VBA宏及應(yīng)用等。

3.計(jì)算思維的教學(xué)內(nèi)容主要涉及：計(jì)算思維和計(jì)算理論、算法基礎(chǔ)和通用語言、計(jì)算機(jī)硬件與軟件技術(shù)等。如：計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)原理、圖靈機(jī)、計(jì)算復(fù)雜度以及常用算法與程序等。

4.針對(duì)課程開設(shè)的延續(xù)性問題，采用“1+X”教學(xué)改革方案。有的非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生在大一學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)相關(guān)課程，由于在后續(xù)課程中較少用到相關(guān)知識(shí)或不再接觸計(jì)算機(jī)課程，以致不能滿足就業(yè)時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)能力應(yīng)用的需要。對(duì)學(xué)生可以開設(shè)計(jì)算智能類選修課程，讓學(xué)生能夠在現(xiàn)有的高中數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上，利用《模式識(shí)別》、《神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)》等知識(shí)，讓學(xué)生初步了解計(jì)算機(jī)怎樣實(shí)現(xiàn)對(duì)不同的物品分類；怎樣實(shí)現(xiàn)對(duì)不同的形狀分類，了解計(jì)算機(jī)怎樣代替人腦進(jìn)行思考，還可以用MATLAB軟件進(jìn)行仿真演示，這為理工科學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)起到很好的啟蒙作用。

三、結(jié)束語

本文以計(jì)算思維思想為指導(dǎo)探討了大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的教學(xué)內(nèi)容與課程設(shè)置等問題。針對(duì)我校目前課程教學(xué)與設(shè)置中存在的不足，提出當(dāng)面向不同的非計(jì)算機(jī)專業(yè)開設(shè)時(shí)，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)分層次、分階段設(shè)計(jì)，并側(cè)重于考慮與專業(yè)特色相結(jié)合。理工科應(yīng)該突出培養(yǎng)用計(jì)算機(jī)分析、解決實(shí)際問題的思維能力。同時(shí)，提出采用“1+X”的教學(xué)思想，使得計(jì)算機(jī)教學(xué)具有良好的延續(xù)性，將相關(guān)教學(xué)內(nèi)容相承和滲透，課程間相互銜接，，進(jìn)而獲得計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系的整體優(yōu)化與提高。

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Discussion on Computer Fundamentals Guided by Computational Thinking

LIU Ya-hui， ZHOU Chang-sheng， LI Gui-zhi

（Computer Center， Beijing Information Science and Technology University， Beijing 100192，China）

Abstract： There exist some problems during the teaching of computer fundamentals， such as narrowly skill training， lacking in continuity etc. In addition， teaching levels and furtherance arent obviously related to specialty. Present teaching modes， teaching method and course offering are discussed. A solution is put forward， which is for the purpose of cultivating thinking method， improving students abilities of solving problems guided by computational thinking. Meanwhile， method is described according to the major difference， which is combined with teaching experience.

Key words： Computational Thinking， Computer Fundamentals， teaching reform