以培養計算思維為導向的計算機基礎課程改革

郭小燕，韓俊英

(甘肅農業大學信息科學技術學院，甘肅蘭州730070)

大學計算機教育是培養信息時代大學生綜合素質和創新能力不可或缺的重要環節。但在信息技術高速發展的背景下，計算機基礎課程在中小學早已普及，使得許多大學生在入校時已具備一定的計算機操作技能，這對大學計算機教育提供了基礎，同時也造成了一定的沖擊。大學計算機教育將何去何從，這引發許多本科院校對大學計算機基礎課程的課程結構、性質以及定位的再一次思考，同時也將其推到不得不進行改革的風口浪尖上。

一、計算機基礎課程性質及發展歷程

自20世紀80年代我國各個大學普遍開設計算機基礎課程以來，計算機基礎課程教學在不斷的改革與調整中主要經歷了以下3個階段［1］。

(一)第一階段

1997年教育部高教司發布了《加強非計算機專業計算機基礎教學工作的幾點意見》(即155號文件)，同時規劃了“計算機文化基礎”、“程序設計語言”、“計算機軟件技術基礎”、“計算機硬件技術基礎”和“數據庫應用基礎”5門課程及教學基本要求，確立了計算機基礎課程的地位，并對課程體系作了規范化整合。

(二)第二階段

起始于2004年，在《關于進一步加強高等學校計算機基礎教學的意見暨計算機基礎課程教學基本要求》中，明確提出了進一步加強計算機基礎教學的若干建議，構建了“1+X”的課程設置方案，并將“大學計算機基礎”作為第一門課程。此項改革促進了計算機基礎教學不斷向科學、規范、成熟的方向發展。從早期對于大學生計算機技能的培養，逐步過渡到對于計算機應用能力的培養。

(三)第三階段

2010年，北京大學、清華大學、西安交通大學等9所“985工程”高校在西安召開了首屆“九校聯盟(C9)計算機基礎課程研討會”。會后發表了《九校聯盟(C9)計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》達成4點共識:(1)計算機基礎教學是培養大學生綜合素質和創新能力不可或缺的重要環節。(2)旗幟鮮明地把“計算思維能力的培養”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，加強隊伍和機制建設。(4)加強以計算思維能力培養為核心的計算機基礎教學課程體系和教學內容的研究［2］。

會后，國家明確定位計算機基礎課程是和數學、物理同地位的基礎課程，計算機不僅為不同專業提供解決專業問題的有效方法和手段，而且提供了一種獨特的處理問題的思維方式——計算思維，這也成為推動計算機基礎教育邁入第三次重大改革的主要力量。

計算思維作為推動人類社會文明進步和科技發展的3大科學思維(理論思維、實驗思維和計算思維)之一，以計算思維培養為切人點是今后大學計算機課程深化改革、提高質量的核心任務。

二、計算機基礎課程所面臨的危機

現階段，除一些985，211重點院校以及部分一本院校外，大部分二本院校，農林院校，師范院校，醫科院校計算機基礎課程的發展仍處在第二階段，因此，面臨計算機的普及、全民信息化的背景，以及中小學生已開設相關的計算機課程，大學生入學時已具備相應的計算機能力的現實，大學計算機基礎課程正遭遇著巨大的危機，以至大學生、教師、學校、社會、對計算機基礎課程都產生了懷疑，同時圍繞這門課程是否有意義，是否該保留，是否應該弱化，展開了激烈的討論，歸結起來，產生這種懷疑的主要原因有以下兩點。

(一)狹義工具論

認為教計算機基礎就是教授計算機工具及其使用方法。許多大學的計算機基礎教育的重點是一些實用軟件及工具的介紹，“工具”意味著它是一種輔助性學科，并不是主業，這種狹隘的認知對信息科技的全民普及極其有害。

(二)課程內容設置不合理

課程的內容與大學生在中學時學到的計算機的內容有較大的重復，學生在上課時提不起興趣。計算機基礎課程在理論課堂中沿襲多年不變的以講解Office應用軟件的操作為主，使學生聽課與練習脫節，從而喪失學習的興趣。加之教師自身對課程的理解不充分，面臨學生以及社會的質疑，教師對課程也開始懷疑，并陷入進退兩難的尷尬境地。

三、計算機基礎課程改革方案

(一)改革思路

響應教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會所提出的大學計算機基礎課程新一輪改革的思路，以培養學生計算思維為導向，以提高大學計算機綜合應用能力為目標，深入推進基礎課程改革，促使高校大學生計算機基礎教育盡快邁進到計算機基礎教育的第三個階段，開啟計算機基礎課程改革的歷程。

學生審題能力在“趣味四部曲”中悄然提升，相信其他方面的學習如果能緊緊抓住“趣味性”這一主線，一定可以讓學生在輕松、愉悅的氛圍之中主動學習并掌握。

(二)改革方案

1．在課堂教學中加強計算思維的培養。計算思維(Computational Thinking，CT)是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統和理解人類行為，本質是抽象化和自動化。它是如同所有人都具備“讀、寫、算”(簡稱3R)能力一樣，都必須具備的思維能力［3］。大學計算機課程對學生計算機能力的培養，不能停留在技能、工具培養的層次，而是將學生思維能力的培養作為一個重要任務，并將其提升到一個新的高度，使計算機不只是軟件、硬件等人造物呈現給我們的生活，而是讓它被人們用來求解問題、管理日常生活以及與他人進行交流和互動。計算機枯燥且沉悶，人類聰穎且富有想象力。是人類賦予計算機激情，反過來，是計算機給了人類強大的計算能力，人類可以利用這種力量去解決大量計算的問題［4］，以下兩個示例來說明人類思維與計算思維的相輔相承。

示例1將兩個變量x，y中的數據進行交換。

思維方式

(1)變量是內存中的空間，可將其看作一個容器，用來存放數據。

(2)有x，y兩個容器，分別放著數據5和數據6(假設)，任務是將兩個容器中的數據進行交換。

(3)生活中的實例，有兩個杯子，紅杯里面盛有牛奶，藍杯里盛有水，任務是將兩個杯中液體進行交換。

(4)生活中的實例的解決方案是，再借助一個杯子。

(5)計算機中問題的解決方案類似，再借助一個變量t。

(6)計算機程序段:

T=x:x=y:y=t示例2將10個數據存放在數組中，求這10個數中的最大數。

思維方式

(1)10個數放在10個連續的容器中，分別以a(1)到a(10)編號，求這些容器存放的最大數。

(2)生活中的實例，10個盒子，每個盒子中都放了1個蘋果，找出盒子中放置的最大蘋果。

(3)生活中實例的解決辦法，假定第一個盒子中的蘋果最大，拿它跟第二個盒子的蘋果相比較，如果第二個盒子里的蘋果比較大，拿起第二個蘋果，再跟第三個比較，依此類推，將剩下的9個蘋果逐個做比較，總是拿起較大的蘋果，比較結束時，最后手中拿到的就是最大的蘋果。

(4)計算機程序實現

Max=a(1)

For i=2 to 10

If max＜a(i)then max=a(i)

Next i

Print max

由此可見，計算思維與人類思維相互滲透。在計算機基礎課程的教育中，應該注重技能培養與計算思維并重，在課堂中注意培養學生的計算思維，同時也將計算思維和日常生活相聯系。

2．優化計算機基礎課程培養層次。以教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會對于大學計算機基礎課程第三次重大改革的思路和內容為導向，提出對于非計算機專業分層次開設計算機基礎課程的模式。分別為“計算機應用基礎”，“計算機程序設計”，“計算機程序設計提高”，“計算機綜合應用與興趣培養”4個層次，如表1所示。

(1)計算機應用基礎:開設“計算機應用基礎”課程，以培養學生具有最基本的計算機知識和技能為目標，訓練學生計算機操作能力為任務。理論部分主要為計算機硬件基礎、計算機軟件基礎、算法基礎，實踐部分分為主流辦公軟件(Word，Excel，PowerPoint)的使用和計算機網絡的基礎操作兩大組成部分。

(2)計算機程序設計:以培養學生具有邏輯思維的能力和基本的程序設計能力為目標，以訓練學生具有用計算機解決實際問題的能力為任務。針對學生所學專業的特點分別開設“VB程序設計”，“C程序設計”，“VFP程序設計”。

(3)計算機程序設計提高:以培養學生計算機程序設計能力為目標，以訓練大學生對于程序設計語言的綜合應用能力為任務。針對學生所學專業的特點分別開設《VB程序設計提高》，《C程序設計提高》，《VFP程序設計提高》。

(4)計算機綜合應用與興趣培養:以培養學生的計算機興趣，計算機綜合應用能力為目標，訓練學生利用計算機解決專業問題的能力，開闊學生眼界為任務。開設的課程有“網站建設與網頁設計”，“計算機網絡技術及應用”，“多媒體技術及應用”，“數據庫技術及應用”，“計算機組裝與維護”，“Photoshop圖像處理與創意”，“Excel函數應用”，“電腦文秘與行政辦公”，“Flash動畫設計”等公共選修。

表1 計算機基礎課程改革方案

3．加強對“計算機應用基礎”課程的改革?！坝嬎銠C應用基礎”課程作為大學計算機基礎教育開設的第一門課程，以培養大學生計算機基礎理論和基本操作為主，對后續計算機基礎課程的開設提供基礎，也是培養大學生計算思維的起點，同時也是最備受質疑的一門課程，現提出以下改革方案。

(1)調整理論課程結構，將Office的講解從理論課中去除，理論課以培養學生計算思維為主，Office的使用只在實驗中講解，知識結構見表2。

表2 以計算思維為導向的非計算機專業計算機基礎課程知識體系

(2)優化實驗課的授課內容。鑒于中小學生已開設相關的計算機課程，入學大學生已具備基本計算機使用能力，將Office的基本操作內容:如字體設置，段落設置，插入圖片等在中學生已學內容在大學課堂中不講或弱講，在實驗部分重點對學生自學時很難掌握，但又和學生日常生活、學習關系密切的內容加強訓練。實驗部分知識結構如表3所示:

表3 優化后的實驗課授課內容

4．加強對程序設計類課程的改革。程序設計類課程是繼“計算機應用基礎”后開設的計算機課程，以更進一步培養學生的計算機應用能力、解決問題的能力以及計算思維為目標。主要分為2個階段，基礎階段與提高階段，基礎階段以教授程序設計語言的基本語法、基本算法、計算機語言的思維方式為主。提高階段是在完成基礎階段的學習任務以后的后續學習過程，以訓練學生編程能力，提高學生用計算機解決實際問題的能力、提高計算機等級考試過關率為主。

5．將項目教學法融入到理論與實踐教學中。由于計算機課程有較強的實踐性，因此在理論教學和實踐教學中，設計適當的項目，構建一個現實的項目情境，使學生“親臨”在項目情境中的體驗完成項目，在體驗解決問題的快感中完成的學習過程，項目教學法不是由教師把知識簡單地傳遞給學生，而是由學生自己建構知識。學生不是簡單被動地接收信息，而是主動地建構知識的意義，使教學達到一種良性的互動，從而較好體現計算機課程有較強操作性和應用性的特點，同時在項目小組成員的溝通會話中，交流思想，分享經驗，促進教學效果，使計算思維得到切實的應用。

四、改革成效

從2013年開始對甘肅農業大學2013級本科生計算機基礎課程實行改革以來，與前三年(2010—2012)相比，學生的學習興趣有明顯提高，學習自覺性顯著增強，理論課的卷面平均成績由原來的62．5分，上升到了73．4分。實驗課的達標率由原來的77%上升到85%，實驗的優秀率由原來的7%上升到15%，在課堂完成實驗的比率也由原來的86%上升到93%。改革效果得到了教師和學生的認可，以及教學專家的肯定，同時，改革思路為一些兄弟院校所效仿。

［1］ 李廉．以計算思維培養為導向深化大學計算機課程改革［J］．中國大學教學，2013(4):7-11．

［2］ 胡樂，杜曉靜，何秋燕．基于計算思維能力培養的計算機基礎課程教學研究［J］．網絡安全技術與應用，2013(10):49-51．

［3］ 張桂香，堵秀鳳，于曉敏．基于計算思維的大學計算機基礎教學設計［J］．高師理科學刊，2013，33(6):98-100．

［4］ 陳國良，董榮勝．計算思維與大學計算機基礎教育［J］．中國大學教學，2011(5):8-10．