計算機基礎(chǔ)教學(xué)中計算思維能力培養(yǎng)探索

趙森嚴(yán)，劉 濤

（安徽工程大學(xué) 計算機與信息學(xué)院，安徽 蕪湖241000）

1 引 言

計算思維是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機之廣度的一系列思維活動[1]。Jeannette M.Wing還指出計算思維是每個人的基本技能，不僅僅屬于計算機科學(xué)家。換而言之，計算思維是每個人都應(yīng)當(dāng)具備的一種思維方式。自從計算思維的概念被提出后，其相關(guān)的研究已經(jīng)取得了較大進(jìn)展。文獻(xiàn)[1]就計算思維的概念以及本質(zhì)做了詳細(xì)的闡述，給計算思維與大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育的融合提供了理論依據(jù)。文獻(xiàn)[2]指出計算思維能力培養(yǎng)的核心問題是求解能力的培養(yǎng)，大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)是大學(xué)通識教育的一個重要組成部分，更是培養(yǎng)大學(xué)生養(yǎng)成用計算思維方式解決專業(yè)問題，成為復(fù)合型創(chuàng)新人才的基礎(chǔ)性教育。同時就如何圍繞計算思維設(shè)計大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容提供了一些指導(dǎo)性意見。但是培養(yǎng)學(xué)生具有一定的計算思維能力卻是十分復(fù)雜的工程，如何在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，如何讓學(xué)生養(yǎng)成面對問題時應(yīng)用計算思維的方法去分析問題，解決問題等等，這些還沒有被完全解決。因此，把計算思維引入大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育中來具有必要的，積極的意義，應(yīng)該在平時的教學(xué)中有意識培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，讓學(xué)生認(rèn)識到學(xué)習(xí)計算機知識不僅僅是把計算機當(dāng)作工具使用，更是一種思維的訓(xùn)練，在潛移默化中提高了自己的計算思維能力，還可以讓學(xué)生試著把計算機處理問題的這種思維方式拓展應(yīng)用于其他領(lǐng)域。另一方面，以計算思維為基礎(chǔ)，更新教育理念，再造教學(xué)模式，結(jié)合課程內(nèi)容建設(shè)新的課程體系，通過有意識的培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力，使他們學(xué)會從計算思維的角度觀察處理問題，不僅有利于課程深度以及廣度的提升，而且有利于高校對計算機基礎(chǔ)課程的改革形成一種基于計算思維的新視角。

2 原有教學(xué)存在的問題

2.1 教學(xué)模式陳舊化

目前，我國大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育的模式依然停留在原有的授課方法上，即采用課堂講授加上機實驗課這種模式，這種單一的教學(xué)方法往往會導(dǎo)致教師在盡心盡力講授一個抽象復(fù)雜的問題時，由于問題晦澀難懂，學(xué)生感覺聽不懂，學(xué)不會，造成許多學(xué)生對計算機缺乏興趣，更不愿意進(jìn)行更深層次的思考，當(dāng)進(jìn)行上機實驗課時，例如C 語言程序設(shè)計實驗，諸多的語法知識還沒有深刻理解又加上抽象邏輯思維編程，使得學(xué)生遇到問題不知如何下手，學(xué)生在上機時無所事事，課后的實驗報告也只是相互抄抄，沒有進(jìn)行深刻的分析。這是基礎(chǔ)教學(xué)中存在的普遍問題，長此下去將會極大阻礙計算思維能力的發(fā)展，不利于教學(xué)。因此，在計算機基礎(chǔ)教學(xué)中必須探索新的教學(xué)模式，調(diào)動學(xué)生的思維，培養(yǎng)他們具有縝密的計算思維體系。

2.2 教學(xué)目的性不明確

計算機基礎(chǔ)教學(xué)目的應(yīng)該讓學(xué)生能夠了解通常的計算機處理問題，對于文科生來說需要讓他們在熟練掌握常用辦公軟件操作基礎(chǔ)上，重點培養(yǎng)將來從事社會職業(yè)所必須的實用文檔的編輯、表格的制作和計算機演示文稿的制作與優(yōu)化，建立對工作中出現(xiàn)的實際問題的處理以及獲取必要的信息的實際能力。對于理工科的學(xué)生來說需要讓他們熟練掌握編程語言、編程技術(shù)、基本算法以及程序設(shè)計的思想和方法，培養(yǎng)學(xué)生靈活應(yīng)用高級程序設(shè)計語言進(jìn)行程序設(shè)計和運用計算機求解實際問題能力。但是，目前一些院校把計算機基礎(chǔ)教學(xué)與國家等級考試掛鉤，所有的教學(xué)工作都是圍繞等級考試來進(jìn)行的。學(xué)生只要等級考試通過就可以拿到相應(yīng)的學(xué)分，這就導(dǎo)致學(xué)生對計算機應(yīng)用的學(xué)習(xí)缺乏興趣，失去主動學(xué)習(xí)的積極性。于是老師的教學(xué)只是教授某一個軟件的一些功能，并沒有從計算機的整體系統(tǒng)出發(fā)，把計算機當(dāng)作簡單的工具來教學(xué)。例如，很多學(xué)生學(xué)完《計算機基礎(chǔ)》這門課后，把它等同于OFFICE 的操作。現(xiàn)有的程序設(shè)計的考試多以筆試為主，上機考試往往有相應(yīng)的題庫，導(dǎo)致學(xué)生只顧做大量的模擬題和真題，不注重上機實踐，無法反映出學(xué)生的實際操作能力，更談不上培養(yǎng)計算思維能力。

2.3 教材內(nèi)容單一化

目前，計算機基礎(chǔ)課程包括《計算機基礎(chǔ)》、《程序設(shè)計》、《微機原理及應(yīng)用》等課程，這些課程的相關(guān)教材內(nèi)容單一，而且課程教材之間的融匯性較差。學(xué)生對教材知識的學(xué)習(xí)只是浮淺的認(rèn)識，無法從更深層次上去認(rèn)識和理解計算機科學(xué)。例如：《微機原理與應(yīng)用》中對匯編語言程序設(shè)計的講解還是按照概述、程序格式、偽指令、上機過程、程序設(shè)計基礎(chǔ)這些內(nèi)容介紹的，這樣學(xué)習(xí)起來學(xué)生不易明白，因為匯編語言相對于其他高級語言來說比較抽象，實驗結(jié)果檢驗起來比較麻煩。其實教材在介紹匯編語言的同時，可以與學(xué)生學(xué)過的高級語言例如C 語言進(jìn)行一些相關(guān)的對比，通過與自己學(xué)過的熟悉的語言相比較，可以極大增強課程的理解性，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而培養(yǎng)他們的計算思維能力。所以當(dāng)務(wù)之急是應(yīng)該探索一系列基于計算思維能力培養(yǎng)的教材。

3 計算思維能力培養(yǎng)

3.1 引導(dǎo)式教學(xué)

要學(xué)會并且學(xué)好計算機科學(xué)必須具有高度的抽象思維能力，即具備將實際問題抽象為數(shù)學(xué)模型同時將該數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換為計算機語言的能力，因此在平時的計算機教學(xué)中，那就需要老師不僅要講授基本的知識點，更要著重地培養(yǎng)學(xué)生按照計算機解決問題的方式去分析問題解決問題的能力。引導(dǎo)式教學(xué)的實踐將摒棄傳統(tǒng)課堂教學(xué)的方法，即滿堂講的模式，教師的作用只是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，結(jié)合問題相關(guān)理論進(jìn)行講授，先引導(dǎo)他們按照自己的思維去解決問題，讓學(xué)生有一個自我理解，自我思考，自我解決問題的自主思維過程。課堂的教學(xué)側(cè)重于方法的介紹，具體實現(xiàn)則讓學(xué)生自主完成，有意識的去培養(yǎng)學(xué)生的推理、邏輯思維能力，逐步地讓他們擁有計算思維能力。引導(dǎo)式教學(xué)實際上讓學(xué)生對問題的認(rèn)識從表面的感性認(rèn)識到深刻的理性認(rèn)識，在這一過程中使得學(xué)生的對問題的認(rèn)識不斷提高，從而能從多方面，多角度以及從更抽象的級別認(rèn)識、分析、解決問題。但是學(xué)生自主思考問題往往需要一段時間，如果問題太難，太大往往學(xué)生思考時間過長還得不到任何效果，那么教學(xué)任務(wù)難以完成，所以教師在課堂上對知識點相關(guān)問題的選取與把握上顯得尤為重要，要恰到好處。這樣學(xué)生可以在課堂內(nèi)把知識點消化吸收。

3.2 任務(wù)式教學(xué)

任務(wù)式教學(xué)其本質(zhì)包含著問題學(xué)習(xí)方法，任務(wù)式教學(xué)不宜在課堂上實施，而是在課下實施。在任務(wù)式教學(xué)中教師需要把握任務(wù)的數(shù)量以及難度，交給學(xué)生的任務(wù)要有一定的應(yīng)用價值，讓學(xué)生覺得學(xué)以致用，這樣才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如在OFFICE 的學(xué)習(xí)中，我們可以給學(xué)生布置一個綜合的大作業(yè)，其中包括一個長文檔的排版、簡歷的制作、用PPT 制作一個演講稿，利用EXCEL 制作一份財務(wù)報表等。當(dāng)學(xué)生完成任務(wù)，對OFFICE 中各個空間熟悉之后，教師可以安排一些提高性的任務(wù)，例如讓學(xué)生設(shè)計電子請?zhí)?，這不僅需要學(xué)生熟悉文字處理軟件，還需熟悉Photoshop、Flash 等繪圖軟件的使用。由于學(xué)生覺得知識有用，便會自行查閱資料，從而完成設(shè)計、排除困難，最終實現(xiàn)完成任務(wù)。在這一過程中學(xué)到的知識融會貫通，使得學(xué)習(xí)變成了一種創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)，而不是被動的接受式學(xué)習(xí)，更不是簡單地知識堆砌式學(xué)習(xí)。任務(wù)式教學(xué)一方面調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，一方面拓寬了知識領(lǐng)域，讓學(xué)生形成了完備的計算機知識體系以及計算思維體系，為他們后續(xù)的知識學(xué)習(xí)提供了有效的方法。

3.3 多平臺化教學(xué)

計算機基礎(chǔ)課的上機實驗往往在Windows 平臺下進(jìn)行，學(xué)生對于不同的操作系統(tǒng)以及不同的程序設(shè)計語言卻是一概不知，為了拓寬學(xué)生的知識領(lǐng)域，可以跨平臺實驗教學(xué)，有利于學(xué)生形成完備的計算機知識體系，同時培養(yǎng)他們的處理能力以及計算思維能力。例如：上機實驗可以在Windows 和Linux 兩種操作系統(tǒng)平臺下進(jìn)行。匯編程序設(shè)計上機實驗中, 在學(xué)生完成實驗的基礎(chǔ)上可以要求他們將匯編語言翻譯成學(xué)過的高級語言 （C 語言等），讓學(xué)生認(rèn)識到不同的計算機語言只是在表現(xiàn)形式上有所不同，其內(nèi)涵卻是相通的，有了這樣的舉一反三的訓(xùn)練，在學(xué)習(xí)新的計算機語言時不再會產(chǎn)生畏懼心理，而且這一過程訓(xùn)練了計算思維能力。

4 總 結(jié)

培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力首先需要充分調(diào)動學(xué)生認(rèn)識與實踐的主觀能動性，本文總結(jié)了傳統(tǒng)教學(xué)中存在的一些問題，提出了引導(dǎo)式教學(xué)、任務(wù)式教學(xué)等多種教學(xué)方式，旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在遇到問題時學(xué)會從計算機解決問題的角度去認(rèn)識、分析和解決問題，同時在學(xué)習(xí)過程中學(xué)會舉一反三。經(jīng)過一年的實踐，將這些教學(xué)方式融合于計算機基礎(chǔ)教學(xué)中去，有效地培養(yǎng)學(xué)生計算機應(yīng)用能力以及他們的計算思維能力。

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