以計算思維為中心的農科院校計算機課程改革探索

蘇中濱++劉文洋

摘 要：為了充分發揮大學計算機相關課程在現代農業復合型創新人才培養中的作用，本文提出要以計算思維為中心，改革農科院校計算機課程。探討了農科院校計算機課程改革面臨的主要問題與基本解決思路，并介紹了積極主動的大學計算機改革策略。

關鍵詞：計算思維；農科院校；計算機教育；課程改革；問題；策略

目前，我國的現代農業正處于高速發展之中，包括現代化數字農業裝備、生物信息學、農業信息化在內的各個學科急需具有計算思維能力的復合型創新人才參與建設，計算思維對農業科技創新的引領作用將愈加凸顯。但我國自行培養的這方面人才十分匱乏，究其原因，是農業科學以實驗科學和實證思維為主，理論科學和邏輯思維為輔，計算科學和計算思維則相對缺乏。為了充分發揮大學計算機相關課程在現代農業復合型創新人才培養中的作用，我們課題組對以計算思維為中心的農科院校計算機課程改革進行了探索。

一、農科院校計算機課程改革面臨的主要問題與基本解決思路

1.學生的層次水平存在明顯差異

農科院校的新生，在計算機水平方面可謂參差不齊。由于農科院校的專業特點，相對于其他類型的高校，農村生源和貧困地區生源的比例相對要更高。很多農科院校的農村學生，在高中階段雖然學習了信息技術相關課程，但由于師資條件、硬件建設條件、升學壓力導致的學習傾向等原因，在計算機基礎知識和應用能力等方面，仍然和城市學生有較大差距。因此，必須積極推進分層式教學，可在大一新生入學之初，進行計算機基礎能力測試，對于成績優異的學生，可以免修部分計算機基本操作的實驗課程。

2.高校普遍存在的學風問題

我國自1999年以來，各高校的招生規模快速擴張，高等教育毛入學率由1998年的9.8%增長到2011年的26.9%，高等教育總體規模躍居世界首位。中國教育結構從“金字塔”轉變為“梯形”，以往處于“金字塔”頂端的高等教育人數顯著增長[1]。根據馬丁·特洛教授提出的按毛入學率將高等教育劃分為精英、大眾、普及3個階段的理論，可以說，我國的高等教育已經進入了后大眾化時代。

為了適應我國高等教育的龐大規模，高等教育的管理者和工作者不斷對教育教學體制機制進行完善，但實踐中仍然遇到眾多問題。例如，在學生結束高中階段的學習，進入高校之后，為什么會出現普遍厭學的問題，其原因值得從事高校教學的教育工作者反思。探究產生不良學風的原因，主要有社會風氣、學生缺乏學習的主動性、學習方法簡單、學習興趣不足等多種原因。

應對學風問題是一個高等教育工作者需長期面對的課題，必須從入學開始就抓好學風教育，要提高低年級學生的適應能力，引導他們了解和熱愛自己的專業、掌握正確的學習方法，盡可能地在課程的設計中考慮如何培養學生的興趣。

3.如何正確處理計算機教育與計算機娛樂的關系問題

計算機是現代社會常見的娛樂工具，最為典型的是計算機游戲。近10余年來，高校中不乏沉迷游戲、耽誤學業的學生，很多教師和家長甚至擔心游戲會毀掉相當一部分學生。

然而時至今日，游戲在娛樂產業中已經居于主導地位，是一大類流行文化的代表。眾所周知，電影被稱為娛樂之王，但目前游戲行業的銷售額已經超過了電影。高等教育工作者對于游戲，不能一味地排斥，而是應該對其有客觀公正的認識，要引導學生正確地對待。

特別是在大學計算機相關課程的教學中，更應幫助學生分析游戲的利與弊：游戲有它的未知性和神秘性，因此人們玩游戲時，能集中注意力，做好準備來應付突如其來的游戲事件；反之，在傳統的教學中，教師總喜歡將現成的東西告訴學生，學習的過程只是機械的記憶過程，這樣的教學使學生缺少思考和想象的空間，缺少許多期盼，也缺少了好奇與激動[2]。如果教師能夠模仿游戲的優勢來設計教學，并利用學生對游戲的興趣引起其對與游戲有關的計算機技術的興趣，則能夠更為有效地促進學生學習和成長。當然，大學生雖已在認知能力方面具有一定基礎，但是自我控制能力未必足夠，游戲對于學生的誘惑力絕對不可小視，必須正確引導學生。

二、實施積極主動的大學計算機改革策略

1.引入學生感興趣的教學案例

興趣是最好的老師，如果學生興趣愛好狹窄，他將不能有效地采用恰當的、適合自己實際情況的記憶方法，對任何事物，包括高校中的課程，都缺少興趣與好奇心[3]。

課題組進行大學計算機相關課程改革的思路之一，即是試圖將大學計算機教育從枯燥的工學類課程教學風格，改良成一種輕松活潑、寓教于樂的教學風格，使教學內容趣味化。

例如，為了能夠充分地調動學生的學習主動性，在東北農業大學的“大學計算機”課程的課堂教學中，播出了日本放送協會（NHK）聯合美國多家游戲設計、測試企業制作的游戲技術介紹視頻。在該視頻中，包含了利用圖形引擎技術替代傳統代碼編輯器開發游戲的內容，使設計者不需要過多的學習即可上手設計工作，教師對此段視頻進行評述，即可引起學生對面向對象程序設計、可視化程序設計的興趣；在該視頻中也出現了測試小組對游戲進行嚴格測試的鏡頭，教師可借此機會向學生介紹軟件工程中的生命周期概念，并講授測試的重要性以及測試的分類，由于依靠視頻能有效調動起學生的學習興趣，所以學生能夠較好地對相關概念進行掌握；同時，視頻也介紹了游戲制作的復雜步驟，使同學們了解到游戲涉及了系統工程和眾多高新技術，引導他們產生對先進科學技術進行探索的興趣。

2.重點突出，培養學生計算思維能力

為了能夠在新生入學的第一個學期就開始培養計算思維，在“大學計算機”課程中，課題組選擇和設計了一組算法介紹案例。對于相關案例的選擇，必須充分體現出以培養計算思維為核心的特點，案例不需要過多，但一定要講授得詳細。例如“哥尼斯堡七橋問題”，教師們都知道是一個理解圖的連通性的好例子，但是如果只是泛泛地介紹結論，并不能很好地幫助學生理解。東北農業大學開展的教學實踐中，對“哥尼斯堡七橋問題”使用了啟發式教學，讓學生對“哥尼斯堡七橋問題”進行嘗試性的解決，然后再對歐拉提出的連通性推導方法進行較為詳細的介紹，幫助學生形成對于圖論的第一印象。endprint

“程序設計基礎”課程則是訓練學生計算思維的一類直接有效而且可操作性強的平臺[4]，“程序設計基礎”課程的核心任務是提高學生對問題求解的抽象能力、抽象思維和抽象表示能力。教師可以引導學生將在“大學計算機”課程中初步培養的計算思維思想靈活應用，以促進程序設計類課程的學習。例如在“大學計算機”課程中，課題組引入了“漢諾塔”案例幫助學生了解遞歸算法，到了“程序設計基礎”課程中，則可以引導學生練習設計解決“漢諾塔”問題的遞歸程序。

“程序設計基礎”課程必須充分發揮實踐課程的優勢，而不是一味地向學生灌輸理論知識。課題組在教學改革實踐中側重將部分案例的算法思想教授給學生，而對于程序設計的語法僅介紹了最為常用的部分。學生課后進行了自學，充分發揮了自主學習的優勢，掌握了直接教授和要求自學的知識，完成了程序設計。

培養計算思維能力也要突出系統思維，如果練習僅是由各個功能單一的模塊組成，則不能起到培養學生整體系統思維的效果。因為教學的對象畢竟是非計算機類專業學生，所以課題組選擇了小規模的數據庫管理軟件，逐一介紹各個模塊的功能、原理和算法思路，并要求學生進行模仿式的程序設計，完整地設計功能相似的軟件系統，以幫助學生建立整體性、系統性的計算思維。

3.拓寬學生獲取知識的方式

高校中的圖書館、無處不在的互聯網，學生有充分的接觸知識的機會，可是教師們發現很多學生的學業不能夠高質量地完成，甚至連書本上的知識都無法熟練掌握。這樣的事實顯然說明，很多情況下沒有能夠充分提高學生的自我學習能力。與此相對的是，如果能夠通過引導學生學習興趣，充分調動學生的學習主動性，完全可以在課堂教學中實現有選擇性的講授，同時將部分學習內容放在網絡課堂上。

以東北農業大學的課程改革為例，我校的大學計算機相關課程現行體系是“1+X+Y”模式，其中“1”指的是大學一年級第一學期的“大學計算機”課程，為必修課；“X”為第二學期的5門限選課，主要包括了程序設計類課程和農業院校的特色課程“數字農業技術應用”；“Y”為若干門任選課。由于在課堂教學中特別是第一學期“大學計算機”的課堂教學中，強調以引導興趣為主，而對于鍛煉計算思維能力的案例，又使用了少而精的策略，可以說與同類院校相比，課堂教學中傳授的知識是相對偏少的。

因此，東北農業大學的課程改革十分重視泛在化學習平臺的建設，將與教材相比更為完善的教學內容、豐富多樣的教學案例和多媒體課件、視頻都在網絡泛在化學習平臺中提供給學生，使他們能夠利用課余時間展開進一步的學習。泛在化學習平臺主要包括在線測試系統、在線作業系統、在線試題庫系統、在線學習論壇（可用于學生自主交流和教師答疑）、輔導答疑系統、交流模塊（該模塊主要有聊天室、郵件、論壇和文件檢索等功能）、資源模塊（包括視頻資源、其他資料工具軟件）、自主學習支持工具模塊（此模塊主要向學生提供一些自主學習輔助工具，如監控管理、記錄本工具、學習導航等）。

在課題組展開的大學計算機相關課程教學改革實踐中，通過對教學實踐前后的學生進行多次調查問卷，可以認為學生的思維能力特別是計算思維能力在教學中得到了有效的發展，抽象表達能力有了顯著的提高。同時課題組發現仍存在一些問題，主要表現為教學手段不夠豐富，教師對新的教學方法不夠熟練，師生對新的教學模式不太適應，特別是在以培養計算思維為中心的教學模式中，需要圍繞算法的設計、驗證和思考過程，重點設計師生的交互。這些都是課題組下一個階段需要解決的重要問題。

參考文獻：

[1] 李琳. 我國高等教育后大眾化階段的特征[J]. 文教資料，2013（8）.

[2] 肖樟樹. 游戲教學法在計算機教學中的應用[J]. 中國校外教育，2011（12）.

[3] 張國忠. 遺忘規律的探索與運用[J]. 繼續教育研究，2002（6）.

[4] 臧勁松. 培養學生計算思維的程序設計課程教學[J]. 計算機教育，2012（2）.

[本文為2011年度黑龍江省教育廳規劃課題“高等農業院校建立學生計算思維能力培養體系的研究”研究成果之一，研究項目編號：GBC1211016]

[責任編輯：余大品]endprint