基于計算思維的大學計算機基礎課程教學

王慧玲，張　巖，晁　妍，張永華

(阜陽師范學院 計算機與信息學院， 安徽 阜陽 232600)

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基于計算思維的大學計算機基礎課程教學

王慧玲，張巖，晁妍，張永華

(阜陽師范學院 計算機與信息學院， 安徽 阜陽 232600)

摘要：大學計算機基礎課程是培養大學生綜合素質與和創新能力不可或缺的重要環節，而計算思維的培養更是該課程教學的核心。在分析大學計算機基礎課程現狀和計算思維特征的基礎上，從任課教師的角度探討了以計算思維為導向的教學內容的設計，并取得了較好的實施效果。

關鍵詞：計算思維；大學計算機基礎；教學內容

20世紀90年代中期，全國各大高校普遍開設名為“計算機文化基礎”的課程。希望達到培養學生信息素養的目的，然而在實際的教學過程中，此課程逐漸演變為講授基本概念和常用軟件的使用，文化的內涵逐漸減少。

1997年，是大學計算機基礎的第一次重要的改革，確立了計算機基礎教學的三個層次，同時規劃了5門課程和教學基本要求，此次改革確定了此類課程的地位，并對課程體系作了規范化研究[1]。

2004年，是大學計算機教學的又一次重要的改革，教育部確立了大學計算機教學的“4 領域×3 層次”，構建了“1+X”的課程設置方案。現在計算機基礎課程也是非計算機專業的第一門課程，課程名稱為“大學計算機基礎”。這種變化，不僅是名稱的變化，更多體現在其內涵的變化。在九校聯盟(C9)計算機基礎課程研討會上，提出要旗幟鮮明地把“計算思維能力的培養”作為計算機基礎教學的核心任務[2-3]。因此“大學計算機”課程應該將計算思維貫穿于素養的培養與知識講授的教學過程中。但是在實際的計算思維教學中存在著一些問題。

(1)沒有意識到計算思維培養的重要性。計算思維雖然可以追溯到古代的算籌，但是在教學過程中真正意義上重視的時間還不長，很多教師和學生都沒有意識到計算思維培養的重要性。

(2)教學過程中的無意識。在大學計算基礎教學過程中，由于學生的水平不一，會讓很多教師在教學中為了照顧層次低的同學，更多的是強調工具的教學，而忽視了思想的教學，沒有在教學過程中注重對學生計算思維的培養。

計算無處不在，它滲透在我們工作、生活、學習的方方面面，是每個人的基本技能，除在閱讀、寫作和算術之外，我們應當將計算思維加到每個學生的解析能力之中。

1計算思維培養的模式

對非計算機專業學生計算思維的培養是一個長期系統的工程，一般采取的模式為“1+X”的分層模式。其中1是大學計算機基礎，為第一層次，是每位非計算機機專業學生的必修課程，采用思維性教學方式，使同學們在掌握計算機理論和計算機應用的基礎上，建立對計算思維的理解。第二層次是“X”，根據專業的不同選擇不同的課程，比如，理工科選擇算法類課程，文科選擇數據庫類課程，音體美學生可以選擇網站設計及圖像處理類。第二層次的教學，使同學們達到計算思維能力的提高與轉變。

2“大學計算機基礎”中計算思維的特征

大學計算機基礎是所有非計算機專業學生的必修課，也是計算思維培養體系中的第一層次，體現著這門課程的基礎性、關鍵性和普適性，因而著重培養如下特征的計算思維。

(1)體現共性的思維。在大學計算機基礎課程中有很多具有共性的內容，比如，辦公自動化軟件WORD，EXCEL，POWERPOINT中格式的設置、表格中數據的簡單處理，圖片的處理等；再比如操作系統中文件的操作，此類方法也可以擴展到其他軟件中。所以應該讓同學們能夠在有限的學時內將具有普適意義的思維提煉出來。

(2)可以實現的、單非只注重細節的思維。對非計算機專業的學生計算思維的培養必須通過實踐的鍛煉，讓同學們能感受到可以實現，但又需要同學們從單純的訓練中抽離出來，培養同學們這種實現的思維。以PPT的制作為例，便處處體現著計算思維。第一階段，如何制作一個翻書動畫(問題提出)；第二階段，選擇解決問題的方法即計算思維中的算法選擇(通常算法可以有若干種)，第三步,選擇工具來制作翻書動畫，選擇的是Powerpoint 軟件來制作(即算法實現)；第四階段，在制作的過程中可能會發現更有效的方法以及更多的動作組合(即算法優化)，最后一步總結歸納(即抽象為解決這一類問題的常用的方法與思維方式)。

(3)知識間的系統性。培養同學們的學習從無意識到有意識過渡，打通知識間的屏障，讓同學們在有意識的前提下提高其學習能力，達到計算思維能力的提高。

3計算思維教學方案和實施

教學過程中所采用的教學方法隨著時代的進步而發展。計算思維的培養不是摒棄以前的教學方法和學習模式，而是將新的計算思維的方法融入進去，達到完善大學計算機基礎教學的目的。使學生在掌握計算機學科思想和方法的基礎上，達到內化計算思維的目的。

(1)教學內容設計的基礎性和普適性

計算思維的定義雖然是2006年周以真教授提出來的[4]，但計算思維從遠古開始由來以久，可以說是無處不在，它與學生的學習、生活、工作密切相關，也是學生不可或缺的生存能力。在教學內容的設計上，以大學計算機基礎教學大綱為指導，重新整理出教學單元中所涉及的計算思維基礎性內容，改變傳統單純知識的教學方法，著重體現計算思維的基礎性、可見性，突出對計算思維能力的引導。以講述“計算機發展階段”為例，將教學內容設計為專題講座“計算機的昨天、今天和明天”，從結繩計事講起，到計算機的四個階段和未來的計算機，提煉出計算和計算思維的普適性與基礎性，讓學生更好地理解計算思維。

(2)教學內容的設計具有趣味性和啟發性

大學計算機基礎課程有別于其他公共課，學生的起點層次不齊，常規的依賴于課本的教學方法，不能達到理想的教學效果，特別是理論課部分，需要很好的教學設計，才能體現計算思維在理論課中的普遍性與趣味性。比如說“二進制”的部分，便可以設置以游戲的方式進行教學，讓同學們在玩游戲的過程中，了解二進制的原理以及進制之間的轉換規則，通過使用二進制表示二值圖像、計算人的生日、計算ISBN等，來體會二進制與日常生活的密切聯系，讓同學們感受計算的無處不在，計算思維的無處不在。

(3)教學內容設計的綜合性與實用性

課堂是一種生活，如何在這有限的時間內讓同學們理解和建立“信息、計算、智能”三大核心概念，從傳統的以教師為主導或無意識的思維教學中轉變過來，讓學生想學習，會學習，以計算思維為導向的教案設計顯得尤為重要。計算思維的核心是算法的思維，就是抽象的思維，但是同時它也擁有著很多的時代特性。從現實生活的案例入手，通過感悟數字化生存的智慧，讓學生感受到計算思維的由來、原理、方法，以及如何有效地運用計算思維來解決現實中的問題，把知識的教學升華為思想的教學。以程序設計內容為例，對于非計算機專業的同學來說，程序設計一直是難學的內容，為了讓同學們更好地了解算法和抽象思維，我們加入了可視化的編程語言——RAPTOR。從計算思維培養的角度進行案例的重組，將問題求解提升至計算思維的培養。以程序設計中經典案例哥尼斯堡七橋問題為例，以計算思維為導向對問題進行求解：問題求解(尋找一條經過各城市有且僅有一次，再回到起點的路徑)——尋找解決方案(一筆畫算法)——算法優化(使用編程語言實現一筆畫算法，并在實現過程中對其進行優化)——總結歸納為現實問題的延伸(總結出解決此類問題的一種通用方法)。通過從算法構造世界的角度，來講述算法之美，計算思維之普遍與美。

4構建開放的網絡教學平臺

在大學計算機基礎教學過程中存在著課時少、內容多的問題，如何為學生建立起一個完善的學習支持體系，建立教與學的更好的溝通渠道，運用計算思維的關注點分離方法，充分發揮老師的指導和調控作用。在教學過程中我們通過建立一個基于大學計算機基礎的網絡教學平臺，具有很好的使用性與開放性，具體功能如圖1所示。

圖1網絡教學平臺功能結構圖

5結束語

計算思維不僅是計算機科學家的思維，它應當是每個人的基本技能，也是非計算機專業大學計算機基礎課程教學的改革核心。在分析大學計算機基礎課程現狀的基礎上，從教學內容的設計入手，充分發揮學生的主體作用，實踐證明，以計算思維為導向的大學計算機基礎課程，對于培養21世紀的優秀人才具有重要的推動作用。

參考文獻:

[1] 戰德臣, 聶蘭順, 等.“大學計算機基礎”——所有大學生都應學習的一門計算思維基礎教育課程[J].中國大學教學, 2011(4):15-21.

[2] 李波.計算思維與大學計算機基礎[J].中國大學教學, 2012(7):43-45.

[3] Jan Cuny, Larry Snyder, Jeannette M. Wing. Demystifying CTfor Non-Computer Scientists[J]. work in progress, 2010.

[4] Jeannette M. Wing. Computational Thinking[J]. Communicationsof the ACM, march 2006.

[5] 朱鳴華,趙銘偉, 等.計算機基礎教學中計算思維能力培養的探討[J].中國大學教學, 2012(3):33-35.

[6] 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(1)：7-11.

Teaching of University Computer Foundation Course Based on the Computational Thinking

WANG Hui-ling, ZHANG Yan,CHAO Yan, ZHANG Yong-hua

(School of Computer and Information, Fuyang Teachers College, Fuyang 236041, China)

Abstract:University computer-based curriculum is an indispensable aspect which to develop students' comprehensive quality and innovative ability, and computational thinking is the core of the curriculum teaching. On the basis of analyzing the characteristics of university computers foundation courses and the feature of computing thinking, we discuss the design of computational thinking oriented teaching content from the classroom teachers, and get a better implementation of the results.

Key words:computational thinking, university computer foundation, teaching content

中圖分類號：G642

文獻標識碼：A

文章編號：1007-4260(2015)01-0124-03

DOI：10.13757/j.cnki.cn34-1150/n.2015.01.035

作者簡介：王慧玲，女，安徽阜陽人，碩士，阜陽師范學院計算機與信息學院講師，主要研究圖像處理及信息技術教學論。

基金項目：阜陽師范學院教學研究一般項目(2013JYXM45)，安徽省教學研究項目(2013jyxm138)(2013JYXM45)和安徽省教育科學規劃課題(2012JG13153)。

收稿日期：2014-04-02