基于計算思維的大學計算機基礎課程教學改革的研究

楊麗

摘要：分析了大學計算機基礎課程的現(xiàn)狀，以計算思維為切入點，以培養(yǎng)學生信息素養(yǎng)和可持續(xù)性發(fā)展的計算機應用能力為目標，針對目前大學計算機基礎課程存在的問題，從教學內容、教學方法和考核方式方面，提出基于計算思維的大學計算機基礎課程教學改革的具體方案。

關鍵詞：大學計算機基礎;計算思維;教學改革

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）06-0116-02

引言：

近幾年，計算機課程教育領域關于非計算機專業(yè)大學基礎課程的建設開展了積極的討論、研究和實踐，提出了與時俱進且寶貴的指導意見，提出以計算思維作為進行大學計算機基礎教育和課程改革的出發(fā)點，培養(yǎng)大學生的信息素養(yǎng)和計算思維能力。自此大學計算機教育教學改革翻起了新的篇章。教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會在計算思維教學改革宣言[1]中指出：以計算思維為導向的計算機教學改革，將在很大程度上提升中國大學生的思維水平和認識境界，并以此提高整個社會對于現(xiàn)代技術的認知和理解。

一、大學計算機基礎課程現(xiàn)狀

自教指委要求面向非計算機專業(yè)大學生開設計算機基礎課程以來，大學計算機基礎課程的教學內容基本圍繞計算機軟硬件知識、操作系統(tǒng)、辦公自動化軟件的使用及計算機網(wǎng)絡基本知識，采用課堂教學與上機操作相結合的教學方式開展教學。這種純粹講知識、教操作的教學方法導致學生只會機械地使用計算機，僅僅掌握了操作能力，不具備計算思維和可持續(xù)發(fā)展的計算機應用能力，無法達到社會和各領域對信息人才的要求。同時，隨著計算機普及程度越來越高，信息技術知識和技能培養(yǎng)意識已在眾多中小學階段提前開展，因此，大學生在入學前基本已掌握部分計算機基礎知識和基本操作技能，因此，在大學計算基礎課程中，如果還是按部就班、一如既往地采用傳統(tǒng)的教學內容，形式單一的教學和考核方法，很顯然已經(jīng)跟不上大學素質和能力教育的步伐，計算機基礎課程改革勢在必行。

二、計算思維

計算思維（Computational Thinking）是2006年由美國卡內基·梅隆大學周以真教授提出，計算思維是目前國際計算機教育界普遍關注的一個重要概念。周以真教授將計算思維[2]定義為：運用計算機科學的基礎概念進行求解問題、設計系統(tǒng)和理解人類行為的一系列思維活動。

計算思維是一種綜合性分析問題和解決問題的能力，如遇到復雜的問題能否通過約簡、轉化、分解等方法，把復雜問題分解成簡單問題來求解;當面對一個問題時，如何對其進行建模，使其更容易實現(xiàn);計算思維還可以是按照預防、保護、冗余、容錯、糾錯的方式，來進行系統(tǒng)恢復;在不確定情況下，利用規(guī)劃、學習和調度，啟發(fā)式推理來尋求解答。因此，計算思維是一種以高層次認知水平為主導的綜合性思維能力。針對非計算機專業(yè)的學生，龔沛曾教授等將計算思維培養(yǎng)細分為計算思維意識、方法和能力3個維度[3]。

三、基于計算思維的大學計算機基礎課程改革的方法

2010年7月，“九校聯(lián)盟會議”在“第六屆大學計算機課程報告論壇”中明確表示：引入計算機思維是大學計算機基礎課程教學的“核心任務”。對計算思維進行詳細解讀，深入研究計算思維與大學計算機基礎課程的契合點，分析計算思維在大學計算機基礎課程教學中的體現(xiàn)方法與具體應用，成為了目前大學計算機基礎課程教學研究的關鍵。

教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會在計算思維教學改革宣言中指出：以計算思維為導向的計算機教學改革，將在很大程度上提升中國大學生的思維水平和認識境界，并以此提高整個社會對于現(xiàn)代技術的認知和理解。

1.教學內容的組織。面向非計算機專業(yè)的學生，授課前應了解該專業(yè)和計算機結合的相關技術和領域，為學生簡單介紹計算機在其領域的相關應用，引起學生的興趣和重視。隨著信息技術的重視程度越來越高，大一新生基本的入學前已掌握一部分的計算機應用技能，因此教學內容和不能再一成不變，需要有機調整。

（1）教學授課環(huán)節(jié)。目前大學計算機基礎課程教學內容主要包括計算機軟、硬件基礎知識、信息在計算機內的表示、計算機網(wǎng)絡基礎及信息安全等、Windows操作系統(tǒng)及辦公自動化軟件Office 2010。在理論知識的講解中，應提高深度和廣度，不能純粹地講知識。以計算思維為導向，通過圖靈機模型引入計算的本質，計算工具的演變改變了人類的思維方式和推動了科學技術的發(fā)展。在引入計算思維有關的系統(tǒng)設計和算法設計概念時，恰當?shù)丶尤胂嚓P的案例分析，比如，通過猜數(shù)字的游戲，引入二分查找法;通過城市交通鋪路的問題，引入圖論中的最小路徑算法等等。讓學生通過具體的案例體會計算思維的理念，以提高運用計算機知識描述問題、抽象問題和解決問題的能力。最后，通過交互式使用計算機為切入點，引入操作系統(tǒng)中信息資源管理和交互方式使用操作系統(tǒng)。以及程序方式使用計算機，引入算法的概念，進一步講解算法的設計與分析、程序設計語言和軟件工程等與算法有關的概念。整個理論知識的講解以計算思維為主線，與傳統(tǒng)的理論教學相比，深度和廣度都有了進一步的提高，符合以培養(yǎng)學生信息素養(yǎng)和可持續(xù)性發(fā)展的計算機應用能力為目標的教學大綱要求。

（2）實踐操作環(huán)節(jié)。實踐操作環(huán)節(jié)中應淡化操作細節(jié)的講解，重點培養(yǎng)學生學習軟件的能力。過去在講這部分內容時，老師們都會很詳細地介紹每個菜單甚至每個按鈕的含義及使用方法，這種煩瑣的滿堂灌的方式，不僅會讓學生產(chǎn)生厭煩的情緒，而且在上機操作時，部分功能和操作步驟又忘記了，還要再次強調，效果不佳。

基于Windows開的辦公自動化軟件Office 2010中的成員，其窗口界面、菜單組成等具有統(tǒng)一的風格，而且按功能組成了一個個選項卡，給學生介紹選項卡的功能含義即可，不必過多停留在細節(jié)操作上，個別需要注意步驟順序的操作，比如Excel 2010中的高級篩選、分類匯總等需要進行講解和演示。

以項目任務為主線帶領學生一起來完成，讓學生參與進來，師生共同完成。比如，Word2010講解中，讓學生首先明白word2010軟件主要功能是基本文檔的編輯和排版、表格的制作以及圖文混排。然后，以求職簡歷的制作（或畢業(yè)論文的制作）為主線，將常用的功能融合進去，簡單操作可以讓學生上臺演示，這種參與感可以大大提高學生聽課的積極性和效率，遇到有難度的操作，可以結合問題導向的方法引導學生，然后再演示。通過布置上機操作作業(yè)，讓學生通過上機操作，自己發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

2.教學方法的改進。采用多案例多項目驅動方法和問題導向相結合的教學方法。以計算思維為導向的課程內容[4]中由于加入了關于計算本質、自動化計算、計算機系統(tǒng)設計思想、算法設計及程序實現(xiàn)等內容，采用多案例輔助講解，可以讓學生充分理解計算機科學中一些基本的思想以及分析、解決問題和方法。比如在介紹由機械計算工具向自動計算工具探索過程中，可以以計算工具發(fā)展史上具有里程碑意義的計算工具為實例，通過介紹它們的設計思想和工作原理，讓學生理解計算的本質以及人類對計算工具實現(xiàn)自動化不懈的追求，進而感受的自動計算的力量所在。比如在介紹常用算法時，以“百元買百雞”、“雞兔同籠”案例，介紹窮舉算法。

在辦公自動化軟件的操作內容講解時，設計具體的任務為驅動，并配合問題導向讓學生主動思考問題的解決方法和步驟。比如，講解Excel2010的圖表建立與編輯時，以某服裝公司的某些類型的服裝銷售量為數(shù)據(jù)清單，布置其任務是以此數(shù)據(jù)清單為基礎建立圖表，應該如何建立？步驟應該是什么？那么，圖表是由數(shù)據(jù)生成的，所以圖表制作的第一步一般是選擇數(shù)據(jù)區(qū)域;然后需要使用建立圖表的功能按鈕或菜單項;最后確定圖表的數(shù)值軸標題和分類軸標題等圖表元素即可。

3.測評方法。多數(shù)學生缺乏主動分析問題和解決問題的意識和主動性，也缺乏利用計算機的良好特性或者計算思維方法去解決某些生活或工作中問題的能力。因此，在課程考核方面，以主張激發(fā)學習主動思考、以計算思維的角度主動分析問題和解決問題的意識為目的，采取多種考核內容相結合的方法，如課堂主動參與任務驅動環(huán)節(jié)的積極性、學生提交有關計算思維的體會總結報告、項目作業(yè)展示、上機操作的內容測試、學生共評、自評及教師評價等方式進行考核，力求客觀、公平和公正。

四、結束語

通過對大學計算機基礎課程現(xiàn)狀的分析，提出以計算思維為導向的新時代課程改革的必要性，針對目前大學計算機基礎課程存在的問題，從教學內容、教學方法和考核方式方面，提出基于計算思維的大學計算機基礎課程教學改革的具體方案，最終實現(xiàn)以培養(yǎng)學生信息素養(yǎng)和可持續(xù)性發(fā)展的計算機應用能力的目標。

參考文獻：

[1]教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會.計算思維教學改革宣言[J].中國大學教學，2013，（7）：8-10，17.

[2]周以真.計算思維.中國計算機學會通訊，2007，3（11）：83-85.

[3]龔沛曾，楊志強.大學計算機基礎教學中的計算思維培養(yǎng)[J].中國大學教學，2012，（5）：51-54.

[4]戰(zhàn)德臣，聶蘭順.計算思維與大學計算機課程改革的基本思路[J].中國大學教學，2013，（2）：58-62.