依托學科課程體系的《計算機導論》課程改革

羅瓊

【摘 要】“計算機導論”是計算機專業的引導性課程，論文在對課程專業知識繁雜，學生理解困難，教學效果不佳的現狀進行了分析的基礎上，根據“計算機導論”的課程特點，結合學科體系要求，對課程的改革提出了一些方法和建議，重點是優化課程內容、打造精英團隊、改進教學方法，培養學生計算思維和實踐能力并為后續課程起到實質性的引導作用。

【關鍵詞】課程改革；計算思維；任務驅動

0 引言

1989年，ACM攻關組提交了著名的“計算作為一門學科”報告，報告認為，“計算機導論”課程要培養學生面向科學的思維能力，是學生領會學科的力量，以及從事本學科工作的價值所在[1]。2001年，CC2001將計算機學科劃分為計算機科學、計算機工程、軟件工程、信息工程、信息技術五個分支[2]。2005年，CC2005進一步指出，該課程的關鍵是課程的結構設計問題，ACM和IEEE-CS分別為這五個分支學科設計了相對獨立的課程體系，要求“計算機導論”課程應該以面向計算學科的思維能力，即計算思維能力的培養為核心，為學生的大學課程打好基礎[3]。2002年中國計算機學會教育委員會和全國高等學校計算機教育研究會推出了《中國計算機科學與技術學科教程2002》（China Computing Curricula 2002，簡稱CCC2002），闡明了計算機科學與技術學科的教育思想，對學科的定義、學科方法論、學科知識體系和內容、教學計劃制定以及課程組織方法、畢業生應具備的能力等方面做了系統全面設計，并將計算機科學與技術學科的知識體系結構組織成知識領域、知識單元和知識點三個層次，其中知識領域是知識體系結構的最高層次，共14個領域，下設132個知識單元[4]。

目前，我國國內的學科分支及課程體系一直沿用CC2005和CCC2002，“計算機導論”設計5個知識領域，涵蓋12個核心知識單元，分別是信息技術史、程序設計語言概論、軟件工具和環境、語言翻譯簡介、人機交互基礎、軟件演化、通信與網絡、信息技術的社會環境、職業責任和道德責任、基于計算機的系統的風險和責任、知識產權、隱私權和公民自由。

“計算機導論”是一門計算機專業的引導性課程，開設在學生第一學年的第一個學期。本課程教學目標是：通過本課程學習，要求學生了解計算機科學的基本概念、計算機系統的組成、數據表示方法學和數據加工表示方法等，最終對本專業各個學科的核心內容、各個學科的關聯有全面、概要的認識，為后續的專業學習奠定入門的基礎。同時，“計算機導論”該課程也是一次對學生具體而詳盡的專業思想教育，對學生的專業學習具有啟蒙作用。因此，依托學科課程體系，對《計算機導論》課程進行改革，優化課程內容、打造精英團隊、改進教學方法，培養學生計算思維和實踐能力非常重要。

1 課程教學存在的問題

從計算機學科體系發展背景、計算機導論課程大綱設計、計算機專業的計算機導論實際教學效果等方面分析，計算機導論課程建設主要存在以下問題。

1.1 課程意義認識不足

隨著中學階段信息技術課程的普及，學生對網絡資源獲取日益增多的社會環境下，一些學生和教師對“計算機導論”課程的地位認識不足。學生將“計算機導論”課程與“計算機應用基礎”課程混為一談，在教學管理過程中，學生對大量的專業名詞感覺枯燥，理解困難，學生的學習積極性不高，處于被動接受狀態，缺乏自主學習和創新意識。學生學完后感覺不到這門課程的意義，沒有起到為后續課程打基礎的作用。

1.2 教師對計算機導論課程內容理解不夠，教學內容簡單化

“計算機導論”課程信息量大，教師很難做到每個章節分配合理，重難點掌握恰當，沒有潛移默化的培養學生的學習思維，不能很好地幫助學生系統的認識計算機學科體系結構。教師在面臨繁多的學科體系要求下，很難貫徹執行計算機學科體系的核心思想，在教學內容上只是對核心內容進行簡化和壓縮，生搬硬套教學大綱，完成基本的教學要求。

1.3 教學方式陳舊

在信息化高速發展的環境下，學生習慣了依賴網絡、依賴手機電腦，這時，教師還采用傳統的教學方法，只是簡單的將黑板的“人灌”簡單的改成了PPT的“電灌”，學生還是被動地接受，課堂氣氛沉悶，學生沒有激情，教學效果不理想。

2 課程改革的思路

2.1 依托學科課程體系，以培養學生計算思維為向導構建課程的教學大綱

計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計、以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。基于計算思維的教學，是指通過建立一種合適的體系，以培養創新型人才為目標，激勵、引導和幫助學生主動發現問題、分析問題和解決問題。在課程教學是以教師為主導、學生為主體的“探究”過程，在教學過程中運用計算思維的方法獲取知識、訓練技能、培養能力、發展個性[5]。

2006年3月，美國卡內基·梅隆大學計算機科學系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在美國計算機權威期刊Communications of the ACM雜志上給出，并定義的計算思維（Computational Thinking）。周教授認為：計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計、以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。2008年6月，ACM在網上公布的對CS2001（CC2001）進行中期審查的報告（CS2001 Interim Review）（草案），開始將美國卡內基·梅隆大學計算機科學系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授倡導的“計算思維”與“計算機導論”課程綁定在一起，并明確要求該課程講授計算思維的本質。根據ACM和IEEE-CS的要求，“計算機導論”課程應該以面向計算學科的思維能力，即計算思維能力的培養為核心，為學生將來的大學課程打好基礎[6]。

“計算機導論”在課程大綱設計中，依托學科課程體系，以培養學生計算思維為向導，力求以嚴密的方式將學生引入計算學科各個富有挑戰性的領域之中，為學生正確認知計算學科提供方法，為學生今后深入學習計算機的課程做鋪墊。下面列出“計算機導論”課程教學大綱。如表1所示。

如表1所述，“計算機導論”課程的課程大綱中包含了學科的宏大視野和學科各分支領域具有的共性的核心概念、數學方法、系統科學方法、社會與問題，要求學生理解計算思維，認識學科形態，培養專業基礎素質。課程大綱體現了在不斷地提出問題、解決問題的過程中，加強學生運用計算思維進行問題求解能力的訓練以及邏輯思維能力的培養，結合專業特色，將計算思維應用到各個專業問題的解決方法中去。

2.2 教學內容模塊化，以培養學生實踐能力為目的改變教學表現形式

依據3.1中構建的課程大綱，將“計算機導論”的所有教學內容分模塊以不同的課堂形式表現。下面列出分模塊的“計算機導論”教學內容及教學表現形式。如表2所示。

2.3 打造可持續發展、創新型的教學團隊

“計算機導論”需要解決的主要問題是讓學生了解學科發展歷史，學科最新發展方向，職業基本行為規范和學科所要學習的內容，因此需要教師能夠融會貫通的對“計算機導論”所設計的計算機學科知識進行系統的講解，并能夠跟蹤學科的科研動態，了解目前的重大科研成果，通過對前沿科學內容的講解，開拓學生的視野。因此，“計算機導論”教師團隊的教師必須教學經驗豐富，“計算機導論”中所涉及的知識映射的單門課程需要有循環教學2-3遍的教學經驗，能夠非常清楚后續各課程之間的銜接關系，準確地把握各類課程的引導性內容和重要性內容，在教學過程中潛移默化的培養學生的計算思維能力。

教學團隊由教學經驗豐富的教學型專業人員擔任課程負責人，以中、青年骨干教師為主體，形成由教授、副教授、講師、助教組成梯次合理的隊伍。教學團隊中有教學效果優秀、教學經驗豐富的名師。

課程負責人熟悉各個教學環節教育改革趨勢，能夠協調和凝聚團隊成員的力量，實現優勢互補，指導團隊成員在課程建設、教材建設、教學內容、教學方法和手段或實驗、實踐教學等方面的教育教學改革中取得成果。

“計算機導論”教師團隊的教師要求掌握各種課堂技巧，根據不同的章節內容特色，靈活運用各種教學方法，用通俗易懂的語言描述繁雜的專業內容，調動課堂氛圍，激發學生學習“計算機導論”的興趣，讓學生正確認識本門課程的重要性。

教學團隊成員要求具有創新性思維，在間教學過程中進行專業學術探討與論爭、教學方法交流、教學經驗溝通等，產生教學實踐改革的創新思考，并在教學實踐中逐漸實施，形成通過教學團隊成員的創新精神來促進課程發展和培養具有創新意識教師的良性循環。

2.4 合理利用網絡資源，創造交互式課堂

根據上文所描述的模塊化的教學內容和教學形式，在課堂教學過程中，以學生為中心，采用理論、實踐（2：1）的形式組織課堂教學。理論課堂以講解基本理論知識為重點，幫助學生運用學科數學思想梳清整個學科脈絡，建立系統化的認知模型。實踐課堂以“任務驅動”的形式組織教學，以團隊小組的形式進行考核。課堂教學方式是：①教師引導組長運用關注點的計算思維指導組內的分工，將一個復雜的題目演變成一系列的子模塊；②各組員定期交流各自完成的情況，對于過程中遇到的問題；③教師引導學生運用計算思維的方法進行抽象、分析；④通過網絡等各種途徑進行自主檢索、探究、思考、討論；⑤最終形成問題的求解思路；⑥在學生完成任務后，教師引導學生進行知識的歸納和總結，并演示、講解和答辯相結合進行總結評價，加深學生對知識體系的理解。通過這種課堂組織方式，激發學生的求知欲，改變學生由被動學習為主動獲取知識，提高學生的學習主動性。

隨著互聯網的普及和學生對計算機技術的應用，學生可以通過互聯網去使用優質的教育資源，不再單純地依賴授課老師去教授知識。而課堂和老師的角色則發生了變化。老師更多的責任是去理解學生的問題和引導學生去運用知識。1/3的時間課程教學中，除去需要用實驗驗證計算機學科中的一些核心概念和學科形態外，如：計算機的體系結構在最新的計算機產品中的應用問題，第三次數學危機，職業道德，計算機未來的形態等問題均可以采用“任務驅動”的形式授課。學生需要課前根據老師布置的范圍了解和學習相關的知識，形成小組總結性文字，老師需要根據學生的實際水平和課前學習效果組織課堂討論，引導學生計算思維的方式構建學科脈絡，拓展學科視野。

理論教學與任務驅動實踐教學有機結合，充分調動了學生的學習積極性，促進了學對知識的理解，訓練了學生的計算思維，培養了學生的創造力。

3 小結

論文通過對“計算機導論”課程的課程大綱梳理、教學團隊建設、教學方法改革，在當前“計算機導論”教學中注入了新的思路，體現了以培養學生實踐能力的教育思想。

【參考文獻】

[1]Denning P J， et al. Computing as a discipline. Communications of the ACM， 1989，32（1）[J].

[2]ACM/IEEE Curriculum 2001 Task Force. Computing Curricula 2001， Computer Science. IEEE Computer Society Press and ACM Press，2001[J].

[3]The Join Task Force. Computing Curricula 2005. The Overview Report. A cooperative project of ACM， AIS， and IEEE-CS. Sept 2005[J].

[4]中國計算機科學與技術學科教程2002 研究組.中國計算機科學與技術學科教程[M].北京：清華大學出版社，2012.

[5]WING J M .Computational Thinking[J].Communication of ACM.2006，49（3）：33-35.

[6]WING J M .Computational Thinking and Thinking about Computing[EB/OL].2008.

[責任編輯：王楠]