融入計算思維的應用型本科院校計算機基礎課程改革探索

岳強，胡中玉，李玲，平大林，黃吉花

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融入計算思維的應用型本科院校計算機基礎課程改革探索

岳強，胡中玉，李玲，平大林，黃吉花

摘 要：針對應用型本科院校計算機基礎課程教學中出現的弊病，即在課程教學和學生能力培養間存在鴻溝，提出將計算思維引入教學，解決計算機基礎課程的教學危機。通過介紹計算思維中的關鍵內容，分析計算思維的核心方法，探討融入計算思維的分層次分類別教學模式，提出以計算思維能力培養為核心的計算機基礎課程改革方案。

關鍵詞：應用型本科院校；計算思維；計算機基礎課程；課程改革

0 引言

應用型本科院校是中國高等院校的重要組成部分，學校數目眾多，辦學特色明顯。不同于傳統研究型本科院校，應用型本科院校立足于地方，為本地經濟和社會培養技術密集型產業的高技術應用型人才。大學計算機基礎課程是高校學生入學后的第一門信息技術類課程，該課程旨在培養學生使用計算機科學知識和技術分析和解決實際問題的能力，提升學生創新意識，培養學生的信息素養，為學生學習后繼課程打下堅實的信息技術基礎。該課程的教學是保證人才培養質量的一項重要教學工作，對大學生畢業后是否能夠迅速適應社會需要，并具有可持續發展的再學習能力，具有重要意義。

1 應用型本科院校計算機基礎課程教學現狀

2012年全國共有普通本科高校1171所，其中：211工程高校116所，占9.9%，非“211”高校1055所，占90.1%，新建的本科院校是指1999年以來新晉升科學校，共有647所，約占全國普通本科高等學校數量的55.3%，占非“211”普通本科高校數量的61.3%[1]。這些地方本科院校在辦學地位、人才培養模式、生源質量和課程教學上都與傳統的重點院校有著明顯區別。隨著網絡技術、多媒體技術和無線接入技術的迅速發展，計算機基礎知識得到快速的普及，特別在應用型本科院校中，計算機基礎課程進入蓬勃發展期，呈現出以下特點。

1）大多數學校都十分重視計算機教育教學的重要性，并確立了計算機基礎課程的基礎性地位，計算機基礎課程在各專業的培養方案中已成為不可缺少的一部分。

2）隨著計算機的發展和普及，計算機基礎課程的教學轉變為理論教學與實踐教學高度融合，用理論指導實踐，并在具體的實踐案例中去深化理論。同時，以能力訓練為核心的實驗教學理論已經滲透進課程中，“案例教學”、“任務驅動”等多種教學模式得到廣泛運用。

3）社會信息化進程不斷加速，各種學科間不再局限于單純的某一領域的研究，多學科交叉融合是信息技術發展的契機，計算機的輔助功能得以極大的發揮作用，各專業對學生的計算機應用能力的要求日趨強烈，計算機基礎課程成為很多專業課程的前驅課。

雖然計算機基礎課程在應用型本科院校里得到越來越多的關注，但受限于學校的歷史沿革和生源質量，該課程存在以下方面的問題。

1）課程體系不明確

應用型本科院校大多是1999年以后晉升為本科院校的，以前大都是高職高專層次的學校，在課程體系的規劃上缺乏系統性和規范性，部分學校還繼續沿用專科階段的課程體系，教學內容還停留在“計算機文化基礎”或“計算機應用基礎”階段，體現不出計算機技術的先進性。

2）學時少、內容多

計算機基礎課程的教學學時一般在32至70個學時之間，每一章的教學內容可能對應著計算機科學與技術專業的一門專業課程，造成每章的教學只能觸及表面即止，不能深入系統的學習。特別是教育部對本科教學計劃的總學時做出規定后，很多專業在指定教學計劃時就首先減少公共基礎課程的學時，計算機基礎課程首當其沖，有些院校甚至將計算機基礎課開設為選修課，不僅學時大幅縮減，其基礎性地位也受到動搖。

3）陷入“狹義工具論”誤區

“狹義工具論”就是認為計算機基礎教學就是教學生怎么將計算機作為工具使用[2]。教學內容的組織上以各種軟件的使用為重點，教材中的一章就是某些軟件的使用手冊，如Windows操作系統、Office辦公軟件和網絡軟件等常見內容，教學過程以教會學生熟練使用常用軟件為目的，讓學生掌握軟件工作環境的構成、具體的菜單命令和操作步驟等?！蔼M義工具論”誤區使計算機基礎教學丟失了靈魂，學生往往只會使用教會的軟件，由于軟件的升級換代非常頻繁，很多學生又要重新學習新版本的或其他的軟件，導致培養學生的創新能力成為空話。

2 計算思維的關鍵內容

2.1 計算思維的引入

針對高校計算機基礎課程教學中出現的上述問題，2010年陳國良院士在第六屆大學計算機課程報告論壇上所作的報告第一次正式提出將“計算思維能力培養”作為計算機基礎課程教學改革切入點的開創性倡議。2006年，美國卡內基·梅隆大學的周以真教授顯性的提出“計算思維”的定義：計算思維是運用計算機科學的基礎概念去問題求解、設計系統和理解人類行為的涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動[3]。計算思維是人類早已存在的思維活動，只是未被發掘提升到理論高度，它引領人類思考問題進行解決，推動人類科技進步。2010年，包括清華大學等高校在內的九校聯盟在《九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》中，確定了以計算思維為核心的計算機基礎課程教學改革。

2.2 計算思維的地位

計算思維是一種科學思維，與理論思維、實驗思維一起構成了人類的三大科學研究思維。計算思維并不是一種新的發明，而是早已存在的思維活動，是每一個人都具有的一種技能[4]。以其他思維方式相比，計算思維以抽象和自動化為本質，以設計和構造為特征，強調對問題進行自動化求解。計算機學科是計算思維的代表學科，思維的訓練是一個長期的過程，在計算機基礎教學中，不是僅僅通過幾節課就要求學生了解計算思維的內涵，而要通過營造環境、設計案例讓學生潛移默化的掌握。

2.3 計算思維的核心方法

計算思維方法是計算思維的核心。計算思維是思維過程或功能的計算模擬方法論，其目的是為了提供適當的方法，使人們能借助現代和將來的計算機，逐步達到人工智能的較高目標，諸如模式識別、決策、優化、自控等的有關算法都可屬于計算思維的范疇。計算思維方法很多，周以真教授將計算思維闡述成具體的七大類方法，有把一個困難的問題簡化為如何求解的約簡、轉化等方法；有控制龐雜的任務或進行巨型復雜系統的設計的抽象和分解的方法；有對一個問題的相關方面選擇合適的方式陳述或建模的方法；有對進行系統恢復的采用預防、保護等方式；有利用海量數據來加快計算，解決時間和空間之間矛盾的思維方法。

這些方法中既有數學和工程的方法，也有如遞歸等公認的計算機科學方法。美國ACM前主席Peter J.Denning 教授將計算原理歸為七類：計算、通信、協作、記憶、自動化、評估和設計，大多數的計算技術都使用這七類計算原理[5]，它們是解決問題的有效方法。

3 融入計算思維的計算機基礎課程改革方案

3.1 構建“分層次、分類別”教學模式

應用型本科院校是服務于地方經濟社會發展需求的高校，計算機基礎課程教學內容、方法和手段，必須與時俱進，才能適應學校辦學定位和人才培養目標的要求。根據教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會《關于進一步加強高等學校計算機基礎教學的意見》，采用了“1+X”的課程體系，“1”即“大學計算機基礎”課程，推行“分層次、分類別”的課程教學模式[6]。

1）分層次

“分層次”是值新生入學以后進行計算機基礎分級測試，根據測試成績編入層次1班級（普通班）和層次2班級（高級班），各層次的課程內容體系和教學目標如表1所示：

表1　分層次教學目標表

2）分級測試

入學后新生參加分級考試，測試系統使用無紙化網絡考試平臺，測試題型包含理論題和實踐操作題，測試題型和期末考一致，難度持平，以我校2015學年上學期的測試數據為例，測試成績統計結果如圖1所示：

圖1　分級測試成績統計圖

以分級測試成績作為分班依據，達到標準的學生編入層次2班級，沒有達到標準的學生編入層次1班級。層次1的學生系統學習公共平臺基礎知識，層次2的學生通過強化公共平臺知識的綜合應用能力，快速提升后學習與專業后繼課程對接的模塊課程。

3）分類別

根據學科屬性，將學科類別相近的院系學生劃分為一類，全校分為4類，為每個類別的學生開設不同的模塊課程。模塊課程是在認真分析各院系人才培養方案的基礎上確定的，原則是學習模塊課程后對學生學習本專業的后繼課程提供信息基礎支持，具體開設情況如表2所示：

表1　專業分類表

通過分類別模塊課程的學習，打牢了學生學習后繼專業課程的信息基礎，實現了計算機基礎課與專業課的“無縫對接”，更好地滿足了不同專業學生對信息技術的學習需求。

“分層次、分類別”的教學模式很好地解決了計算機基礎課程學時少與內容多的結構性矛盾，克服了講授內容只能“點到為止”，學生學習效果只能是淺嘗即止，更談不上讓學生掌握使用計算機進行問題求解的方法。

3.2 融入計算思維的課程知識體系

針對所有學生利用 2 周的時間（8學時）開展計算思維基礎知識專題教學，主要介紹三大科學思維、計算思維核心概念和方法，結合生活化的例子引入計算思維的存在，激發學生學習計算思維的興趣。通過講授漢諾塔問題說明計算機和人類相比，各自的優勢和局限性所在；講解圖靈機和停機問題讓學生理解計算模型和可計算理論；講解圖靈模型讓學生了解人工智能，引導學生主動探索人工智能領域的知識。

對于層次2學生，理工類模塊課程強調程序設計能力的培養，通過算法多樣化訓練計算思維；經管類模塊課程強調數據庫技術，講授概念模型和數據模型，訓練學生的建模思維；音體美類模塊課程強調多媒體技術應用，通過制作多媒體作品和網站設計訓練學生的分析設計能力；文史類模塊課程強調Office綜合技術應用，通過對海量數據的統計分析挖掘出有效的知識。在不同類別的模塊課程中以案例教學和任務驅動的方式，繼續深入介紹計算思維的方法，培養學生的計算思維，讓學生更加深刻的理解抽象和自動化這一計算思維的本質。不同類別的模塊課程訓練的計算思維方法如表3所示：

表2　分類別模塊課與計算機思維方法

3.3 考核方式改革

期末考試實施“教考分離”方式，在學校建設的“全自動網絡考試平臺”實現無紙化考試，該考試平臺不但能夠實現理論題型的自動評分，也能夠對操作實踐進行自動判分，操作實踐題型包括Windows操作系統、Office軟件、網絡應用等。對于層次2的學生，增加了C程序設計、Access數據庫和Dreamweaver題庫的建設，以適應計算思維內容的考核。推行期末考試和社會認證的雙重教學質量考核標準，在組織學生參加云南省級高校計算機等級考試的同時，積極引導和鼓勵學生報考全國計算機等級考試及各類行業能力認證考試，如獲得考試證書也能獲得課程學分，有效追蹤了課程教學效果，實現教學質量與能力認證間的有機結合。

4 總結

計算思維的培養不僅僅是計算機技能的培養，而是思考方法和方式的培養，它的最終目標是培養大學生可持續學習和發展的能力，是一種受益終身的教育。將計算思維融入到計算機基礎課程教學中，不僅讓學生從“做中學”升華為從“思考中學”，而且能讓教師真正做到“授人以魚，不如授之以漁”。

參考文獻

[11] 應用技術大學（學院）聯盟，地方高校轉型發展研究中心．地方本科院校轉型發展實踐與政策研究報告[R]．天津：應用技術大學（學院）聯盟，2013．

[12] 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)．

[13] JeannetteM．Wing． Computational Thinking [J]．Communicationsof ACM，2006， 49(3)．

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

[15] PeterJ. Denning. The Great Principles of Computing[J]. American Scientist，2010，98(Sept.-Oct.)．

[16] 教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會．關于進一步加強高等學校計算機基礎教學的意見暨計算機基礎課程教學基本要求［M］．北京: 高等教育出版社，2006．

Exploration of Reform on Basic Computer Courses Integrating Computational Thinking for Application-oriented Universities

Yue Qiang, Hu Zhongyu, Li Ling, Ping Dalin, Huang Jihua
(1.School of Information and Technology, KunmingUniversity, Kunming 650214, China; 2.School of Auto-control and Mechanical Engineering, KunmingUniversity, Kunming 650214, China)

Abstract:In allusion to the problems about the teaching of basic computer course in application-oriented universities, there is a wide gap between the teaching and students' ability, and therefore computational thinking is leaded into the teaching to resolve the crises. This article describes the key contents about computational thinking, and analyzes the important methods of computational thinking. And then it explores the hierarchical and classified teaching mode that integrated computational thinking, and proposes a program of reform on basic computer course based on training ability of computational thinking.

Key words:Application-oriented Universities; Computational Thinking; Basic Computer Courses; Course Reform

收稿日期：（2015.11.05）

作者簡介：岳 強（1977－），男，昆明市人，昆明學院，講師，碩士，研究方向：計算機基礎教育和應用，昆明，650214胡中玉（1981－），女，昆明市人，昆明學院，講師，碩士，研究方向：計算機仿真，昆明，650214 李 玲（1968－），女，昆明市人，昆明學院，講師，學士，研究方向：計算機基礎教育和應用，昆明，650214平大林（1957－），男，昆明市人，昆明學院，副教授，學士，研究方向：計算機基礎教育和應用，昆明，650214黃吉花（1979－），女，昆明市人，昆明學院，講師，碩士，研究方向：計算機基礎教育和應用，昆明，650214

基金項目：云南省精品課程“大學計算機基礎”（云教高[2015]17號）、昆明學院教學質量工程“計算機應用技術技能競賽教學團隊”

文章編號：1007-757X(2016)02-0036-03

中圖分類號：G642 .0

文獻標志碼：A