面向計算思維培養(yǎng)的大學計算機基礎教學

張敬瑜

摘 要：大學中計算機課程在教學中有其獨特的特點，本文主要探討以計算思維作為主要內(nèi)容的大學計算機基礎課程中的教學改革，并提出一些教學方法，主要有分類培養(yǎng)與專業(yè)融合的教學理論與分兩個階段進行培養(yǎng)的實驗教學方法，證明此教學改革中可以有效提高計算機基礎教學的效果，讓學生在取得專業(yè)知識與技能的同時，也能夠培養(yǎng)學生對計算與思維的能力。

關(guān)鍵詞：面向計算；思維；基礎教學

最早提出計算思維的是美國的卡內(nèi)基梅隆大學計算機系的周以真教授，具體的定義是，使用計算機科學的基本概念去求解問題，設計系統(tǒng)與理解人類的行為，涵蓋了計算機科學之廣度的一系列的思維活動。計算機思維反應的是計算機技術(shù)本質(zhì)的特征與解決問題的核心辦法，可以提升非專業(yè)的學生的計算素養(yǎng)，能夠培養(yǎng)學生使用計算機處理與解決領(lǐng)域問題的思維方法與表達形式，會對學生產(chǎn)生深遠的影響。

一、需要解決的問題

改革的最終目的是能夠使學生在對計算機核心知識的學習以及在可以使用應用工具的基礎上能夠運用高效的思維去思考，把無意識的計算思維教學理念提高到有意識、系統(tǒng)性的計算機思維教學。達到從根本中解決當前大學計算機基礎課程中面臨的教學困境，根據(jù)以上的目標，需要通過計算思維作為核心然后對教學內(nèi)容進行重構(gòu)，然后通過合適的教學實踐使這些重構(gòu)之后的內(nèi)容能夠讓學生接受。通過分析，得出了如下的幾個具體的問題：

在有限的課時之內(nèi)培養(yǎng)學生哪些具體的計算思維要素；怎樣在學生還沒有掌握一門編程語言的時候?qū)嵺`所學到的計算思維的內(nèi)容；面對不同基礎與專業(yè)的學生該怎樣體現(xiàn)不同的計算思維教育與訓練內(nèi)容。

二、分類教學與專業(yè)融合的教學內(nèi)容的設計

西北工業(yè)大學是一所發(fā)展航空航天航海工程與研究為特色，以工科理科為主，將管理、文學、經(jīng)濟、法律協(xié)調(diào)發(fā)展的研究型、多學科與開放式的大學。其中對于不同專業(yè)的學生的計算機知識的要求也各不相同，其中也存在比較大差異，就算是相同專業(yè)的學生的計算機水平也是存在差異的，針對這種情況，來進行分類教學是非常有必要的。比如在程序設計的過程中依據(jù)文理科進行分類實踐教學并取得了非常好的效果，也積累了一定的經(jīng)驗，這種方法在大學的計算機基礎課程的教學中卻還沒有實施。而這次計算機思維培養(yǎng)為核心的大學計算及基礎課程的教學改革除了在教學內(nèi)容上按照文理分工之外，還要考慮特殊方向與專業(yè)學生群體的計算機教育的需求，按照需求將教學內(nèi)容分為了如下四個方向：針對理工科專業(yè)學生；針對文管專業(yè)的學生；針對國際班全英文的計算機教學；針對教育實驗學院卓越班的學生。

西北工業(yè)大學屬于重點理工科院校，大部分學生都是理工科，以2013年的數(shù)據(jù)為例，理工專業(yè)的學生占了百分之六十二，文管類的學生只占了百分之十七，國際班與卓越班分別占了百分之四與百分之十七。在確定每個專業(yè)的學生的教學內(nèi)容的時候就需要遵循兩個融合的原則，就是將計算機基礎教育與培養(yǎng)進行融合，將計算機基礎知識與學生的專業(yè)技術(shù)融合，注重計算機基礎知識與學生專業(yè)方向的融合。關(guān)于兩個融合，具體的內(nèi)容如下：

對計算思維培養(yǎng)的融合，具體指的是將計算機科學中最有基礎性與長期性的計算思想傳授給學生，讓學生學會該怎樣把問題轉(zhuǎn)化成能夠使用計算機解決的方式，培養(yǎng)學生從本質(zhì)與全局來建立解決問題的思路。專業(yè)技術(shù)融合，具體指的是依據(jù)學生專業(yè)的特點與需要，在對計算思維的培養(yǎng)的基礎上動態(tài)的選擇課程的內(nèi)容，形成可以定制的教學模塊，然后實施分層教學。

三、兩階段培養(yǎng)與可視化計算思維實踐的實驗環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)的觀念中，實驗教學一直是作為理論教學的輔助內(nèi)容，與理論教學在章節(jié)的內(nèi)容上是相對應的。然而，在我們的教學改革中國，卻將實驗課程與理論課程的關(guān)系確立為互補關(guān)系，實驗課程具有相應的獨立性，在內(nèi)容中體現(xiàn)的是兩階段培養(yǎng)的實驗教學理念。在第一階段的實驗為計算機基礎知識的實踐，從Windows的使用開始，以及一些常用的軟件的使用，常見的網(wǎng)絡的應用等。這個階段的主要目標就是培養(yǎng)學生對計算機的基礎的操作技能與常用的工具軟件的操作的掌握。在第二個階段中主要學習的是關(guān)于計算思維的實驗，這部分的內(nèi)容是要求學生依據(jù)具體的應用進行程序的設計，能夠?qū)崿F(xiàn)典型的算法。

本文在“一，需要解決的問題中”提到的第二個問題，這個階段的學生還不具備程序設計的基礎知識與經(jīng)驗的情況下，我們認為可以使用可視化編程工具來支持可視化的程序設計，主要就是讓程序人員利用軟件本身提供的空間來構(gòu)造應用程序中的各種界面，在當今的軟件開發(fā)領(lǐng)域，可視化的編程技術(shù)已經(jīng)成為重要的工具與手段了。因此我們在實驗改革中引入可視化的編程工具Raptor，讓不具備編程基礎的學生可以實施算法的實踐與驗證。Raptor是一種可視化的程序設計環(huán)境，程序設計中的要素都是通過圖形與符號的方式進行展現(xiàn)的，當前在世界的二十幾個國家與地區(qū)的高等院校中得到使用。

四、結(jié)語

通過分析教師與學生的調(diào)查結(jié)果，對工作中的不足進行了總結(jié)，也從中得出了寶貴的經(jīng)驗，主要包括：在教學中對計算思維的培養(yǎng)是對學生創(chuàng)新力培養(yǎng)的重點，對大學生全面的素質(zhì)教育與能力的培養(yǎng)擔負著重要的職責。在教學的過程中，以及通過調(diào)查反饋的教學過程中的必要改革的方臘向都是正確的，是受到廣大的教師與學生認可的。另外，此課程的改革具備適應與完善的過程，對課程進行教學工作的教師要深入的加深對計算思維的理解，并要對典型的案例進行合理的選擇，在課時少的時候，要有效的組織教學內(nèi)容，教學內(nèi)容要科學，兼顧廣度與深度。最后，在以后的工作中，還需要繼續(xù)加大對計算思維的大學計算機基礎教學的建設工作，進一步探索與挖掘?qū)τ嬎闼季S的培養(yǎng)方式。

參考文獻：

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

[2]陳國良.計算思維和大學計算機基礎教育[J].中國大學教育，2011（1）

[3]裴新鳳，詹濤，尹令平.網(wǎng)絡教學輔助系統(tǒng)模式的探討與實踐[J].電化教育研究，2007（4）：42-44.

（作者單位：燕山大學里仁學院實訓中心）