以計算思維為主導的大學計算機基礎課程教學改革探索

王政鋒++陳超泉

【摘 要】《九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》提出大學計算機基礎課程的目標是培養學生的計算思維能力。基于計算思維的計算機基礎課程改革探索已經尤為重要，文章針對現階段計算機基礎教學中存在的問題進行問卷調查分析，結合筆者多年從事教學的體會，提出了一種以計算思維為主導的大學計算機基礎課程體系。

【關鍵詞】大學計算機基礎；計算思維；MOOC/SPOC

0 引言

大學計算機基礎課程作為公共基礎課，目前仍是大多數高校的必修課程。計算機本身是一門學科，但其對其他學科的發展具有促進作用，計算機科學源于數學與工程化的思想，利用計算機解決實際問題的過程也是利用數學的方法和工程的思維方式去抽象和實現的過程，這也是計算思維的核心，當代大學生對計算思維的掌握非常必要。因此，培養學生計算思維能力應該是該課程的主要目標，能夠使學生更好的利用計算機科學以幫助本學科的學習與創新。

從教育部會發布的《計算機基礎課程教學基本要求》文件中也可以看出該系列課程的目標是培養學生一種思維方式[1]，運用計算機解決實際問題，而這種思維即是計算思維。縱觀目前的大學計算機基礎教程，有各種各樣的名稱，基礎教程、入門、文化等名稱，其內容大多偏向操作系統、OFFICE辦公軟件等的使用介紹，可以看出很多高校的計算機課程仍然停留在早期的教學內容階段，過多關注了學生對計算機的使用，“計算機工具論”的觀點也越來越多[2]。而隨著現代社會信息化程度的步伐加快，計算機不再只是少數專業人員能夠使用，學生對計算機的使用也較為熟悉。近年來，大學計算機基礎教學的核心任務是培養學生計算思維的觀點已經得到公認[3-5]。《九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》也明確提出將計算思維作為計算機基礎教學改革的主導思想[6]。但現階段計算思維的培養也僅限開設一門程序設計課程，學生往往將過多的精力花費在語言的學習，而非思維的訓練上。本文從桂林理工大學的實際情況出發，提出了以計算思維為主導的計算機基礎教學改革的思路。

1 教學面臨的問題及調查總結

表1 計算機基礎課程教學知識體系結構

以桂林理工大學當前的基礎課程教學為例，表1展示了本校計算機基礎課程教學知識體系結構。主要分為兩個層次，第一個層次是針對計算機基礎知識及應用的教學，第二層次針對思維培養開設編程課程。最初開設該課程的是根據本校的生源進行適當的教學內容設計，主要偏向計算機知識及應用能力，在十幾年的教學中也取得了較好的成績。但在最近幾年隨著社會信息化的步伐加快，計算機已經非常普及，在教學實踐過程與學生的交流中發現：雖然桂林理工大學深處西部較為落后地區，學生對計算機的操作已經非常熟悉甚至熟練的程度，對基礎知識課程所授內容興趣不高，而且普遍反映當前教學內容涉及的知識點多、范圍較廣，往往知識了解淺顯，系統性較差，學生學習也容易失去耐心。為進一步了解和解決這些問題，我們對大一大二的251名學生采用隨機問卷的形式進行調查，旨在驗證我們的教學感受、并試圖為我們教學改革提供思路和依據。

1.1 基礎知識課程存在的問題

當前基礎知識課程教學主要存在“工具論”和“內容廣而不精”兩方面的問題，針對這兩個問題，我們分別設置了問卷進行調查分析。

從課程內容安排上分析，當前的基礎知識課程定位主要目標是培養學生的計算機應用能力，主要強調了計算機操作和應用軟件的使用。為此，問卷主要調查學生掌握計算機應用軟件使用的途徑，調查結果如圖1所示。

圖1 學習計算機操作及應用軟件的途徑

圖1顯示，有超過40%的學生學習計算機操作及應用軟件是通過自學掌握，這進一步印證了現階段的課程定位已經不再適合當前教學對象。

針對課時較少，教學內容比較廣泛、淺顯的問題，我們對學生感興趣的內容進行了統計調查，試圖對教學內容進行微調，調查結果如圖2所示：

圖2 感興趣的計算機課程

圖2顯示，辦公軟件（office）、圖像設計（Photoshop）、Flash動畫設計占據前三位，其中辦公軟件和圖像設計有超過70%的學生表現出較為濃厚的興趣。

1.2 程序設計教學的困惑

程序設計課程的開設初衷是培養學生抽象和自動化的思維方式，能夠利用計算機技術解決一些實際問題，但是在實際的教學中發現學生過多的注意力分散在程序設計語言（VB）的語法學習上。我們針對這個問題也設置了問卷進行分析驗證。調查結果如圖3所示。

圖3 學習高級語言程序設計（VB）的難點

圖3顯示，分別有33%的學生在學習時對語言本身語法的接受較慢，從而無法將注意力集中在思維訓練上，這也驗證了我們的推測。

2 課程改革思路

對于基礎課程的改革，并不是對現有課程的全盤否定，而是需要結合當前的生源以及當前課程存在的問題進行調整，我們通過多年的教學感受以及本校實際情況的問卷調查結果分析、驗證，結合教育部關于大學計算機基礎課程教學基本要求，提出了一些課程的改革方向和思路：

（1）以培養學生計算思維為主要目的；

（2）結合本校特點培養計算機應用型人才；

（3）拓展學生對計算機學習的興趣。

2.1 計算思維的培養

“計算思維”的本質是抽象和自動化[7]，圖靈機正是計算思維最好的詮釋，它是使用計算機解決實際問題的一種思路。當前的基礎課程體系中僅僅依靠程序設計一門課程來培養學生的計算思維是無法做到的，需要在一年級的課程中就開始為這種思維方式的培養奠定一些基礎；另一方面根據之前的調查分析發現當前的一年級課程過多強調了學生已經掌握或者可以通過自學可以掌握的應用操作。

2.2 以計算思維為主導的教學知識模塊

計算機思維的培養主要對現有課程的教學內容和教學形式兩方面進行改革探索，對當前課程的教學內容進行部分的修改和調整，部分教學內容采用當下推行效果比較好的MOOC/SPOC的教學形式。

2.2.1 教學內容

計算機思維的培養和學習也主要通過理論+實踐的形式來實現，理論部分將設立《大學計算機基礎》課程，主要講授計算機系統基本知識和計算機問題求解兩部分；實踐部分設立《Python編程》，以提高學生使用計算機進行問題的求解的能力。為了培養學生的實際動手能力，開設部分較為實用的興趣課堂：《辦公軟件》、《Photoshop圖像設計》、《Flash動畫設計》等課程。

（1）計算機系統基本知識：人類計算的發展、圖靈機、計算機的發展史、計算機內信息的表示、馮·諾依曼體系結構、存儲程序控制工作方式等。

（2）計算機問題求解：抽象與數學模型、算法基礎知識、問題求解實例等。

（3）選擇Python語言而沒有選用VB作為實踐課程的主要原因：

①Python語言語法較為簡單，其語法接近自然語言，學生閱讀一段良好的Python程序就如同在閱讀英語。因此，該語言這個特點能夠幫助學生講注意力集中于如何解決問題而不是花大把的精力去研究語言本身。現如今，在麻省理工學院其計算機科學及編程導論就使用了Python語言講授，此外，卡耐基梅隆大學也使用了Python語言講授編程基礎。

②Python語言擁有非常龐大的標準數學庫接口，可以很好的完成各種科學計算。幫助學生較好較快的實現數學模型。

2.2.2 教學形式

（1）對于開設的興趣課堂可采用當下較為流行且推行效果不錯的MOOC/SPOC的網絡教學模式。

①這種教學模式下，學生可以隨時進行相關感興趣內容的學習，不受時間和空間的限制；

②考慮到應用軟件學習的特點，采用網絡視頻教學模式，學生可以進行多次、重復觀看；

③相比較傳統課堂教學，學生學習的自由度較高，而且學生可以依據自身的基礎，對內容進行選擇性學習，學習的效率較高。

（2）對于《大學計算機基礎》、《Python編程》兩門課程主要采用課堂教學的方式，MOOC/SPOC教學模式也有自身的缺點[8]，學生對難度較大的課程很容易失去耐心，在學習過程中可能會出現注意力不集中，出現中途退課的現象。因此，該課程主要采用課堂教學的方式，當然對于重點知識點，教師可以自己制作相關的短片供學生復習和學習。

2.2.3 教學知識體系結構

通過上文對教學內容和教學形式的改革探索，不再進行專業的區分，新構建的計算機基礎課程的教學知識體系結構如表2所示。

表2 計算機基礎課程的教學知識體系結構

該課程主要以計算思維的培養為主線，結合學生的興趣愛好，開設了相關課程，相比之前的課程進行了內容的矢量增減、教學形式也更加靈活，主要的目的是使學生能夠真正的將時間和精力分配在計算思維的培養和感興趣的課程上。

3 結語

大學計算機基礎教學的目標是培養學生科學思維能力，能夠使學生充分利用計算機科學以幫助本學科的學習與創新。我們針對現階段我校計算機基礎教學情況中存在的問題進行了問卷調查，為課程改革的探索提供了一線的數據支持，并據此提出了下一階段的課程改革的思路，改革的目標是使學生在未來能夠更好的使用計算機來進行問題求解，即計算思維的培養。但計算思維教學改革不是一揮而就的事情，還需要我們不斷的探索、實踐和優化。

【參考文獻】

[1]教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會.高等學校計算機基礎教學發展戰略研究報告暨計算機基礎課程教學基本要求[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]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）.

[3]朱勇，楊洪偉，宋曉強.大學計算機基礎教學中計算思維的培養途徑[J].計算機教育，2013（5）：35-38.

[4]樊敏，王曉鋒.大學計算思維能力培養的教學組織研究[J].計算機教育，2015（4）.

[5]趙瑤池，胡祝華，陳明銳，彭金蓮.以計算思維為導向的大學“計算機基礎”課程教學改革研究[J].海南大學學報自然科學版，2014，32（4）：383-388.

[6]九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明[J].中國大學教學，2009（9）.

[7]李廉.關于計算思維的特質性[J].中國大學教學，2014（11）.

[8]何欽銘.通過MOOC/SPOC課程推動課程教學方法的根本變革[J].計算機教育，2016（01）.

[責任編輯：湯靜]