基于計算思維的大學計算機教學探討

楊博寧

摘要：“計算思維”這一名詞來源于一項美國的計算思維專題討論，那里給出的專業名詞解釋為一個所有課堂問題解決的工具。這一名詞在誕生之日起就引起了全世界范圍內的廣泛議論與轟動。在中國，也有著一大批的教育工作者以及科學工作者針對這一概念做出了有益于、適用于我國教育工作的貢獻，但在新教育背景下，如何應用計算思維來豐富、優化大學計算機教學工作又成為廣大教育工作者心頭的難題。

關鍵詞：計算思維；大學計算機教學

計算機基礎課程作為本科生通識教育的重要組成部分，是培養學生信息素養的重要環節。近年來，大學計算機課程教學遭受質疑并面臨新的挑戰。

一、大學計算機課程現狀與存在的問題

國家推動面向所有大學生開設計算機文化課程（后被各學校稱為計算機基礎課程、大學計算機基礎課程）已經近20年，期間經歷了若干次的演變和發展，到今天已經明確了用計算思維改造大學計算機基礎課程的方針和原則，大學計算機課程應該講授計算思維也已經形成了普遍的共識，以計算思維培養為主的大學計算機課程已成為和數學、物理、外語一樣的通識類基礎課程。然而限于“基礎-學時-內容”的矛盾，人們對面向計算思維的課程內容體系仍舊存在一些困惑，致使很多教師的教學內容仍舊停留在所謂“狹義工具論”的層面，或者是停留在匯集計算機各門課程前言、緒論知識的層面，仍沒有形成有特色的自成體系的大學計算機課程教學內容，不能滿足新形勢下大學計算機課程面向計算思維通識教育教學改革的需要。所謂“基礎-學時-內容”矛盾是指：大學一年級學生計算機基礎參差不齊，有些學生計算機基礎很好，而有些學生則相對較弱，講授哪些內容學生才能受益并能接受難以確定；計算機學科是過去60年發展最為迅速的學科，知識與內容膨脹之快速令人難以想象，如此眾多內容怎樣進行教學選擇成為難題；為保證非計算機專業學生本學科知識的學習，不可能拿出太多學時來學習“大學計算機”課程，而且還面臨不斷壓縮課堂學時的壓力。

二、計算思維教學方案和實施

教學過程中所采用的教學方法隨著時代的進步而發展。計算思維的培養不是摒棄以前的教學方法和學習模式，而是將新的計算思維的方法融入進去，達到完善大學計算機基礎教學的目的。使學生在掌握計算機學科思想和方法的基礎上，達到內化計算思維的目的。

（一）教學內容設計的基礎性和普適性

計算思維的定義雖然是2006年周以真教授提出來的，但計算思維從遠古開始由來以久，可以說是無處不在，它與學生的學習、生活、工作密切相關，也是學生不可或缺的生存能力。在教學內容的設計上，以大學計算機基礎教學大綱為指導，重新整理出教學單元中所涉及的計算思維基礎性內容，改變傳統單純知識的教學方法，著重體現計算思維的基礎性"可見性，突出對計算思維能力的引導。以講述“計算機發展階段”為例，將教學內容設計為專題講座“計算機的昨天、今天和明天”，從結繩計事講起，到計算機的四個階段和未來的計算機，提煉出計算和計算思維的普適性與基礎性，讓學生更好地理解計算思維。

（二）教學內容的設計具有趣味性和啟發性

大學計算機基礎課程有別于其他公共課，學生的起點層次不齊，常規的依賴于課本的教學方法，不能達到理想的教學效果，特別是理論課部分，需要很好的教學設計，才能體現計算思維在理論課中的普遍性與趣味性。比如說“二進制”的部分，便可以設置以游戲的方式進行教學，讓同學們在玩游戲的過程中，了解二進制的原理以及進制之間的轉換規則，通過使用二進制表示二值圖像、計算人的生日、計算ISBN等，來體會二進制與日常生活的密切聯系，讓同學們感受計算的無處不在，計算思維的無處不在。

（三）教學內容設計的綜合性與實用性

課堂是一種生活，如何在這有限的時間內讓同學們理解和建立“信息、計算、智能”三大核心概念，從傳統的以教師為主導或無意識的思維教學中轉變過來，讓學生想學習，會學習，以計算思維為導向的教案設計顯得尤為重要。計算思維的核心是算法的思維，就是抽象的思維，但是同時它也擁有著很多的時代特性。從現實生活的案例入手，通過感悟數字化生存的智慧，讓學生感受到計算思維的由來、原理、方法，以及如何有效地運用計算思維來解決現實中的問題，把知識的教學升華為思想的教學。以程序設計內容為例，對于非計算機專業的同學來說，程序設計一直是難學的內容，為了讓同學們更好地了解算法和抽象思維，我們加入了可視化的編程語言———RAPTOR。從計算思維培養的角度進行案例的重組，將問題求解提升至計算思維的培養。以程序設計中經典案例哥尼斯堡七橋問題為例，以計算思維為導向對問題進行求解：問題求解（尋找一條經過各城市有且僅有一次，再回到起點的路徑）———尋找解決方案（一筆畫算法）———算法優化（使用編程語言實現一筆畫算法，并在實現過程中對其進行優化）———總結歸納為現實問題的延伸（總結出解決此類問題的一種通用方法）。通過從算法構造世界的角度，來講述算法之美，計算思維之普遍與美。

三、教學評價體系

不同于其他理論課程，計算機基礎類課程的操作性和設計性較強，鑒于這個特點，教學評價將過程性評價和終結性評價相結合。過程性評價（平時成績）由出勤（30%）和課堂提交作業（品）（70%）兩部分組成，占總成績50%；學生若在作業中有創新和提高，可以適當增加分數，從而激發學生的學習興趣，提高學生的求知欲。終結性評價是課程結束綜合性考核結果（期末成績）占總成績50%。不論是在過程性評價還是終結性的評價時，都應采用無紙化的考試形式，這樣才能充分體現計算機教學的特點，讓學生感受到計算機的強大魅力。

對于大學生而言，大學計算機基礎是必須掌握的。大學計算機基礎課程的開設有助于學生計算思維能力的培養。教師在進行教學的過程中，不妨對計算思維的訓練課程進行設計，雖然會存在一定的難度和挑戰，但同時也可以給大學計算機課程領域帶來一縷清風，促進教學的改革和發展。筆者就大學計算機教學的問題與現狀進行了概述，同時據此對計算思維教學方法進行了分析，希望可以對大學計算機教學這方面起到一定幫助。

參考文獻：

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