淺談以計算思維為導向的計算機基礎課程教學內容改革

李旻玥

摘 要：當前教育工作者們對計算思維培養的重要性已經有比較充分的認識。內容是知識的載體，計算思維培養研究的一個重要方面是教學內容的設計。該文就計算思維培養內容建設方面，從事實性知識、原理性知識、方法性知識及思維性知識四個維度展開論述，研究計算機基礎教學內容改革，促進學生計算思維能力提高。

關鍵詞：計算思維 教學內容 計算機基礎教學

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（c）-0205-02

當前，計算思維能力培養是計算機教育關注的熱點，教育工作者們對其重要性已經有比較充分的認識。內容是知識的載體，計算思維能力培養中很重要的一方面是教學內容的設計。但在教學內容方面目前并沒有較完善的方案，尤其是高職階段大專院校學生計算思維培養內容的研究更是少之又少。

該文針對大專院校學生計算思維素質狀況，以幼兒師范高等?？茖W校為例，對學習者計算思維能力水平情況做了實際調查。并對調查情況做了數據分析，在此基礎上研究計算機基礎教育教學內容的改革，更好地促進學生計算思維能力的提高，從而更好地促進與學生所學專業緊密結合。

1 現狀與問題

目前傳統的計算機應用技術課程已下移至中小學階段，但許多大學依然用“平臺+應用軟件”作為計算機基礎課的教學內容，已不能滿足大學生的需求。計算機基礎課越來越不受重視，課時被一再壓縮，甚至被有的學校作為了選修課，計算機基礎教育改革迫在眉睫。

筆者通過前期調研了解到：目前學生計算思維素質水平偏低，雖然有了一定的計算思維意識，但非計算機專業學生普遍在計算思維方法上比較薄弱，缺少計算思維方法的支撐也直接影響了學生計算思維能力的提升。因此，在學生中開展計算思維培養是非常必要的。

調研中筆者發現以計算思維為導向的教學內容改革有以下問題值得我們探討。

（1）計算思維內容龐雜，涉及到計算機學科的各個方向，從基本的數制到復雜的數據抽象表達，從邏輯結構到系統組成，從芯片到網絡[1]，知識結構非常復雜。我們不需要也不可能將所有知識都傳授給學生，那么我們選擇哪些內容介紹給學生？

（2）計算機基礎作為大學非計算機專業學生的公共基礎課，學時安排非常有限。那么在有限的時間內，我們選擇哪些內容作為計算思維培養的最小或較小集合介紹給學生。

（3）張莉和金瑩兩位在《大學程序設計課程中的計算思維培養》中指出“應用領域不同，使用計算機完成任務的要求、方法和程度不同，需要進行思維活動的深淺、參與的程度也有所不同”[2]。眾多的非計算機專業學生對計算思維培養的需求是有所不同。而普遍被作為公共基礎課的計算機基礎，由于不能與學生所學專業較好地結合，導致學生學習興趣不大，那么我們又應該選擇哪些計算思維培養內容能與學生專業方向結合？

2 內容改革

筆者認為，圍繞計算思維的計算機基礎教學內容改革首要是關注學生的需求和發展。在內容的維度上要樹立框架意識，分析內容內涵的知識和能力，注重整體結構把握。在內容的處理上，既要充分挖掘計算思維的內涵，又要遵循“注意課程內容的基礎性，課程內容貼近生活，與學生和教育的特點相適應的原則”[3]。

該文參考《面向學習、教學和評價的分類學──布盧姆教育目標分類學的修訂》一書中四個知識維度：事實，概念，程序和元認知，從四個角度展開闡述。

2.1 事實性知識

事實性知識是一種重要知識類型，是學習者學習一門學科所必須知道的基本要素，比如計算機歷史、發展、誕生的年代、所使用的電子元件等。

限于有限的時間，對于學生中學已學過的重復性內容進行簡化壓縮。

對于簡單的事實性知識則納入自學范圍，為學生提供豐富的課外學習資源，如慕課等，敦促學生自主學習。

教學內容可以放在了解發展新技術等方面。如本研究以學前教育專業為例，則可聯系新的教育技術，如“虛擬實驗室，虛擬博物館等，數字圖書館，計算機輔助心理學”等內容。

2.2 原理性知識

計算思維涉及內容眾多，不可能全部納入教學。計算思維培養應該回歸計算機原理介紹，從原理性知識這個角度組織教學內容。

北京理工大嵩天等教授在《面向計算思維的大學計算機基礎課程教學內容改革》中指出“第一，計算思維是基于計算機的。在利用計算機的過程中，深刻理解計算機工作原理將更好地指導人們使用計算機。第二，計算機的設計過程本身就是抽象化、自動化的過程。從艾倫·圖靈開始，無數科學家和工程師基于對計算問題及其求解方法的深刻洞察和高度抽象而設計了計算機，其中蘊藏了很多體現計算思維的內在邏輯，對這些內在邏輯的教學有助于幫助學生建立計算思維的思考過程”[4]。

雖然大專階段學生現階段可能還達不到一定的水平，但北京理工大學通過虛擬實驗的方式開展計算機原理教學，為我們提供了參考經驗，值得我們借鑒。虛擬實驗教學，直觀、簡潔、實驗成本低，有效降低了課程教學難度。還能兼顧不同專業學生計算思維能力訓練，將教學延伸到課外，適合學生自學，彌補了教學學時的不足。目前該實驗軟件和配套教材已經正式出版。

2.3 方法性知識

對于計算思維培養而言，其中很重要的環節就是學生計算思維方法的掌握。而大量的研究和實驗證明，程序設計課程是培養計算思維最合適的平臺。[5]但目前多數非計算機專業學生，限于學時安排和學生能力等，幾乎不開設程序設計課。筆者認為，培養學生計算思維不能簡單停留在應用軟件使用層面上，要幫助學生理解抽象數據，算法，開發系統，自動化解決問題。計算思維不僅僅是程序設計，但程序設計作為一種理解和表達計算思維的方式，是發展計算思維的一個重要切入點[3]。學生在利用編程工具編程時可以直接、頻繁地接觸計算思維的概念和方法，不斷提升系統思考和創意思維能力[6]。endprint

專科階段學生學習程序設計有一定難度，而非計算機專業計算機課學時安排又很有限。針對這種情況，我們選擇Scratch語言來編程入門。Scratch是美國麻省理工學院2007年開發的一款圖形化編程工具。它的突出特點是：可視化操作，模塊編程，大大降低了程序設計的難度。開發過程中，不需要編寫代碼，只需要根據設計拖拽可視化指令塊即可完成編程。讓學生編程時，把主要精力放在系統設計、問題解決上，有效訓練計算思維。不僅降低了學習難度，符合高職學生學習需求，還能改變以往“教師在教，學生在學的過程中糾結于程序本身的語句、語法等細枝末節，而無暇顧及思維的培養”[5]的弊端。Scratch軟件操作簡單，能實現“所見即所得”，編輯腳本后馬上可以在舞臺上看到運行的效果。這將大大激發學生的學習興趣，提高學生的學習效率。即使程序設計零基礎的人也能在短時間內了解程序開發。

筆者以幼兒師范高等?？茖W校學前教育專業為例進行研究。學前專業學生畢業后主要從事與幼兒教育相關工作。Scratch軟件是一款適合兒童編程的軟件，它可以創建交互式游戲或制作出具有故事情節的動畫，以有趣的方式讓學生了解簡單編程，學習簡單編程思想。目前已經有很多利用Scratch編程工具引導低幼年齡學生學習編程的教學與研究[6]。這大大彌補了當前程序設計課程與非計算機專業學生專業背景結合不緊密的缺陷[5]。

學生可以運用Scratch來表達自己的想法，提高自主創新能力。不必將過多的精力放在語法知識上，而是培養創造性思維以及結合自己專業背景開發程序、解決工作生活中問題的能力。

2.4 思維性知識

計算思維是面向計算或基于計算的，隱藏在一般陳述性知識和技術背后的，科學家求解問題的思想和方法，屬于科學方法論范疇。如果說“方法”是解決問題的“工具”，那么“思維”便是“指導思想”。幫學生打通“思路”，讓學生知道解決問題時應該從哪些方面去思考，培養學生求解問題的意識，提高學生解決問題的綜合能力，是計算思維培養的目標。

計算思維反映了計算機科學領域解決問題的思維過程，我們還可以將其遷移到其他問題如日常生活中的實際問題的解決中去。主要體現在“認識問題、分析問題、選擇工具、自動化解決問題”上。引導學生從計算思維的高度去觀察和解決問題，讓學生體驗用計算思維解決問題的一般過程和方法，最終達到在實際問題中靈活地遷移和應用計算思維的目標[3]。華南師范大學的楊倩倩和徐曉東兩位老師在《國外中學計算思維教育案例及分析》中列舉的兩個相關案例，為我們提供了很好的思路。同時，我們可以選擇與學生專業相關的實際問題進行教學和實踐，達到與專業密切結合的目的，提高學生用計算思維解決本專業中的問題的能力，向復合型人才發展。

3 結語

總之，通過計算機來解決問題，不管是專業問題還是生活、學習中的問題，是未開科技和社會發展的趨勢[7]。人們已經普遍認識到計算思維培養的重要性，該文研究了如何落實高職大專階段學生計算思維的培養，希望借此提高自己的理論修養、能力水平。

參考文獻

[1] 何欽銘，陸漢權，馮博琴.計算機基礎教學的核心任務是計算思維能力的培養——《九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》解讀[J].中國大學教學， 2010（9）：5-9.

[2] 張莉，金瑩.大學程序設計課程中的計算思維培養[J].中國電力教育，2013（16）：94-95，109.

[3] 任友群.數字土著何以可能？——也談計算思維進入中小學信息技術教育的必要性和可能性[J].中國電化教育， 2016，1（348）：2-8.

[4] 嵩天，李鳳霞，蔡強，等.面向計算思維的大學計算機基礎課程教學內容改革[J].計算機教育，2014（3）：7-11.

[5] 梁艷瑞.基于AppInventor的高職學生計算思維培養研究[D].四川師范大學，2015.

[6] 王旭卿.從計算思維到計算參與：美國中小學程序設計教學的社會化轉向與啟示[J].中國電化教育，2014（3）：97-100.

[7] 李玲.以培養計算思維為導向的高中《算法與程序設計》教學案例設計[D].沈陽師范大學，2016.endprint