基于計算思維能力培養的大學計算機基礎課程教學改革探索

于寧　戴紅　安繼芳　常子冠

摘 要： 為推動以計算思維能力培養為核心的大學計算機基礎教學全面改革，結合我校城市型、應用型大學的定位屬性，進行了面向應用，基于計算思維能力培養的計算機基礎課程教學研究，提出了將計算思維理念與面向應用相結合的改革思路。以“理論夠用，適度擴展；實驗導學，逐步滲透”為原則重構大學計算機基礎課程內容，并借助中國大學MOOC與Blackboard網絡教學平臺，開展傳統課堂教學與SPOCs課程混合式教學實踐。

關鍵詞： 計算思維； 面向應用； 混合式教學； 教學改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2017）09-72-03

Abstract： In order to promote the comprehensive reform of basic computer teaching in university with computational thinking ability as the core， combined with the location attributes of city type and application type of our university， the application-oriented and computational thinking ability training oriented teaching of basic computer course is researched， and the reform idea of combining computational thinking with application-oriented is put forward. With the principle of "sufficient theory， moderate expansion， experimental guidance and gradual infiltration"， the content of basic computer course in the university is reconstructed， and the blended teaching practice of traditional classroom teaching and SPOCs （small private online courses） course is carried out via the Chinese university MOOC and Blackboard network teaching platform.

Key words： computational thinking； application-oriented； blended teaching； teaching reform

0 引言

計算思維曾經是數學家、計算機科學家、軟件工程師等人的專利。隨著計算機的普及和其應用領域的爆炸性發展，計算能力的瓶頸不斷被突破。計算這種智力活動的門檻被打破，計算思維不再是少數人的專屬，它逐漸普及開來，先是成為所有理工科大學生的必備技能，進而拓展為所有大學生的基礎素質，最終一步步拓延為全人類的集體直觀[1]。

教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會在經過大量調研與深入研究后，于2015年11月推出《大學計算機基礎課程教學基本要求》，確立了推進大學計算機基礎課程教學改革的總體目標，即計算思維能力的培養將成為今后大學計算機基礎教學的新常態。這是新的歷史時期大學計算機基礎教學的基本任務和基本要求。北京聯合大學是以本科教育為主的高等院校，學?；谑袑倬C合性普通高校的定位屬性，將學校發展目標確立為建設高水平、有特色、首都人民滿意的城市型、應用型大學。針對我校的定位及發展目標，結合教指委課程指導意見，在面對非計算機專業學生的計算機能力培養上，如何在有限的學時內使學生既掌握必要的工具，也讓計算思維諸要素融入他們的能力結構中，更好地幫助他們建立計算機問題求解意識，是對非計算機專業的計算機教育的挑戰[2]。也是一個有待深入研究的問題。

1 以計算思維能力培養為引領，信息應用能力為目標的計算機基礎課程教學改革

1.1 由“基于知識的技能傳授”向“基于應用的思維能力培養”的轉變認識

自20世紀80年代，非計算機專業的大學計算機教育經過30余年的發展，逐步形成了大學計算機教育理念和課程體系。計算機教育發展初期，是以基于知識和的技能傳授為目標的，即將計算機視為工具，培養的是軟件工具的使用能力。雖然這種使用現代計算機工具的能力非常重要，但時代對大學生計算機應用能力要求不斷提高，大學生不僅要具有熟練操作計算機的能力，還要掌握必要的計算機技術以及運用其解決與計算機相關的綜合性業務問題的能力，這就將大學計算機應用能力提高了一個層次。

思維是人類認識世界、改造世界的最重要的主觀來源，人的一切活動都是建立在思維活動的基礎上。古人云：“善思則得，善誘則通，誘思交融，百煉成鋼。”，“學以思為貴”。北京師范大學資深教授顧明遠先生在談到“中國的經濟轉型和教育轉型”時提出：教育的本質在某種意義上來講就是培養學生的思維，培養學生思維的改變。美國著名心理學家、教育家R. J. 斯騰伯格在《思維教學》一書中指出：教育最重要的目標就是引導學生的思維，這也是教育最令人歡欣的目標?？梢娝季S能力培養在學習過程中的重要性。

計算思維是在計算機技術飛速發展的時代，運用計算機科學領域的思想方法形成解決問題方案的過程中，所包含的一系列思維活動，是一種以數學、計算機科學為基礎的理性思維方式。大學計算機作為通識型課程，應該像數學、物理一樣成為大學生認識世界、改造世界的三大基本思維方式。提倡計算思維的培養，訓練這種思維能力，從而使學生具備使用計算機技術解決實際的能力，推動各個領域的信息化發展。大學計算機教學內容由“基于知識的技能傳授”向“基于應用的思維能力培養”的轉變是時代發展的要求，對提升大學計算機教學水平、培養復合型創新人才具有十分重要的意義。endprint

1.2 確定以計算思維能力培養為引領，信息應用能力為目標的計算機基礎課程改革思路

陳國良院士指出，計算思維無處不在，當計算思維真正融入人類活動的整體時，它作為一個問題解決的有效工具，人人都應掌握，處處都會被使用。自然，它應當有效地融入我們每一堂課之中[3]。

計算思維自提出以來，得到了廣泛認可，研究型大學已率先將計算思維能力培養落實到計算機系列課程中并進行教學實踐。我校是一所市屬應用型高校，面對95%以上的非計算機專業的學生，其計算機教育是面向應用的方向。在新一輪課程改革中，確立以計算思維培養為引領，信息應用能力為目標作為大學計算機課程的根本任務。這樣的教學定位，不僅符合我校人才培養要求，也擺脫了以操作技能為培養目標所帶來的不足，更好地詮釋當前大學計算機基礎教育發展趨勢。

計算思維培養與應用能力提升是相輔相成的。學生的計算思維的形成，必須建立在學會使用計算工具的基礎上并借助于實踐經驗的沉淀和實踐能力的提升[4]。計算思維能力培養首先從建立“計算”的意識開始，認識和了解計算機的基本概念和功能，從而掌握應用計算機技術解決問題的思路和方法，而在應用計算機過程中不斷理解計算思維，逐步訓練，逐漸具備計算思維的能力，從而全面提高分析問題、解決問題的能力。

2 以計算思維能力培養為引領，信息應用能力為目標的計算機基礎課程教學設計

綜合計算思維培養和應用技能培養相結合的教學目標，重構和梳理教學內容，實施問題驅動、實驗導學、傳統課堂+SPOCs混合教學等模式，引導學生學會用計算思維去思考問題和解決問題。

以計算思維為引領，信息應用能力為目標的計算機基礎課程教學設計從教學內容是什么、傳授給學生什么、以什么樣方式呈現三個方面展開教學研究與探索。

2.1 教學內容是什么——大學計算機基礎知識體系及所涉及的計算思維概念

大學計算機是我校各類專業通識教育必修課程，是學習計算機知識和信息技術的入門課程。參照教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會編制的大學計算機基礎課程教學基本要求，結合我校的定位和培養目標，按學科知識的內在結構重新梳理大學計算機課程知識框架和所涉及的計算思維概念，如圖1、圖2所示。

2.2 傳授給學生什么--理論夠用，適度擴展；實驗導學，逐步滲透

課程內容主要包括理論知識和實驗環節，傳授給學生的是計算思維意識的培養和實際應用技能的訓練。

在有限的學時內，圍繞計算機學科中通用的、普適的、核心的基礎知識，從計算機素質教育、基礎知識、硬件基礎、軟件基礎等不同角度構建理論部分的教學內容，本著“理論夠用，適度擴展”的原則，課堂講授核心內容和求解問題的方法，引導學生理解知識背后所涉及的計算思維核心概念，逐步建立起利用計算機技術解決問題的思路，并理解問題的可計算性、可求解性。

實驗教學設計采取“實驗導學，逐步滲透”原則，從工作和學習需求出發，設計真實、應用性強的任務，使學生掌握操作平臺和相應辦公軟件的使用方法。如設計圖書排版、論文排版、旅游景區宣傳片、學生記分冊統計和分析等任務，體現學以致用的理念。為滿足不同起點學生在同一課堂學習均有提高，分級設計不同層次的任務，在完成基本任務后，可以進一步完成如制作數學試卷答案、自動問卷系統、學生綜合測評等綜合性任務。通過任務驅動、實驗導學使學生在操作中加深對基礎知識的理解，提高實際應用能力。在課程教學中對各種文字處理系統、各種電子表格系統、各種數據庫系統、各種程序語言環境等做一定的總體分析，俯瞰可復用知識的本質，其抽象、概括的思維意識會得到訓練和提高[5]。

2.3 以什么方式呈現——開展多元化混合式教學

為解決學生基礎不同、學時壓縮與教學內容不斷更新之間的矛盾，必須提高教學實效，以恰當、合適的方式將教學內容呈現給學生。

借助中國大學MOOC與Blackboard網絡教學平臺，開展傳統課堂教學與SPOCs混合教學模式，解決課程教學資源共享問題，實現學生的多通道學習、重復學習、不受時空限制地自由學習、碎片化學習。讓學習能力強的學生學習到更多內容，讓基礎弱的學生學習得更扎實。

混合式學習設計理論是教育理論和實踐發展共同的必然要求。 這主要表現在三個方面：混合多種學習方式的課程設計是班級授課制的必然要求；是促進學生課外學習的需要；是發展學生專業技能的需要[6]。在混合式學習模式下，參照斯騰伯格提出的思維三元理論，即運用三種促進思維發展的教學策略開展課堂教學：第一種策略是以講授為基礎的照本宣科策略。適合呈現新知識、新信息；第二種策略是以事實為基礎的問答策略。教師通過提出問題，引出事實；第三種策略是以思維為基礎的對話策略。通過師生之間、生生之間的直接交流對話，展開對問題的討論。三種教學策略各有各的實用性，關鍵是要運用得當，要綜合運用各種策略。

課堂教學之外，構建北京聯合大學網絡學堂的教與學資源，以課堂教學內容再現、學習支持和服務、自測和作品欣賞、拓展學習為主要內容，為課堂學習的強化和延伸提供支持。利用互聯網開放課程資源，構建基于中國大學MOOC平臺的北京聯合大學《大學計算機基礎》SPOC課程，如圖3所示。拓展學習的深度和廣度，強化輔導和自主學習能力培養，促進混合式教學和參與式學習。

在教學模式上，將系統化的課堂教學和學生的線上學習相結合，不同的教學內容，給予不同側重的教學設計。對于理論內容，將課內學習和課外拓展相結合；對于實驗內容，將線上演示和課外體驗相結合，使學生更好地整合知識，形成學習的能力。

3 結束語

面向應用，基于計算思維能力培養的大學計算機基礎課程教學改革正在我校展開，我們重點從教學內容是什么、傳授給學生什么、以什么樣方式呈現三個方面入手，研究并制定基于應用的思維能力培養的課程設計。在新一輪教學中，繼續探索思維能力培養和應用技能訓練相結合的教學內容，全面采用混合式學習方式進行教學實踐，不斷總結教學成效，改進存在的問題。這項工作是一個長期的過程，任重道遠，需要我們不斷探索。最終目標是學生學會使用計算機這個工具，并能利用計算機技術解決實際問題，為本專業服務。

參考文獻（References）：

[1] Vonng.博客園[EB/OL].http：//www.cnblogs.com/Vonng/

p/4245130.html.

[2] 李曉明，蔣宗禮等.積極研究和推進計算思維能力的培養[J].

計算機教育，2012.5：1

[3] 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，2011.1：7

[4] 黃建成.基于計算思維的大學計算機基礎教學改革—從學生

能力的視角出發[J].教育觀察，2017.3：110-112

[5] 衷克定，瑪麗亞木·玉蘇甫江.“大學計算機”課程的計算思維

能力形態及其取向[J].中國大學教學，2013.5：43-46

[6] 黃榮懷，馬丁，鄭蘭琴，張海森.基于混合式學習的課程設計理

論[J].電化教育研究，2009.1：9-13endprint