計算思維在大學計算機基礎教學中的實踐與探討

王文溥

（長治學院 計算機系，山西 長治 046011）

1 引言

計算機教學實踐中，很多教師注重軟件操作方法的教學，技能上強調把計算機作為一種工具使用。如大學計算機基礎課程，就是學習操作計算機，使用一些工作、學習、生活中需要的辦公軟件或網絡聊天等工具就行了，對于計算機工作原理，只是在教材中以操作步驟形式重點描述即可，缺乏對問題的分析和解決思路的探究，造成學生學習了計算機軟件后，只能完成簡單操作，而沒有深入掌握用該軟件解決復雜問題的本領，暴露出傳統大學計算機基礎課程重操作不重思維的教學弊端。需要從計算思維角度出發，創新實踐，實現教學過程“技能培養”向“能力培養”轉化。

2 大學計算機基礎教學現狀及問題分析

2.1 教學內容和課程設置存在不足

實際教學中，大部分學生只對實際操作感興趣，對理論知識學習缺乏學習動力，暴露出教學內容與學生專業聯系不緊，且落后于日新月異的信息技術發展。而在課程設置上，有時又會因專業學習需要，課時被擠占，造成學生對大學計算機基礎學習的態度問題。

2.2 教學方法和教學手段比較單一

大學計算機基礎教學時，一般都采用多媒體教學，讓學生在機房上機完成相關實驗內容，而后教師上機進行指導。不僅教學方式方法單一，且只是讓學生學會一些常用軟件的操作，學到的知識和技能在實際中應用不廣。

2.3 教學思維和教學模式還有缺陷

大學計算機基礎教學往往注重學生掌握計算機應用方面的表現，對學生計算機技術發展思想和理論知識掌握缺少評價，教學上習慣讓學生應用已有技術手段解決問題，啟發學生用科學思維方式探究解決問題方案缺少，培養創新精神不足，尤其是教學模式上缺少對學生分層、體現專業導向。

大學計算機基礎教學關鍵還要注重對計算思維的深入理解和應用，要從教學過程進行改變。一要使教師從原有的“工具論”教學觀念中解脫出來，轉而對大學計算機基礎知識進行系統設計和行為理解上的求解，幫助學生從解決問題的思路上開展有效學習活動。二要改變以往以演示和操作為主的教學模式。通過選取滿足計算思維能力培養的教學內容，結合實際引入新的教學模式，使“一言堂”教學轉變為引導式教學。三要改革不合理的評價體系。通常教師把學生通過計算機等維考核作為教學質量衡量標準，使教學不自覺會圍繞計算機考試大綱為重點實施教學，忽略了計算機基礎理論知識學習掌握，偏離等級考試本質內涵，也就使學生利用所學知識去解決實際問題的能力偏弱，造成學用脫節現象。

3 計算思維與大學計算機基礎課程關系

計算思維是運用計算機科學概念進行問題求角、系統設計、行為理解的系列思維活動，它與大學計算機基礎課程有著緊密聯系。一是求解的思維方法，通過約簡、嵌入、轉化和仿真方法，幫助學生用抽象思維求解理論問題的能力、用計算機語言解決抽象問題的能力等，即：大學計算機基礎課程核心內容就是計算思維能力訓練。二是設計和控制的思維方式。通過多維度分析推廣的類型檢查方法訓練，形成與計算機并行的思維方式，既具備從最壞情況進行系統恢復的思維方式，包括預防、保護、冗余、容錯、糾錯等方式，又具備對龐雜的任務系統進行有效設計和控制的思維方式。這是大學計算機基礎教學基礎性、普適性目標，即：突出計算思維能力引導。三是規劃、學習和調度的思維方式。體現在一種時間和空間之間，以性能效率和存儲空間的平衡進行折中的思維方式。包括對某些問題建模、啟發式推理等，與大學計算機基礎課程存在的本質性、傳導性內在聯系，是優化現有課程體系的依據參數。

4 計算思維嵌入大學計算機課堂的實踐

大學計算機基礎教學不僅要培養學生對計算環境的認識，更要突出培養學生掌握問題的計算求解方法。一是結合基礎理論與工具使用，培養學生計算思維能力。教學過程中，教師應以引導手段讓學生發現問題，如：學習網絡知識時，可通過“手機上網的WIFI網絡和4G網絡有何不同？”、“機房的計算機是如何網絡連接實現數據共享的？”等問題，讓學生發現問題，激發學生自主思維活動，從而嘗試去解決問題。二是讓學生在實踐中掌握所學知識與技能，達到計算思維能力訓練目的。實踐教學中，要幫助學生從計算思維角度理解計算機基礎理論，需要把知識點進行編排和改造，使計算思維融入“大學計算機基礎”。可按照“思維方式－抽象研究－基礎理論”為主線的教學層次，幫助學生掌握“合理抽象、高效實現”為特征的知識體系，使學生較好理解計算機基礎知識與抽象問題的求解關系。如：在網絡基礎課程中，可從普通郵遞信函在得地郵局之間的傳遞方式，引導出多個計算機終端進行連接的問題，啟發學生實現多臺計算機或電子設備的網絡集成辦法，通過認知、掌握多個計算機設備連接，乃至跨省市、國家等遠距離的連接，激發學生對連接抽象問題的思考和研究，從而引出計算機網絡基礎知識中的網絡概念、網絡分類、網絡協議和網絡設備等基礎概念，進而介紹傳統思維方式與計算思維方式的差異，引出計算方法和程序設計語言等學習內容，并教育學生以計算思維方式設計算法和程序。三是把計算思維與學生創新能力培養相結合，引導學生實現理論到應用過渡。通常，大學計算機課堂是以教師對教材內容的講授為主，通過課題貫穿、循序漸進及多視角教學或多媒體課件進行知識傳播時，進行思維引導。因此，在理論課時要做好驅動設計，融入計算思維中的遞歸、并行、轉化、抽象等概念，以趣味性鼓勵學生完成自主選取的任務。如：“二進制”部分，可設置以游戲方式進行教學，讓學生通過使用二進制表示二值圖像、計算人的生日、計算ISBN等，從中體會二進制與實際生活的關聯。又如：構建以計算思維為核心的計算機基礎教學平臺，以單機、主機、多機環境演示計算機硬件環境；以無線網絡藍牙、云報務、物聯網等營造網絡環境；建立課程網站進行多元化計算機軟件演示平臺，促進個性化、實量化的交互教學互動，在實踐中鍛煉和提高學生運用計算思維思考和解決問題的綜合能力。

5 計算思維的大學計算機基礎教學創新

構建基于“計算思維”下的大學計算機基礎教學體系，應根據學生的專業學習和個性需求，創新采用有助于學生計算思維能力培養的教學方法，選擇不同教學模式對學生進行引導和啟發，激發學生學習興趣，提升其計算思維能力。

5.1 內容選取注重情境化，與實際應用相聯系

當前，一些算機名詞、設計細節使大學計算機基礎教學比較瑣碎，有些并不適合教學，應進行適當梳理，突出學生理解、掌握應用計算機解決實際問題即可。如；程序設計課，應突出計算機程序設計的思路，引導學生運用計算思維，而對程序語言本身不必過于強化。又如：對磁盤數據應注重存儲原理、工作過程和格式化方法，對磁道、扇區、柱面等與計算思維關聯不緊的知識，不必深究。還有與數據庫的查詢、信息編碼和傳輸等核心思路和基本技術不太相關聯的知識，都應根據學生應用需求進行適當刪減，只要求學生了解就行，從而減少計算機理論枯燥，讓學生有更多精力利用計算機工具進行計算思維、個性求解和創新能力訓練。

5.2 方法訓練注重個性化，與專業技能相結合

根據學生專業背景、理論基礎和接受能力采取不同類型的計算思維能力培養訓練，可結合學生專業特點，針對性讓學生學習與專業關聯緊密的計算機知識。如：程序設計，對于非計算機專業學生是學習難點，教學時可加入可視化的編程語言（RAPTOP），幫助學生了解算法和抽象思維。通過學習以計算思維為導向的問題求解，即：問題求解（尋找路徑）－解決方案（一筆畫算法）－算法優化（使用編程語言、實現優化）－總結歸納（找到通用方法）。由此，從算法構造角度，讓學生領悟計算思維之美。

5.3 學習評價注重綜合化，與系統應用相關聯

考核環節應綜合采取不同的方法進行考察，突出學生應用計算思維去分析問題和解決問題的能力。可由基礎考核和應用考核兩部分組成：基礎考核可在教學單元統一預設測試題目和考核任務，教師用默認形式進行考核，也可讓學生設置測試題目和考核任務，以完成指定次數練習且練習成績合格為標準；應用考核由任務情境和相關素材組成，在教學單元設置不同難度任務供學生選擇完成，任務難度完成越大，學生成績越高。由此，既可面向各專業的不同需求有針對性地培養學生計算思維，又體現考核的公平和公正。

6 結語

計算思維培養是大學計算機基礎教學的重要環節，可為學生提供全新的思維方式用于解決各類問題。作為思維性、技能型訓練內容，還需要實踐中挖掘更好教學資源平臺、精品課程平臺，提高大學計算機基礎教學效率和質量，滿足個性化培養需要，使學生在信息化社會中熟練使用計算思維，成為新時代高素質人才。