以計算思維為導向的大學計算機基礎課程教學改革

汪紅霞 史先桂

摘 要：計算思維的培養對大學生具有重要作用。本文分析了現階段高等院校非計算機專業大學計算機基礎課程教學存在的問題：教學內容沒有核心體現；個性化學習無法滿足；課程與專業背景結合性差；課堂教學模式交互性不足；優質教學資源匱乏；教學評價未能真正落實。針對這些問題，提出以計算思維為導向重新選擇和梳理教學內容、精選與專業相結合的教學案例、采用“線上”和“線下”并重的教學模式、建立優質教學資源的網絡教學平臺、形成以過程化評價為主的多元教學評價方案的五大改革思路，以達到提升學生計算機操作能力、創新能力和綜合素養能力的教學目標。

關鍵詞：計算思維 課程改革 大學計算機基礎

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（b）-0167-04

計算思維（Computer Thinking）是當今國內外計算機教育界關注的焦點，它代表著一類普遍的認識和普適的技能，每一個人都應了解它的運用，它可以幫助學生有效地跨越從通用計算手段的學習與訓練到未來專業計算手段應用與研究之間的鴻溝。我國教育部高等學校大學計算機基礎課程教學指導委員會，以下簡稱“教指委”，對大學計算機基礎課程制定了以培養學生計算思維、計算機應用能力和綜合信息素養的教學目標[1]。各高校引起新一輪的大學計算機基礎課程改革熱潮[2-5]。

本文緊緊圍繞教指委制定的教學目標，提出大學計算機基礎課程改革的關鍵在于“教學內容的凝練、教學方法的創新”。即：以培養學生計算思維、計算機應用能力和綜合素質能力為教學目標；以構建計算思維、訓練計算思維為導向，重新梳理教學內容；以學生自主學習和協作學習為教學出發點，培養學生自主解決問題、分析問題的思維能力；采用多樣化的教學手段，構建開發組合優質教學資源的網絡教學平臺；靈活多變的混合教學模式，以過程性評價為主的多樣化的教學評價方式。研究以培養計算思維為核心，激發學生自主學習的主動性、積極性和創新性為宗旨，促進學生對未來問題分析求解能力的建立。

1 現階段存在的主要問題

1.1 教學內容沒有體現核心所在

在目前大學計算機基礎課程的教學中，大多數教師按照教材章節的順序講解、分析、舉例和實驗知識要點，這種以“章節”為單位的授課內容，章與章之間關聯度不強，節與節之間的知識要點相對獨立。由于教學內容上的廣而雜，知識單元內容的相對孤立、零散，導致沒有形成一個完整的教學內容體系。學生在學習的過程中，找不一條核心的知識點線索將教學相關內容串聯起來。同時教學內容沒有根據專業、學科的需求不同分門別類教學，體現個性化學習。另一方面，教學目標不明確，學生以應付考試為主，不會用所學的計算機知識和技術解決各種實際問題。諸多原因使學生感覺知識點獨立分散、枯燥乏味，學習興趣不高。因此，需要對教學內容重新選擇和組織，突出以計算思維為導向與專業相結合，重新構建知識、能力和信息素養相通的系統性教學內容。

1.2 個性化學習無法滿足

來自不同省市和地區的學生，在入學前對計算機課程的受教育的程度不同。其中一部分曾參加各類信息學計算機大賽，已具備一定的計算思維素養。而另一部分表現在基本沒接觸過計算機，對計算機的了解如一張白紙。還有更多的大部分新生，具備一定的計算機基礎知識，但專業計算機知識較少。學生計算機基礎良莠不齊的現象給大學計算機課程的授課帶來挑戰，如何吸引新生學習興趣，體現個性化學習，實現教學目標是一個亟待解決的問題。

1.3 課程與專業背景結合性差

大學計算機課程是高等院校各本科專業開設的計算機類通識課程，基本上實行的都是通識教育，與專業的結合還很少，沒有根據專業的不同設置不同的教學目標、教學內容、課程體系[6]。然而不同專業對大學計算機課程的需求不同、側重不同，大學計算機基礎課程應該注重學生利用計算機知識解決本專業的問題能力培養。

1.4 課堂教學模式交互性不足

交互性的教學過程可以激發學生學習興趣、引發學生對問題的深入思考，是提高教學質量的重要環節[7]。然后，目前大多數高校計算機課程仍然沿用傳統的課堂講授為主的教學模式，這種以教師為中心的教學模式只注重內容的呈現和講解，一般以靜態為主，課堂教學師生、生生之間交互性差，學生的課堂參與度不足。

1.5 優質教學資源匱乏

教學資源數字化具有個性化、靈活性、開放性的學習理念，打破了傳統課堂的教學空間限制，學習更具有泛在性[8]。可是，目前大學計算機基礎課程缺乏想吻合的優質教學資源。主要表現在以下幾個方面：（1）沒有對海量的學習資源進行整理與設計，很多的教學資源內容重復，給增加了學生學習的負擔；（2）教學資源內容更新不足甚至存在滯后的現象，學科前沿的支撐材料較少；（3）師生沒有合理的安排使用數字資源，紙質教材資源和數字化資源結合不緊密，使用效果不明顯，適用于學生個性化學習的優質資源較為缺乏。

1.6 教學評價未能真正落實

大學計算機基礎課程教學評價還存在諸多問題：（1）以計算思維為導向的課程評價標準方案還未形成；（2）“以考代評”方式作為終結性評價和以經驗性評價盤踞于課程教學過程中；（3）作為評價的主體，學生還未能真正參與到教學評價程過程中，僅僅以教師評價為主；（4）評價形式單一，沒有多反面多角度的評價學習情況，如學生的課堂參與活動，課后交流學習活動，以及學生滿意程度等都沒有納入課程評價范疇。

2 研究對策

2.1 教學內容的重新梳理

當前大學計算機基礎還是停留在以操作技能為重點的層面，不能滿足教指委提出的教學目標。將計算思維映射或融入教學內容，是教學目標在課程教學目標實踐中的具體表現形式。

（1）以“計算思維”為導向重新選擇和組織教學內容。

結合我校應用型人才培養的需求，實行以“計算思維”為導向的教學內容，通過合理設計形成大學計算機基礎課程的核心體系，具體的內容可以采用“專題化”、“系統化”相結合的組織形式，包括如下：

①專題化。大學計算機基礎中，如“0和1”、“遞歸”、“加鎖與解鎖”，“數據抽象”、“棧與隊列”、“七層網絡體系結構”等一些經典的計算思維可以采用專題化形式進行組織，通過列舉典型的社會生活案例及其求解思想逐步引入到計算系統的求解思想，圍繞著專題，通過形象化的、多樣化的案例，將概念與相關思想相互映射。可使學生深刻地理解計算思維，將社會生活現象和計算思維有機地聯系在一起，可以豐富學生的聯想能力，促進其復合型思維的形成。

②系統化。為使學生對計算機基礎有一個系統性的了解，可以以“計算思維”為體系采用系統化的方式逐層講解。如圖1所示。

③閱讀+訓練。通過海量的閱讀積累大量的知識，它是思維理解的前提，思維可以將知識貫通起來形成問題求解的思路，而大量的訓練是思維轉換成能力的有力保障。大學計算機基礎課程在著重于通識性思維的“講解”同時也要著重于思維的“訓練”。

通過上述專題化和系統化對教學內容進行有效的選擇與組織、結合靈活的教學方式、形象多樣的教學案例及大量的閱讀和思維的訓練，以達到培養學生計算思維的目的。

（2）突出與專業相結合的教學案例。

針對不同專業的差異性及需求側重的不同，采取有差別教學內容，可以從兩個方面來著手。其一，對相同的教學內容，教師根據專業的不同，突出教學內容重點不同。其二，收集匯總各專業的相關問題，精選與專業密切相關的教學案例作為教學內容。比如，大數據類專業，側重電子表格中合并、統計、公式等的講述；對文科專業，側重文字處理軟件的講述，如文檔的排版知識要點等；對電子商務類專業，側重計算機網絡技術的應用等。

精選與專業相結合的教學案例實現計算思維的培養。一般要求精選的案例具備典型性、可信性、相關性和可操作性[9]。典型性即精選的案例具有代表性，通過該案例的分析能夠達到事半功倍、舉一反三的功效。可信性要求所選案例來源于與專業相關的實際案例，可以是學生學習過程中遇到的問題或與專業相關的實際應用問題，讓學生感知學以致用。相關性是指所選案例以本專業為背景符合教學目標的設置，能夠體現教學內容的重難點。可操作性即計算自動化、計算機械化和計算形式化，體現出計算思維的特征。

總之，在案例分析過程中，將計算思維中的抽象、分解、推理、仿真等基礎概念融入貫穿其中，進行問題的抽象、建模、實現等環節，從而實現計算思維的能力培養和創新能力的培養。

2.2 采用“線上”和“線下”并重的教學模式

“線下”教學是指“面對面”傳統的的課堂教學，“線上”教學是指利用網絡在線學習。“線上”和“線下”相結合的教學模式相互促進、互補，充分發揮兩者的優勢。網絡技術的介入不僅為學生提供了豐富的學習資源和交流的機會，還為教師改進教學方法、提高教學效率的提供有利工具。“線上”和“線下”相結合的教學模式，既發揮了教師引導、監控、啟發教學過程的主導作用，又充分體現學生學習過程中的主動性、積極性和創造性[10]。

為達到教指委制定的教學目標，可以將教學過程分成三個區：課前網絡課堂區、課中面對面教授區，課后討論區，混合式教學模式如圖2所示。

課前網絡課堂區，教師根據課程培養目標和教學內容，制定一個學習子目標和相關學習資源；學習者根據學習目標有目的地學習任務，通過在線學習、測試、交流，讓學生了解自身的學習情況。課前網絡課堂區重在培養學生自主學習、分析解決問題的能力。

課中“面對面”課堂區，任課老師采取案例教學、啟發式教學、協作式教學、專題討論式教學相結合的教學方法跟蹤學生學習和討論情況。案例式教學老師在講解計算機發展史時可以結合業界最新動態和科技發展的方向，例舉一些IT界最新科技產品、風云人物及企業，激發學生的學習興趣，樹立正確的人生規劃。啟發式教學教師在授課過程中，適當地采用多種方式提問，不僅可以提高學生上課注意力，還可以活躍和啟發學生的思維，調動學生的積極性。課堂上，教師首先拋出專項問題或根據學生學習過程中遇到的問題，將學生進行分組討論，團隊里的每一個成員都可從不同的角度討論問題、解決問題，最后鼓勵學生走上講臺。這種協作式、專題討論式教學讓學生學會組織、學會和諧相處，鍛煉了交流能力和表達能力，體會到交流的樂趣和力量。

課后討論區，利用QQ群采用討論式教學，對學生上課沒有消化的知識或者自學過程中遇到的難題，教師與學生、學生與學生之間對疑難問題都可以在線進行實時地交流、探討和分析解決問題。在討論區學習者還可以將優秀作品進行展示，最新資訊、優質學習資源進行及時上傳共享。這種方便、快捷又經濟的討論式教學，是課堂教學的有效補充，也是提高學生學習興趣的重要形式。

三種學習區采用了豐富多樣的教學手段，促進了課堂教學學生知識內化的過程，建立學生計算機的思維。每種不同的教學手段，學生對應著不同扮演者的角色，提高了學生學習的興趣，如圖3所示。

2.3 建立擁有豐富教學資源的網絡教學平臺

教學資源的合理化設計開發可以提高教學目標的實現效果。為適應大學計算機基礎課程實踐性、創造性和綜合性的特點，課程教學資源應體現“操作+技能+創新”的特征，以適應課程教學改革。為提高教學資源的質量，研究從資源的形式和內容上進行重新設計和組合：（1）資源形式上包括教學大綱、PPT課件、視頻資源、課后習題、測試試題、經典案例和實驗指導方案等；（2）資源在內容上除了有體現知識點呈現和技能操作的步驟，更要有經典案例和實驗指導在計算思維上的訓練和培養，教學資源與教學緊密結合保持進度同步，實驗指導形式可以是單個小型實驗也可以是項目驅動式的大型實驗，學生可以獨自地進行自主練習、也可以和同學組成小組開展探究協作活動。

網絡教學平臺打破了學生學習時空上的約束，優化了課程的學時數，解決了大學計算機基礎“課時少+內容多”的矛盾。學生通過網絡教學平臺可以自主的學習，還可以根據自身的學習情況選擇相關內容進行學習，實現了學生個性化的學習；教師通過網絡教學平臺可以減輕教學內容和形式上的重復性勞動。

2.4 實行多元化的教學評價

教學評價不僅是用來衡量教學方法優劣，反應教學效果的價值，更重要的是強調評價對教學過程的“回流”作用。讓教學評價和教學過程交織在一起，形成過程性評價，體現學習主體作用，促進學生學習。

“線上”和“線下”教學評價都是圍繞學生學習過程展開，強調學生獨立、自主和能力地學習。“線上”教學評價重點關注學習行為的針對性、能力性、多樣性和選擇性四個方面[11]。針對性是指教學內容要與教學目標相適應；能力性是指學習者對所學知識信息處理加工、知識內化的能力；多樣性是指多樣的學習行為；選擇性是指學生根據自身的學習情況選擇學習行為的能力。“線下”網上學習評價主要考慮學習者的學習參與度、學習表現度和學習三個維度[12]。學習參與度是指學生在線交流、小組協作等各項活動的積極性；學習表現度是指學生完成各項學習任務的質量，例如在線交流、測試、討論學習的質量；學習貢獻度是指學生活動對他人學習所作出的貢獻，如在線幫助同學解決學習問題、主動分享自己的學習經驗、上傳優質的學習資源促進他人的在線學習。評價的主體是教師和學生，可以開展學習自評、教師評價、同學互評三種評價形式的靈活組合。學生自評是自我反思的過程，同伴互評是指小組成員對學生展示的成果作品提議和評價，實現同學之間相互學習和借鑒。教師評價的主要作用在于對學生學習的導向和對學習問題的診斷，幫助分析問題、解決問題，對學習過程進行優化。

3 結語

本文首先分析了現階段大學生計算機基礎教學存在的問題，然后從五個方面給予相應對策。重構以計算思維為核心的教學內容體系，重在培養和訓練學生的計算思維；精選與專業相結合的教學案例，增強學生學有所用感；采用多樣化的教學手段讓學生扮演不同的角色，提高學生學習興趣；利用“線上”和“線下”雙重教學模式的優點，靈活多變課堂的教學方法，翻轉課堂的教學形式，提升了學生學習的參與度；構建優質數字化資源網絡平臺，滿足個性化學習；形成以過程性評價為主的多元教學評價體系，優化了學生的學習過程和行為。

大學計算機基礎課程以培養和訓練計算思維的教學改革還處在初級探索階段，提出的各種教學改革方案還存在諸多的問題需要進一步改進。

參考文獻

[1] 王欣.基于計算思維的“大學計算機基礎”課程教學改革[J].牡丹江大學學報，2016（12）：182-184.

[2] 孫淑霞.地方高校大學計算機基礎課程改革的探索與實踐[J].中國大學教學，2014（4）：1-4.

[3] 占德臣，聶蘭順.計算思維與大學計算機課程改革的基本思路[J].中國大學教學，2013（2）：56-60.

[4] 鮑潔.新時期大學計算機教育改革前沿動向——第八屆全國高等學校計算機教育改革與發展高峰論壇（計算機基礎教育部分）綜述[J].計算機教育，2013（7）：17-20.

[5] 孫敏.應用型高校基于計算思維培養的大學計算機課程教學內容研究[J].高教學刊，2016（21）：60-61.

[6] 劉三民，劉濤.案例教學法中計算思維能力培養探索[J].蘭州文理學院學報：自然科學版，2017，31（1）：110-112.

[7] 楊文正，劉敏昆.計算思維導向的多元混合教學及其應用研究[J].中國電化教育，2017（4）：120-136.

[8] 陳佑清，陶濤.“以學評教”的課堂教學評價指標設計[J].課程·教材·教法，2016（1）：45-52.

[9] 馮素琴，史月美，李榮，等.與專業結合的“計算機應用基礎”課程建設[J].電腦知識與技術，2017，13（4）：103.

[10] 何克抗.從Blending Learning看教育技術理論的新發展（上）[J].中國電化教育，2004（3）：5-10.

[11] 楊曉宏，賈巍.現代學習理念導向下的數字化學習資源構建研究[J].中國電化教育，2013（3）：84-88.

[12] 李芒，蔡旻君.課堂評價亟需信息技術的支持[J].中國電化教育，2016（1）：63-70.