以計算思維為導向的大學計算機基礎課程教學改革與實踐

金傳洋

摘要：計算思維培養是當前計算機基礎課程改革核心任務。本文從大學計算機基礎課程定位和需求出發，深入分析大學計算機基礎教學特點和教學現狀，結合一線教學實踐，提出一些相應的改進措施，積極探索高效的教學思路、教學方法和教學手段。

關鍵詞：計算思維;教學改革;問題驅動式;任務驅動式

中圖分類號TP399 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）33-0150-02

1概述

美國卡內基。梅隆大學周以真教授在2006年指出“計算思維是用計算機科學概念去解決問題、設計系統和理解人類行為，包括一系列廣泛的計算機科學的思維方法”。計算思維本質上就是如何利用計算機工具去解決實際問題。

實驗思維、理論思維和計算思維是人類三大科學思維形式，雖然計算思維最近幾十年才被關注，但隨著計算機新技術的飛速發展，以計算機技術和計算機科學為基礎的計算思維已經成為基礎性思維方式，也是21世紀每個人都應具備的能力和素質。大學計算機基礎教學是大學教育重要環節，也是完善知識結構、培養以構造和設計為主要特征的計算思維解決各專業問題的基礎性教育，對于著力打造創新型應用本科人才起到關鍵作用。

目前，我軍《大學計算機基礎》是面向生長軍（警）官本科教育各專業學員開設的一門科學文化基礎課程，是軍隊院校課程教學大綱規定的必修基礎課程之一，新的教學大綱遵循“以計算思維為牽引、突出軍事應用特色、面向不同專業要求分類指導”的理念，以培養信息素養和計算思維為目標。

2問題與目標

隨著信息社會的快速進步，大學生計算機操作技能不斷提高但缺乏理論知識體系的支撐，那么，如何對大學計算機基礎教學準確定位，適應時代發展需要，服務于整個學院人才培養計劃，是當前計算機基礎教學面臨的重大挑戰，現存在以下突出問題：

（1）教學內容體系需強化計算思維

目前教材內容按照全軍大綱知識結構組織，沒有將理解計算思維、強化計算思維、提升信息素質作為主線，造成知識點單元之間孤立、碎片，一方面造成學員理解困難;另一方面造成教員施教內容深淺不一致，也不利于計算思維和信息素養意識培養。

（2）教學內容深度與現行教學方法的矛盾

大學計算機基礎課程涵蓋面廣、理論性強，課程性質從原先的技能性轉變為現在的基礎性、系統性。借助Python語言這個編程工具，同時涉及算法設計和數據結構等知識，學生感覺生疏理解困難，這些特點導致教學過程不自覺地步人難教難學的怪圈子。2018年教學組試行基于MOOC的教學改革效果不明顯，主要原因是教學資源和教學條件不足，只是簡單將MOOC資源推送給學生，缺乏完整的監督和考評機制。

（3）教師挖掘計算思維點不夠

如何在有限的教學時間內完成內容寬廣的大學計算機基礎教學目標，以及在學員尚未掌握大量計算機學科相關知識的前提下，培養計算思維是近兩年來困擾教員的核心問題。在課堂教學中計算思維的講解過于生硬，與理論知識體系的融人不夠，對各理論知識模塊、知識點所體現的計算思維點挖掘不夠，同時計算思維在軍事案例中的應用和對其他專業學科學習的支撐體現不夠，對于計算思維的培養勢必停留在理論層次，難以達到思維層次。

（4）欠缺分類分層教學

由于我國各地區經濟、教育水平存在較大的差異和不平衡現象，來自不同地區的新學員計算機水平差異較大、參差不齊。按照傳統自然教學班統一進度開展教學，會導致兩種情況：基礎薄弱學員學習遇到很多困難，而基礎較好的同學卻“吃不飽”。欠缺分層分類教學，無法體現因材施教、個性化學習，將很難保證計算思維和意識的培養。

3教學措施與實踐

從2011年開始，美歐國家將計算思維納入信息技術類課程中。在國內，教指委組織C9高校聯盟對計算思維的概念、定位、目標與培養等方面展開探討，提出要把培養計算思維能力作為大學計算機基礎教學改革的重要內容和長期任務。

（1）以計算思維為導向組織教學活動。重新梳理教學內容，改變原先的零散章節，強調以計算思維能力為導向組織教學內容，采用“理論基礎+擴展提升+設計應用”的層級模式，以計算機理論知識為基礎，以能力擴展為提升手段，以設計應用為關鍵?；A理論以理解計算思維為目的，從認識問題、存儲問題、解決問題這條主線牽引教學過程，使學員逐步理解計算思維本質內涵，學會利用計算機工具來構建計算環境，實現計算思維的過程。設計應用強調能力，以計算思維應用能力為目的，從案例和問題人手，培養學員計算思維意識和解決問題能力。

（2）運用基于計算思維的問題驅動式教學模式。在新一輪教學實踐中，將探索“問題驅動”式教學和以“知識點”為聚類的專題教學相結合，主要包括設定問題情境、設計有效問題、尋找問題解決方案、提供解決問題線索和評價解決問題過程等五個部分。每一個環節都需要依賴計算思維的特征展開，教員提出問題并根據知識點創設適當情境，讓學員緊緊圍繞問題去開展研討，啟發思維，積極尋找問題解決辦法。通過問題求解的學習和實踐，培養其構建完整的計算機基礎知識的同時，能有意識地將計算思維的方法和技能應用在未來專業學習中，觸類旁通，舉一反三，能主動解決較高難度的實際問題。

（3）構建“三維一體”學習平臺。通過課程教學活動與課外實踐活動，提高學員學習興趣，提高計算思維能力。通過《大學計算機基礎》、選修課《程序設計》《Office高級應用》以及國家級、市級乃至學院級軟件程序設計大賽、學校開放性實驗等，開展多種形式的課外實踐活動，有效地訓練和提高學員利用計算機解決實際問題的創新能力。

（4）構建深度的混合式教學模式。以現代教育思想、教學理論和學習理論為基礎，整合利用各種信息資源，構建良好的學習環境，教員分析整門課程和單元模塊的教學目標，將精細設計的案例或任務發布到網絡教學平臺，課前學員學習、探討，課后復習、總結，教員在課堂上引導學員思考，培養學員解決實際問題的過程性思維，使學員建立計算機求解問題的方法和能力，最終形成發現問題、分析問題和解決問題的計算思維。

（5）構建專題分類教學模式。根據大學計算機基礎不同的教學內容特點，劃分為基礎工具類、語言算法類、專業知識類、計算機新技術專題等四個專題，針對這四種不同主題，探索采用差異化教學模式和教學手段。對于基礎理論類，主要通過精講、研討、演示、翻轉講解知識點，最后總結提高。語言算法類既有理論深度又有實踐難度，是本課程的重點內容，需要理解內化和反復實踐練習才能真正掌握，教員借助機房授課模式，及時給予指導答疑、總結歸納，學員學習積極性大大提高?；A工具類主要是軟件操作應用，理論深度淺、學員通過自主實踐練習即能掌握，課內不再安排講授學時;最后，計算機新技術專題以講座形式實施，學員普遍反映好。

4結束語

本次教學改革吸收軍內外名校大學計算機基礎精品建設經驗，按照“轉變教學思維、優化教學內容、創新方法手段”的思路開展教學改革。努力實現由傳統教學向思維性教學的轉變，引導學員在對計算思維初步理解的基礎上，訓練學員的問題求解能力，達到思維向能力的提升和轉變，為未來形成面向各專業的計算思維和計算能力奠定堅實基礎。