基于計算思維培養的《計算機導論》課程混合式教學改革與實踐

尚蕾

摘要：文章結合教學實際，對《計算機導論》課程教學中遇到的問題進行了深入分析，從如何培養學生的計算思維，利用計算思維更好地優化和調整教學的角度對課程的教學內容、教學方法和課程考核改革提出了一些思考和建議。

關鍵字：計算思維；翻轉課堂；混合式教學；計算機導論；應用型高校

中圖分類號：TP30 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）08-0063-02

1 引言

《計算機導論》課程的構建問題是計算學科的學術界、教育界長期以來一直探討的問題， 早在1989 年，ACM（美國計算機協會）攻關組提交的“ 計算作為一門學科”（Computing as a discipline）報告中，就將“計算機導論”課程的構建問題列為計算學科教育面臨的三個必須解決的重大問題之一[1] 。

本文所指的計算思維（Computational Thinking），是指2006年周以真教授在美國計算機權威雜志ACM會刊《Communications of the ACM》中給出的概念，是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計、以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。[2]“計算思維”的歸納、提出引起了美國教育界以及科學界的廣泛關注，ACM在2008年公布的《CS2001Interim Review》草案中，就明確將“計算思維”與“計算機導論”課程綁定在一起，要求該課程講授計算思維的本質。隨后，“計算思維”促成了NSF（美國國家科學基金會）的重大基金資助計劃CDI，旨在促進自然科學和工程技術領域產生革命性成果，進一步保持美國在自然科學與工程等領域所具有的世界領先地位[3]。

計算思維的重要作用同樣引起了國內學者和計算機教育專家的關注，2010年，“九校聯盟（C9）計算機基礎課程研討會”上，確定了以計算思維為核心的計算機基礎課程的教學改革。隨后，一些計算機教育者開始在課程的教學中探討計算思維的應用和實踐，如董榮勝教授在《計算思維與計算機導論》一文中提出的“以學科思想與方法為基礎”的《計算機導論》課程講授大綱，并已被多所高校采用。

綜上，根據ACM的要求，以及國內專家學者對課程構建和教學的探討，《計算機導論》課程應該以計算思維能力的培養為核心，為學生將來的專業學習和職業發展打好基礎。

2 《計算機導論》課程教學中存在的問題

《計算機導論》是計算機科學與技術、信息類相關專業的基礎課程，課程的主要任務是面向大一新生講授有關計算機的軟硬件基礎知識、培養學生面向學科的思維能力、激發對專業的學習興趣、領會學科力量以及從事本學科工作的價值。目前，很多高校都在導論課中明確了培養學生計算思維能力的教學目標，但由于各高校的專業培養目標不完全相同，對導論課教學內容的構建存在著很大的隨意性，導致課程的教學中出現了一些問題，主要表現如下：

1） 教學內容廣而散，是后續所學專業核心課程的濃縮版。教師仍然停留在圍繞舊知識組織教學的階段，導致多數學生完成該課程后，獲得的只是一些零散的概念、以及對計算機的基本操作技能，而對計算科學、計算機難以有系統性的理解，更無法達到建立利用計算機求解問題的要求。

2） 教學方法過于單一。相對教學內容的增加和更新，教學方法、教學手段甚至是某些老師的教學理念相對滯后，授課教師并沒有將先進的教育教學技術帶入課堂融入教學，導致大一學生面對課程學習感到枯燥、困難，學習上提不起興趣，無法積極建立專業認知。

3） 學生“非零起點”，“非同一起點”的現狀，而教學內容、過程均缺乏針對性。經調查，目前已基本不存在入校前完全沒有接觸過計算機的學生，絕大多數學生已具備了一定的操作技能、了解軟硬件知識，但由于中學階段的教育背景不同，學生的掌握情況存在較大差異，特別是理論內容方面的差異，這也給課程教學帶來一定的困難。

以上問題的存在給大學第一門專業課程《計算機導論》的教學帶來挑戰：如何在有限的課時中完成豐富的教學內容，達到計算思維能力的培養目標；如何利用現代化的教育技術、教學手段激發學生的學習興趣，提升學生的專業認知；如何設計課程考核方案適用于計算思維能力培養的評估？在多年的課程教學中，我們結合自身教學經驗、學生學習反饋、以及專業發展和社會需求，做出了《計算機導論》混合式教學的改革。

3 《計算機導論》混合式教學改革實例

3.1 圍繞計算思維的教學理念，修訂教學內容

目前，各高?！队嬎銠C導論》課程教學內容的構建主要有三種類型：一種是等同非計算機專業的《大學計算機基礎》課程，一種是把導論課程作為大學期間后續專業核心課程的濃縮版，第三種是以學科思想與方法為基礎，講授計算學科的基本問題、核心概念、數學方法、系統科學方法等，對應用型本科院校的人才培養這三種類型的課程內容均存在著不同程度的不足。第一、二種主要是“計算思維”概念出現前，前者過于簡單，偏向計算機基本操作技能的培養，達不到課程的“專業引導”作用；后者內容廣而散、多而雜，教學中內容的深度、廣度難以把握，學習效果并不理想。第三種的經典教材是桂林電子科技大學董榮勝教授寫的《計算機科學導論——思想與方法》，但內容過于抽象，對于一年級學生來說要求過高，特別是以應用型人才培養為目標的一般院校新生很難理解。針對以上情況，我們在仔細研究我校信息工程、信息管理與信息系統專業應用型人才培養目標的基礎上，結合生源背景、專業特點和多年該課程的實踐教學經驗，對該課程的教學內容行了研究和探討，除了以“計算思維”為核心做好知識引導、方法引導、思維引導，還要考慮到不同具體專業方向的需求，做好學生的意識引導和職業引導。表1為2018年面向信息工程（安全方向）、信息管理與信息系統專業的《計算機導論》課程主要理論教學模塊及學時分配。

3.2 教學方法改革

《計算機導論》課程傳統的教學方法主要是教師講授，學生處于被動接受，存在的最大問題是缺乏針對性，無法應對學生基礎的差異性和實現個性化教學。由于課程內容涉及的知識點較多，如果授課教師不能對所有知識模塊有較“深入”的理解，就難以做到“淺出”去引導新生做思維學習、搭建學科的知識框架、理解學科價值。所以課程本身對教師的理論水平、授課水平提出了很高要求。經實踐，基于翻轉課堂/MOOC的混合式教學和團隊教學可以比較好地解決這個問題。

3.2.1 翻轉課堂

基于混合式教學的相關理論，結合多年《計算機導論》課程教學實踐，以及我院各專業學生、教師的實際情況，我們在課程的翻轉課堂教學中著重解決了以下幾個問題。

（1） 微視頻的制作。豐富的教學資源是有效開展混合式教學的保障，導論課微視頻的設計除了基于學科的核心知識點，還要考慮到用于解決學生的基礎知識斷層問題，讓部分基礎差對學習感到無助的同學可以學下去，自主補齊短板知識。同時由于學習該課程的為大一新生，在視頻中增加一些案例和動畫，把內容講解的具體翔實，將更有利于學生的理解和學習。

（2） 課堂活動。課堂教學以解決課程的重點、難點知識為主，利用教室、黑板+粉筆、課件的手段集中授課仍然是一種高效的教學模式，但與以往的滿堂灌不同，翻轉課堂強調的是教師與學生的互動、生生互動，靈活采用學生展示、分享、辯論、討論等多種形式完成教學。教師要做好引導和總結工作，既要把課堂的時間空間“放”給學生，積極開展討論、提出見解，激發學生主動學習，又要適時“收”回，做好課堂的答疑解惑評價反饋。

（3） 在線學習。網絡學習中，教師同樣有非常重要的作用，具體工作包括學生學習小組的劃分、在線學習任務的制定、良好有效的師生互動、學生學習效果的監督與評價等?？紤]是大一新生要注意做到給出具體明確的課前學習要求和目標，同時也要給予學生學習方法的指導，引導學生逐漸開展自主學習。

3.2.2 團隊教學

在混合式教學的實施中，我們采用了團隊教學模式，對于一個自然班的教學采用一位主講教師全程負責課程的教學和考核，一位助教專職負責線上學習任務的發布、答疑、組織討論、批改作業和學生學習數據的整理、監督，多位教授負責課程的講座教學。團隊教學，可以讓學生在第一學期跟隨多位高水平的教師學習，接觸不同老師的教學風格，激發學生的專業興趣，也有利于發揮教師的個人專業優勢，提高教學效率，培養青年教師。特別是講座環節，通過講座形式由教授把最前沿的學科知識和技術發展介紹給學生，不僅符合教育部對教授要堅持給本科生上課的要求，也有利于培養學生的科研意識、創新意識。

3.3 課程考核改革

與混合式教學相對應的是建立多層次的課程評價機制，一方面要適當提高平時成績在課程總成績中的比重，這樣可以調動學生線上學習的積極性，重視學習過程，鼓勵學生的自主學習；另一方面，要健全完善過程性評價的指標，如對線上學習情況的跟蹤和評估，課堂學習過程的評價和記錄，學習小組內成員間的評價等，指標要盡量客觀、操作性強；最后，探索試卷考試以外的其他考核形式，如論文答辯、線上考試等，能夠突出對學生計算思維能力的評估，對知識的靈活運用，而不再是死記硬背。

4 教學總結

為更好地開展教學改革，我們設計了相關的網絡不記名調查問卷，以期根據學生對課程學習的反饋情況，幫助我們調整教學策略、教學內容和方法，提高課程建設質量。經與學生座

談和調查，相對于傳統教學86.3%的同學樂于接受新的教學活動形式，83.3%的同學會在課余時間進行線上課程的學習，課堂辯論、分享討論是比較被學生認可和樂于參與的課堂活動，80.0%的學生在獲得知識之外，也有學習方法的改進。同時，也有同學提出了希望課程的考核形式可以更靈活，如取消試卷考試。從課程的教學過程和學生期末成績的反饋來看，基本達到了我們的預期效果，下表是對主要問題的反饋結果。

5 結束語

本文分析了《計算機導論》課程教學中存在的問題，對課程的混合式教學改革進行了探索。經實踐，翻轉課堂可以有效地克服學生個體差異給課程教學帶來的弊端，提升學生在課程學習中的興趣。但我們也認識到，在如何設計制作精良的課程微視頻、如何建立良好、廣泛的師生互動，如何全面客觀評價混合式學習效果，計算思維能力培養效果等方面都還存在著諸多問題，需要進一步探索和解決。

參考文獻：

[1] 董榮勝.計算思維與計算機導論[J].計算機科學，2009，4，36（4）：50-52.

[2] 董榮勝，古天龍.計算思維與計算機方法論[J].計算機科學，2009，36 （1）：1-5 .

[3] 牟琴，譚良.計算思維的研究及其進展[J].計算機科學，2011（3）：10-15.

[4] 何昭青.《計算機導論》課程內容體系構建的研究與實踐[J].湖南第一師范學院學報，2010，10（5）.

[5] 吳寧，崔舒寧.以計算思維能力培養為核心的大學計算機基礎課程教學內容改革研究[J].計算機教育，2012（7）：107-110.

【通聯編輯：王力】