計算思維導向的“大學計算機基礎”課程教學改革的研究

付菊

摘要：新工科背景下，計算與各學科表現出深度融合的趨勢，在“大學計算機”課程中引入計算思維，在高等教育界已達成共識，本文以計算思維為切入點，分析了“大學計算機基礎”課程存在的問題和課程改革的趨勢，提出以學生為中心、以教師為主體、以能力為根本的改革思路，從教學內容、教學方法和考核方式等三方面，提出了基于計算思維的“大學計算機”課程教學改革的方案。

關鍵詞：計算思維；大學計算機基礎；教學改革

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）08-0099-02

1 “大學計算機基礎”與計算思維

近年來，移動通信、物聯網、云計算、大數據這些新概念和新技術的出現，越來越多的事務都被數字化而成為可計算的對象，已經呈現出計算與各學科深度融合的趨勢，各學科的高端研究正由傳統的學科問題向體現“自動化/計算化→網絡化→智能化”的方向發展，體現這種融合的“新工科”的正在成為國家戰略，新工科需要的是計算思維教育，而不僅僅是計算機的使用[1]。

早在2010年7月，C9（九校聯盟會議）在“第六屆大學計算機課程報告論壇”中明確表示：引入計算思維是大學計算機基礎課程教學的“核心任務”[2]。2015年教育部大學計算機課程教學指導委員會（下稱教指委）制定的《大學計算機基礎課程教學基本要求》，明確指出“大學計算機基礎”課程要培養學生的計算思維。教指委在計算思維教學改革宣言中也指出：以計算思維為導向的計算機教學改革，將在很大程度上提升中國大學生的思維水平和認識境界。在“大學計算機基礎”中進行計算思維的訓練已成為必然趨勢[3]。

2 “大學計算機基礎”課程的現狀

“大學計算機基礎”是教指委指定的公共基礎必修課，培養大學生信息素養的重要環節，是學習其他計算機課程的基礎，面向大學一年級新生開設，課程目標是培養學生的信息技術素養，提高學生的計算機應用水平和計算機問題求解能力。但由于傳統課堂教學時長的限制、無差別的教學方式和學習個體的能力差異都使得學生對相關知識的理解和應用不盡如人意。

傳統的“大學計算機基礎”教學內容仍舊停留在所謂“狹義工具論”的層面，就是教學生怎么將計算機作為工具使用，教學內容的組織上以各種軟件的使用為重點，對學生思維能力和創新能力的培養不足，教學內容基本圍繞計算機系統基礎知識、Windows操作基礎、Office的使用、數據庫技術基礎及計算機網絡基本知識，采用課堂講授與上機練習相結合的教學方式開展教學。這種講練脫節的教學方法導致學生只會簡單地使用計算機，不具備計算思維和可持續發展的計算機應用能力，不能滿足新形勢下大學計算機課程面向計算思維教學改革的需要。同時，隨著計算機普及程度越來越高，中小學階段已開設信息課，學習工具軟件的使用，大學生在入學前已具備一定的計算機的基本操作技能。國務院《新一代人工智能發展規劃》指出，實施全民智能教育項目，在中小學階段開設人工智能相關課程，逐步推廣編程教育。因此，在“大學計算機基礎”課程中，如果不改變授課內容、教學方法和考核方法，顯然已經跟不上時代的快速發展。

近幾年來，全國高校的計算機基礎改革主要圍繞著兩個主題展開：一是以計算思維為切入點，提升課程的內涵；二是應用MOOC/SPOC改進教學方法和手段。目前，各大高校的“大學計算機基礎”課程都在進行各種形式的改革，主要表現為三種模式。模式一，內容基本不變，改進教學方法。模式二，內容小范圍調整，突出重點、適當增刪。模式三，內容提升，大幅度更新。通過調研，西安交通大學、北京理工大學、哈爾濱工業大學、同濟大學、西北工業大學等985高校普遍采用模式3，這些高校在教學內容上共同的特點是嚴格按照《大學計算機基礎課程教學基本要求》展開教學，以理解和運用計算思維為教學目標，培養學生使用計算系統進行問題求解的框架和過程。為實施以計算思維導向的教學改革，大多數普通高校采取模式一或模式二，對課程內容進行微調，在計算機基礎課程增加算法和程序設計，或改變教學方式，通過MOOC開展混合式教學。在有限的教學學時情況下，如何設置教學內容，采取什么樣的教學方法，如何有效進行評價，探討“大學計算機基礎”課程與計算思維的契合點，研究計算思維在“大學計算機基礎”課程教學中讓計算思維落到實地，成為目前各高校“大學計算機基礎課”程教學研究的關鍵。

3 計算思維導向的“大學計算機基礎”課程教學改革的思路

樹立“以學生為中心、以教師為主體、以能力為根本”的改革思路，通過對計算機基礎課程的教學內容、教學方式、評價和考核等方面的改革，提高學生的計算機應用能力和綜合創新能力，適應當代社會發展對大學生計算機能力越來越高的新要求。根據教育部《關于進一步加強高等學校計算機基礎教學的意見》和《高等學校非計算機專業計算機基礎課程教學基本要求》，貫徹分層分類教學、因材施教、強化計算機應用能力和創新能力培養的原則，有序地推進計算機基礎課程的改革。分類教學即按不同的專業大類要求分別設置相應的教學內容。分級教學即對新生進行入學摸底測試，通過的學生可以選修更高層次的課程，以達到因材施教的目的。

3.1 教學內容的改革

針對目前的“大學計算機基礎”課程重應用輕理論的不足，整合、拓寬、深化教學內容，加強計算思維培養和提高計算機實際應用能力，在原有授課內容計算機系統、操作系統基礎、網絡基礎知識的基礎上，增加計算思維、問題求解與算法、程序設計初步、新技術等新知識點，提升計算機基礎課程的內涵。去掉Office的內容，明確計算機與各專業的交叉知識點，特別是計算機新技術在該專業領域的應用，使計算機基礎課程的教學內容體現專業特色，使學生能夠從自己專業領域的角度審視信息技術，更好地規劃專業學習課程。

具有計算思維的學習者應該能夠理解問題的計算特性并善于利用計算機解決問題，學習程序設計語言是計算思維落地的最好方式[4]。結合專業特點和課程融合的需求，不同專業選擇不同的編程語言進行講授，機電大類的專業后續專業課需要C語言作為工具，且C語言在嵌入式、高并發服務器、大型游戲、網絡安全、智能制造等領域應用極廣，為了加強課程間的銜接和融合，對機電大類專業講授C語言。Python是一門“萬金油”語言，簡單易學，在Web應用開發、數學計算、圖形界面開發、系統網絡運維、游戲開發等方面應用廣泛，其他理工科可以專業選擇Python語言進行教學。以Scratch為代表的可視化圖塊式編程工具，相比于傳統編程設計軟件操作難度低、內容豐富，引導學生在解決問題的過程中培養學生的計算思維能力，文科和藝術類的專業可以選擇Scratch語言進行程序設計的學習。

實驗內容根據不同的能力目標，設計模仿型、驗證型、探究型、設計型的實驗任務。結合專業特色，按照案例方式組織實驗教學，提高實踐教學內容的廣度和難度，實驗內容應培養學生的計算思維意識，加強學生對計算機的應用能力訓練，逐步形成應用計算機技術分析問題和解決問題的能力，在實踐過程中自然而然地體會計算思維[5]。減少操作系統的設置、Office應用、Internet 的基本使用等技能性知識的訓練，加強計算機應用能力的訓練，如問題求解與算法、與程序設計初步、網絡安全設置、信息表示等。此外，根據專業的不同，數據庫技術基礎、網頁設計、多媒體技術基礎、圖像處理作為選做內容。

3.2 教學方式的改革

學生計算思維能力培養應體現在教學的每一個環節，在課堂教學中，教師要引導學生對問題進行抽象、分析，使學生逐步建立問題求解的思路，進而引導學生進行問題探討。傳統的大學計算機基礎課程教學注重知識的灌輸，學生處于被動學習狀態，利用MOOC資源和SPOC平臺，線上線下相結合，開展混合式教學，有利于調動大多數學生的學習熱情，實現以學生為中心的教學方式，翻轉課堂無疑是基于“MOOC+SPOC”的混合教學模式的最佳教學方法。[6]翻轉課堂的內涵在于個性化和差異化的學習環境，突出學生的主體地位。翻轉課堂使教學流程由“先教后學”轉變為“先學后教”，這種通過以“自主、探究、合作”為特征的學習方式，其本質是構建個性化的學習模式，學生通過課前自主學習來發現問題，課上在老師的引導下學生以小組為單位研討問題，得出解決問題的思路，課后進行反思和總結，從而實現高階學習，培養學生的計算思維能力。

3.3 課程考核方式的改革

作為課程改革的導向，課程考核的內容和方式至關重要。考試內容應突出學生運用知識分析問題、解決問題能力的考核，減少單個知識點的考核。考核方式與授課方式結合，重點考查學生抽象分解問題能力、批判性思維、團隊協作、交流溝通等各方面綜合能力，讓教學目標從“知識與技能培養”改變為“計算思維能力培養”。建立形成性評價與終結性評價相結合的新的課程考核評價體系，注重學生全過程的考核。改變考核成績的構成，加大對學習過程，如課堂教學表現、課堂互動、小組討論、單元測試、上機作業的考察比例，增加網絡學習、課程論文、思維導圖等形式的考核，降低期末考試的占分比例。

4 反思與總結

“大學計算機基礎”課程是計算機基礎教學的第一門課程，也是培養學生計算思維能力的關鍵，如何正確理解計算思維的實質，如何在教學內容和教學方法中融入計算思維，改變適合計算思維導向的課程考核方式，對教師是一個挑戰。一方面，教師要改變教學理念，加強計算思維導向的課程改革的學習和研討，需要在授課內容的重構上達成共識。另一方面，“大學計算機基礎”是公共基礎課，各高校普遍采用大班授課，計算思維導向的教學過程的組織，合理公正的評價每位學生，全過程的考核都將會大大增加教師的工作量，在一定程度上影響教師的積極性。

參考文獻：

[1] 戰德臣.大學計算機——理解和應用計算思維[M].人民郵電出版社，2018：14.

[2] 何欽銘， 陸漢權， 馮博琴. 計算機基礎教學的核心任務是計算思維能力的培養[J]. 中國大學教學， 2010（9）： 5-9.

[3教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會.計算思維教學改革宣言[J].中國大學教學，2013（7） ： 8-10，17.

[4] 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.

[5] 戰德臣， 王浩. 面向計算思維的大學計算機課程教學內容體系[J]. 中國大學教學， 2014（7）.

[6] 蘇小紅，趙玲玲，葉麟，等.基于MOOC+SPOC的混合式教學的探索與實踐[J].中國大學教學，2015（7）：60-65.

【通聯編輯：唐一東】