“新工科”理念下大學計算機基礎教學中的計算思維培養

摘? 要：現階段的大學計算機基礎課程教學內容主要是以辦公軟件應用為教學核心的模式，無法滿足社會對大學生的信息技術能力要求。針對問題與現狀，本文討論在“新工科”理念下大學計算機基礎教學思路，以重視計算思維的培養為目標，加強信息化與專業化融合能力的培養，提出了“新工科”理念下大學計算機基礎教學的計算思維培養改革思路。

關鍵詞：新工科;大學計算機基礎;計算思維

中圖分類號：TP399? ? ?文獻標識碼：A

Cultivation of Computational Thinking in Basic Computer Teaching

under the Concept of Emerging Engineering

HUANG Huasheng

（School of Mathematics and Computer Science，Huzhou University，Hezhou 542899，China）

Abstract：At present，the teaching content of basic computer courses in universities is mainly based on Office software application，which cannot meet the requirements of the society for students' information technology ability.In view of the problems and the current situation，this paper discusses the idea of basic computer teaching under the concept of Emerging Engineering，takes the cultivation of computational thinking as the goal，strengthens the cultivation of the ability of integration of informatization and specialization，and puts forward the idea of cultivating the computational thinking for basic computer course teaching under the concept of Emerging Engineering.

Keywords：Emerging Engineering;basic computer courses in universities;computational thinking

1? ?引言（Introduction）

大學計算機基礎是面向所有專業的大學生的公共計算機基礎課程，通過這些課程來了解計算機的基本原理和應用方法，掌握計算機基礎知識相關技能。因為大學計算機基礎授課的對象復雜，所有非計算機專業的學生都要接受教育，是作為基礎素養課程開設的，它的教學理念、教學內容會對學生的計算機應用能力有直接的影響，對學生未來工作就業，職業發展都有重要的影響作用。

現階段的大學計算機基礎課程存在著一些的問題，目前的大學計算機基礎課程教學內容主要以認識操作系統，掌握常用軟件為主，而與學生個人的專業發展是沒有密切結合的，是與具體的專業工作應用要求脫節的。同時很多學生在中學階段已有信息技術課程的學習，已經具備基本的計算機應用的技能，如果大學的計算機基礎課程還是以辦公軟件應用為教學核心的模式，對學生能力來說是沒有提高，也是無法順應社會對大學生的信息技術能力要求的。當前的大學計算機基礎教學改革發展是把“思維能力”作為培養目標，在學習具體的計算機知識和技能的基礎上，通過計算思維能力的引領，提升學生的計算思維能力與創新思維意識[1]。

2 “新工科”理念下大學計算機基礎教學思路（Teaching idea for university basic computer courses under the concept of Emerging Engineering）

隨著信息技術為主的前沿技術逐步取得技術性的突破，以大數據、云計算、物聯網等為核心的新一輪科技和產業革命蓄勢待發，工程的“新業態”已初露端倪。傳統工業化與新型工業化相互交替，工業化與信息化深度融合，給工程教育提出了新問題、新挑戰。‘新工科是我國高校對于工程教育的新目標和新要求。經過前期的深入討論、探索，2017年教育部頒發了多個綱領性文件與項目，為下一步的工程教育創新指明了方向。如在復旦大學形成了“‘新工科建設復旦共識”;頒發了《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》文件，啟動“新工科研究與實踐”項目;在天津大學形成“新工科”建設的愿景與行動路線，即“天大行動”[2]。

“新工科”理念強調學科之間的交叉與結合，特別是運用信息技術與傳統工業深度融合，未來的工程師必須是能具備信息技術與學科融合能力，具備較強的“利用計算機解決問題”的能力，對大學計算機教育提出了更高的要求。

回顧我國的大學計算機基礎教學發展，主要經歷了三個階段，第一階段是“文化論”，認為“程序設計是人類的第二文化”，大學計算機基礎的主要目標是教會人們編寫程序代碼。大學計算機基礎教學成了計算機專業的簡化版，學習內容與其專業完全脫節，對專業如何應用計算機并沒有專門的學習。隨著計算機應用的普及，人們開始把計算機看出了一種工作的輔助工具，受到計算機工具論思想的影響，大學計算機基礎的第二階段是培養學生運用計算機應用軟件的能力，教授學生使用計算機應用軟件為目標，但這種工具論的教學依然無法指導學生對使用計算機解決本專業發展的問題。第三階段是“信息論”，強調對信息素養的培養，教會學生利用信息技術獲取、加工、制作信息的能力和方法。目前大部分高校的大學計算機基礎教學還是主要以工具教育與信息素養培養為主，而這些教學內容始終無法教會學生如何創新的應用計算機解決專業發展中的問題。

在新工科建設中，我們需要重新定義大學計算機基礎課程的內涵，重視計算思維的培養，在教學內容，教學方法、教學工具、考核方式等諸多方面全面改革，教學目標方面需將“計算思維能力”培養與“復合高素質創新人才”培養相結合，培養學生的創新應用能力;在教學內容方面加強與學生專業更貼近的內容為載體，把計算思維融入教學內容中;在教學方法中以“任務驅動”的專題形式循環漸進的方式滲透計算思維;在教學手段中運用網絡工具開展協作學習，在學習過程中感悟計算思維，順應“新工科”的教學改革發展需求。

3? 計算機基礎教學中的計算思維內涵（The connotation of computing thinking in basic computer teaching）

2006年，周以真教授提出“計算思維”概念，指出計算思維是一種思考方式，是用計算機所能有效執行的方式來對問題進行表述并提出解決方案——這里所說的“計算機”既可以指機器，也可以指人。換句話說，計算思維也就是一種解決問題的方式。計算思維不應該是計算機科學家的專屬能力，在數字化的大時代里，每一個人都應掌握計算思維這種思維邏輯，運用這種技能解決自己的生活與工作中遇到的問題。

隨著信息技術在各行各業的普及應用，各種數字化的工具與人們的生活、工作、娛樂高度融合，各種基于程序驅動的技術工具滲透于社會的方方面面。設計、開發、應用數字化工具所涉及的計算方法潛移默化地融入人們利用信息技術解決問題的過程之中[3]。計算工具影響著人們的思維方式，研究數字化工具的本質特征，形成計算思維，能培養個體對問題解決方案的思維能力。

大學計算機基礎課程的教學應當以為學生培養“怎么像計算機科學家一樣思維”的教學目標，讓學生接觸計算的方法和模型，激發學生對計算機領域科學探索的興趣，理解數字化工具的本質特征，形成計算思維邏輯，有效使用信息技術創新性的解決專業發展中的問題[4]。

4 “新工科”理念下大學計算機基礎教學的計算思維培養改革（The cultivation reform of computational thinking in basic computer teaching under the concept of Emerging Engineering）

（1）教學目標結合雙創教育，培養高階計算思維

計算思維是解決問題的一種思考方式，培養學生的計算思維要強調把思維方式融入具體的工作任務中，有效地解決問題[5]。改變以往強調工具軟件學習方式，計算機工具的學習是很耗費時間的，而工具軟件會隨著操作系統、硬件更新等環境不斷迭代更新的，如果只是為了認識工具而學習工具很需要大量的時間，同時也是比較難靈活運用好工具軟件的。而其實工具軟件背后都有一系列的計算思維支撐的，如果能理解了軟件的思維方式，萬變不離其宗，學習起來就事半功倍，也能有效遷移到具體的工作環境中，創新性的解決各種問題。在教學過程中引導學生利用計算思維和計算機工具去分析解決專業學習中遇到的問題。

近年來“大眾創業，萬眾創新”雙創概念對于經濟、政治、文化等都有一定程度的影響，高校的重要任務就是為國家培養復合型高素質創新人才，在這個創新人才體系中有一條內容就是：潛移默化的方式幫助學生形成全新的科學思維方式。大學計算機基礎教學目標應該將“計算思維能力”培養與“復合高素質創新人才”培養相結合，通過讓學生真正掌握計算科學的基本理論和方法，進而培養學生的高階計算思維能力。

（2）教學內容結合專業特點，融入計算思維

大學計算機基礎的教學內容需要和專業結合起來，融入計算思維。大學計算機基礎的教學內容不應該所有專業都統一內容，統一教學進度，這不是以學習需求為中心的內容分析，必須根據學科需要來選擇恰當的教學內容，充分考慮學生的專業需求，結合專業發展的需要，創建融入學科專業元素的教學案例，以教學案例為載體融入培養學生的計算思維能力。在開始課程前計算機相關的教師務必要和開課專業的學院老師充分溝通，了解其專業對計算機的需求，將計算機技術與專業學習在思維層面連接起來，設置系列專業知識與計算機技術相結合的教學案例，把前沿的信息技術選用合理的方式介紹給學生，激發學生思考信息技術與自己學科的結合點，激活學生的學習興趣，教學效果最大化。

課程內容的設置可以分層次開展教學。第一層是問題描述為核心的基礎知識層，在低年級開設，內容包括計算思維的概念、計算機基礎知識，基本應用軟件操作;第二層是“計算問題求解”課程，以算法和程序設計為核心，如C程序設計、Java程序設計、Python程序設計等，以計算思維為核心，掌握利用程序設計解決問題的方法;第三層是專業應用層，以基于模型的“系統工程”課程和“人工智能實踐”課程，結合相關大類專業開設利用信息技術解決專業領域問題的方法與技術課程;第四層是創新創業綜合實踐類課程，幫助學生建立創新創業能力培養為目標的課程，如手機App建設，SEO網站推廣等，培養計算思維同時提升，培養學生的創新意識和能力。四個層次的課程內容設置對能力培養是逐漸加強的，既包括基本的計算基礎問題求解能力，也有復雜問題求解和創新能力培養[6]。

（3）教學手段應用智能工具，感悟計算思維

計算思維需要教師在教學過程中不斷的引導學生發現問題、解決問題，傳統的授課方式在教學時間上是有限的，應該充分利用好課后的碎片化時間，開展全方面地探索，引導學生通過結合計算思維去探索與解決問題。當前市場提供了大量優質的網絡化教學系統比如Sakai、Moodle等，基于移動終端的師生課堂互動平臺如微助教、課堂派等，這些課堂輔助系統不但可以對教學資源管理，還能實現課堂教學的有效互動。

在大學計算機基礎教學過程中可以運用翻轉課堂的教學方式，課前學生利用網絡平臺自己預先學習計算機基礎網絡課程，老師利用教學平臺掌握學習的自學情況，課堂上有針對性的展開討論、互動、指引，師生共同分析問題，課后在網絡教學繼續整理匯總思路，學習總結等。通過網絡教學平臺相關工具拓寬教學的寬度，加強學習互動的廣度，強化引導解決問題能力的培養，對學生自覺把計算思維與專業學習結合起來提供一個很好的訓練過程。學生在應用先進的智能互動學習工具過程中可以潛移默化的方式幫助學生感悟計算思維。

（4）運用膠水語言，訓練計算思維

Python是一種面向對象的解釋型計算機程序設計語言，具有豐富和強大的庫，目前最受歡迎的編程語言，能適應非常多的工作場合。具有簡單易學、免費開源、高層語言、可移植性強等特點。Python提供各種豐富的庫方便快捷地完成許多日常辦公事務，比如對Excel處理xlrd、xlwt、xlsxwriter等，比如對word處理的python-docx和python-pptx等，還有對網絡處理的stmp庫、zmail庫。這些庫使用起來簡單有效，能極大地吸引學生的學習興趣，也能真正地幫助他們解決工作，學習的問題，在解決問題的過程中建立起有效地計算思維能力。

在大學計算機基礎教學中應該加強Python程序設計課程的運用廣度和深度，把計算思維融入Python程序設計課程教學中，實現逐步引入計算思維的基本概念和方法，使學生理解計算思維的理念，學會運用計算思維的方法，去發現問題，然后尋找解決問題的途徑，最終解決問題。通過運用Python語言解決各種問題，達到訓練學生計算思維的能力，提高學生解決問題的能力和創新能力的目的。

（5）創新教學方法，滲透計算思維

大學計算機基礎課程教學涉及的內容較廣，學生需要獲取的知識點比較分散，包括了解計算機組成原理，掌握常用軟件操作，計算思維培養等。如果按部就班的使用傳統方法先講授一遍，然后學生去練習，課時不允許，學生學習的積極性也難以調動起來，因此教師需要根據教學內容情況合理采用靈活多樣的教學方法，注重知識表達的趣味性、應用性、多樣性，最大力度的吸引學生主動參與到學習活動過程中。可以以“任務驅動”的專題形式開展主題教學，通過設定一個難度合適的任務活動，老師帶領學生圍繞該主題活動展開探索。學生有任務，有分工，有老師的幫助指導，在強烈的問題任務動機驅動下，可以以積極的態度參與學習中，展開有效地協作學習，通過小組共同努力完成主題任務，在完成任務的過程中學習獲得相應的知識點知識。在完成任務的過程中也能充分的鍛煉學生的各種綜合能力，也包括了對問題的建構，問題的分析，問題解決思路，最后如何使用計算機有效地解決問題的能力，這也是計算思維能力的重要培養過程[7]。計算思維能力需要在非計算領域的遷移應用過程中體現學升的能力發展，因此需要通過豐富的任務案例綜合鍛煉，提升學生的計算思維應用能力。

比如網頁設計這個模塊的教學活動，創新教學方法可以更好地吸引學生的學習興趣。網頁設計的課程特點是入門簡單，要做好卻是較為煩瑣的。傳統的教學是老師講授每一個HTML標簽、CSS語法的特征，使用注意事項等，然后學生跟著練習學生剛開始學習是很感興趣的，但是學習進入后期知識點稍多后，學生普遍會感到乏味的課程，這樣的學習過程是乏味的、孤立的、無交互的。根據“任務驅動”教學方法，可以依據網頁設計課程的知識點需求分解為簡單文本網頁、多媒體網頁、靈活布局網頁、交互網頁等模塊，學生分好小組，組內分工合作，在完成任務過程中不清楚操作可以查看老師預先錄制的基本知識點的微課教學視頻，學習小組在交流過程中完成任務，小組之間在競爭中互相學習，老師在輔導過程中幫助學生完成學習的建構。

5? ?結論（Conclusion）

在新工科建設要求下，大學計算機基礎課程的培養要以培養計算思維能力為目標，與“復合高素質創新人才”培養相結合，課程教學內容與專業結合展開多層次教學，加強Python程序設計課程的運用廣度和深度，把計算思維融入Python程序設計課程教學中，充分利用網絡輔助教學工具開展教學，教學方法運用“任務驅動”吸引學生學習興趣，在解決問題中培養問題解決的方法與技能。只有在教學內容、教學方法、教學手段各方面做出合理變革，才能適應新工科建設要求，實現真正意義上的計算機通識性教育。

參考文獻（References）

[1] 李廉.計算思維——概念與挑戰[J].中國大學教學，2012（01）：

7-12.

[2] 房曉東.基于新工科理念的創新創業數字化資源共享平臺建設的探索[J].軟件工程，2018，21（05）：57-59.

[3] 李鋒，王吉慶.計算思維教育：從“為計算”到“用計算”[J].中國電化教育，2015（10）：6-10;21.

[4] 袁開榜.二十一世紀，人們應該具有計算思維能力[J].計算機教育，2011（03）：30-33.

[5] 李艷坤，高鐵剛.基于思維視角的計算思維綜合解讀[J].現代教育技術，2017，27（01）：68-73.

[6] 曾一，劉慧君，李杰，等.以計算思維為核心的計算機基礎教學改革與實踐[J].計算機教育，2018（10）：137-141.

[7] 鄧廣彪.基于計算思維的趣味任務驅動教學模式研究[J].軟件導刊，2016，15（10）：199-201.

作者簡介：

黃華升（1978-），男，碩士，高級工程師.研究領域：軟件開發.