以計算思維為核心的計算機基礎教學課程 體系改革探究

楊文靜

摘? 要：“計算思維”指的是運用計算機科學的基礎概念來求解問題、設計系統(tǒng)和理解人類行為的科學方法。在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展驅(qū)動下，對計算思維的培養(yǎng)和重視對高校教學改革產(chǎn)生了不可忽視的影響，未來高校計算機教學改革與數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析、計算、計算思維將密不可分。各高校計算機基礎教學開始研究如何進行課程設置，嘗試教學方法開始多元化、有針對性、系統(tǒng)化，目的是使學生熟練使用計算機分析和解決問題。

關(guān)鍵詞：計算思維? 計算機基礎? 課程體系? 改革

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）07（b）-0013-04

A Study on the Reform of Computer Basic Teaching Curriculum System with Computing Thinking as the Core

YANG Wenjing

（Dianchi College of Yunnan University， Kunming， Yunnan? Province， 650228 China）

Abstract： "Computational Thinking" refers to the scientific method of using the basic concepts of computer science to solve problems， design systems and understand human behavior. Driven by the development of the Internet， the cultivation and emphasis on computing thinking has had a significant impact on the teaching reform in Colleges and universities. In the future， the computer teaching reform in Colleges and universities will be closely related to data， data analysis， computing and computing thinking. In order to make students skillfully use computers to analyze and solve problems， the basic computer teaching in Colleges and universities began to study how to set up courses and try to diversify， target and systematize teaching methods.

Key Words： Computational thinking; Computer foundation; Curriculum system; Reform

1? 計算思維需求現(xiàn)狀

“計算思維”是美國卡內(nèi)基梅隆大學周以真教授在2006年提出來的理論，指的是運用計算機科學的基礎概念來求解問題、設計系統(tǒng)和理解人類行為的科學方法。它通過選擇合適的方式稱述一個問題，對問題的相關(guān)方面進行建模并選用最有效的辦法實現(xiàn)問題的求解，是現(xiàn)代各專業(yè)人才應具備的必要能力之一。

隨著國際IT人才的需求擴大，我們已經(jīng)進入了大數(shù)據(jù)時代，大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)完全滲透到了我們生活和工作的各個領(lǐng)域，對我們的學習和生產(chǎn)方式已經(jīng)產(chǎn)生了顛覆性的影響。在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展驅(qū)動下，對計算思維的培養(yǎng)和重視對高校教學改革產(chǎn)生了不可忽視的影響，未來高校計算機教學改革與數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析、計算、計算思維將密不可分。

2? 課程體系改革意義

在2019年10月22日第六屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會開幕上，習近平指出：“當前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速演進，人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)、新應用、新業(yè)態(tài)方興未艾，互聯(lián)網(wǎng)迎來了更加廣闊的發(fā)展空間。”

目前在各應用領(lǐng)域?qū)I(yè)學科中，計算思維已經(jīng)成為一個不可或缺的重要思維方式和手段，該課程體系的研究可以為高校計算機基礎課程改革提供參考意見，將“計算思維能力”培養(yǎng)與“創(chuàng)新人才培養(yǎng)”相結(jié)合，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才提供新思路和新途徑[1]。

3? 課程系統(tǒng)改革內(nèi)容

3.1 現(xiàn)有教學模式對“計算思維”培養(yǎng)情況的分析

2010 年7月，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和計算機技術(shù)在各領(lǐng)域中的重要性越來越突出，教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會公布了《九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎教學發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》[2]提出，把“計算思維能力的培養(yǎng)”作為計算機基礎教學的核心任務。各高校計算機基礎教學開始探究，嘗試構(gòu)建以培養(yǎng)大學生“計算思維”能力為重心的教學體系，開始研究如何進行課程設置，嘗試教學方法開始多元化、有針對性、系統(tǒng)化，目的是使學生熟練使用計算機分析和解決問題。

目前使用的教學方式和技術(shù)大多使用的是傳統(tǒng)教學模式，即以教師講授為主，課堂實踐和課后實際技能使用為輔助手段。雖然在平時的教學過程中對多媒體技術(shù)也有所應用，但主要使用還是集中在課堂教學中，大多數(shù)高校學生的學習方式都在延續(xù)中學形成的學習方法，主要方法基本都是被動接收教師講授的知識內(nèi)容，不自主學習，不梳理知識，對于課程知識點的擴展和使用并沒有意識。因此，如果繼續(xù)沿用傳統(tǒng)的教學模式來進行教學，則對于培養(yǎng)學生的“計算思維”，以及在應對實際需求時的計算機使用技能方面都沒有很好的指導效果。

3.2 大數(shù)據(jù)環(huán)境下“計算思維”培養(yǎng)的核心目標

3.2.1 建立知識體系架構(gòu)

培養(yǎng)計算思維就是讓學生掌握如何在海量信息中，鑒別信息、思考信息的獲取，并通過科學的手段對信息進行加工，從而變?yōu)樽约旱膬?nèi)化力量，可以說對學生進行計算思維的培養(yǎng)，就是對學生進行專業(yè)知識獲取技能的培養(yǎng)。在當代社會中任何學科知識的獲取和應用從來不是獨立于其他學科知識的，應該是互通的、共融的。因此，在學習并內(nèi)化信息的過程中還應該培養(yǎng)學生建立合理知識架構(gòu)的能力，使學生能夠獨立思考，觸類旁通，對其在搭建世界觀價值觀有一個很好的輔助作用。

3.2.2 深度挖掘信息

大數(shù)據(jù)時代，人才是第一要素，創(chuàng)新力是人才的第一要素。創(chuàng)新力的培養(yǎng)需要學生對既有的知識扎實全面地掌握，還需要學生有面對挑戰(zhàn)、解決問題、敏銳觀察的能力。

當前很多高校的人才培養(yǎng)方案而言，應用型人才是基本的培養(yǎng)目標，也是目前社會所急需的人才類型。許多大學生在就業(yè)中出現(xiàn)了對專業(yè)知識掌握不扎實、實際知識應用過于理想化的問題。歸根問題的產(chǎn)生，還是與社會脫節(jié)的問題。大數(shù)據(jù)環(huán)境下，社會的信息來源也趨于網(wǎng)絡化，但是網(wǎng)絡中的信息往往是片面的、碎片的，很難區(qū)分有效性的。因此，培養(yǎng)一個能夠適應社會發(fā)展的應用型人才，也就是要培養(yǎng)學生能夠利用計算思維進行數(shù)據(jù)信息的深度挖掘并使用的能力。

因此，我們在面對計算思維人才培養(yǎng)時，必須著眼于建立一個滿足大數(shù)據(jù)時代靈活的教育服務模式，建立系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)計算思維和認知模式的人才培養(yǎng)學科內(nèi)容。

3.3 “計算思維”教學改革下對教師的培養(yǎng)

“計算思維”改革下對教師的要求也越來越高，所以高校除了學生能力培養(yǎng)之外，也應該注重對教師的引進和培養(yǎng)。在明確學生培養(yǎng)目標和教師發(fā)展規(guī)劃的情況下，教師的素質(zhì)能力對人才培養(yǎng)起到了“奠基石”的作用，教師的“專”“深”以及具備的實踐能力直接會影響學生的學習方向和深度。因此，在體系改革中對教師的培養(yǎng)引導建議如下。

3.3.1 培養(yǎng)“雙師”型

在我們以培養(yǎng)應用型人才為目標的前提下，需要教師應能按照市場調(diào)查、市場分析、行業(yè)分析、職業(yè)及職業(yè)崗位群分析，調(diào)整和改進培養(yǎng)目標、教學內(nèi)容、教學方法、教學手段，注重學生行業(yè)、職業(yè)知識的傳授和實踐技能的培養(yǎng)，能進行專業(yè)開發(fā)和改造等。

因此，要求教師在教學能力之外還需要具備一定的與實際社會需要相結(jié)合專業(yè)技術(shù)職務或技能認證，使教學內(nèi)容更能貼近市場、崗位需求。

3.3.2 引進實踐型教師

在“計算思維”下，教師應該要注重培養(yǎng)學生的思考、挖掘、使用、創(chuàng)造能力，因此教師既要具備理論教學的素質(zhì)，也應具備實踐教學的素質(zhì)。大多數(shù)現(xiàn)有的高校教師都是理論知識儲備充足，但實踐經(jīng)驗、手段都相對薄弱。引進實踐型教師，針對不同專業(yè)不同應用方向有充足經(jīng)驗的教師，實際上是培養(yǎng)學生“計算思維”能力重要條件之一。這樣的教師可以是某個領(lǐng)域的專家教授，可以是有豐富工作經(jīng)驗的專業(yè)人才，可以是各領(lǐng)域人才組成的團隊，可以是企業(yè)中的技術(shù)人員。通過這類型教師對學生進行知識的灌輸，可以使學生了解計算機能力在實際領(lǐng)域中使用的需求性和重要性。

3.3.3 校企合作

校企合作可以讓學生從真正可實施的項目入手，從項目的建立、需求分析、概念設計、詳細設計等整個生命周期入手。了解計算機應用在整個過程中的應用領(lǐng)域及重要地位。明確如何利用計算機知識便捷地進行團隊合作、協(xié)同辦公、產(chǎn)品介紹、調(diào)研市場等的工作。

3.4 教學方式和手段改革

3.4.1 分層次、方向教學

高校學生生源地比較廣，每個生源地實際情況參差不齊，有的地區(qū)學生計算機使用能力較強，可以進行數(shù)據(jù)處理及程序編寫;有的地區(qū)學生計算機使用能力較弱，只能進行簡單的文本輸入。學生之間的差距較大，如果進行統(tǒng)一內(nèi)容和方式的教學，容易引起部分學生的厭學情緒。如在入學時對學生的計算機實際使用水平進行一次綜合客觀的評估，根據(jù)不同的應用水平可以將學生分為不同的班級進行教學，不同班級起點不同上課難度和進度不同，任課教師通過調(diào)整教學方案、教學案例激發(fā)學生學習的興趣，根據(jù)不同的層次布置不同的作業(yè)，讓學生學會借助計算機工具和技巧獨立思考，形成用“計算思維”解決問題的習慣。

知識目標不同，課程側(cè)重不同[3]。計算機基礎教學應該結(jié)合各學科特點及需求，進行內(nèi)容教學上面的區(qū)分，如面向理工科學生，則可重點培養(yǎng)其“計算”的思維和能力，著重培養(yǎng)學生計算機網(wǎng)絡、計算機算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等方面的能力，強化鍛煉學生問題求解的基本思路;面向文史類專業(yè)的學生，則重點培養(yǎng)學生排版、數(shù)據(jù)電子處理、文稿演示技巧、網(wǎng)絡信息獲取技巧等數(shù)據(jù)的管理手段。

3.4.2 知識內(nèi)容階梯化

計算機基礎課程幾乎涵蓋了計算機領(lǐng)域所有的理論和技術(shù)，內(nèi)容非常廣泛，學生在學習過程如果沒有很好地理解或產(chǎn)生聯(lián)系的話，知識點會太過于孤立及晦澀，不符合學生的學習規(guī)律，容易造成易忘性和不會合理使用的情況。因此，教師在設計教學內(nèi)容的使用時應該將內(nèi)容進行階梯化，達到承上啟下、前后呼應的效果。

例如：在學習計算機算法知識的時候，可以：

（1）首先介紹算法的基本概念。

（2）以年齡計算為實例：有5個人坐在一起，問第5個人多少歲？他說比第4個人大2歲。問第4個人的歲數(shù)，他說比第3個人大2歲。……最后問第1個人，他說是10歲。請問第5個人多大？

（3）讓學生通過分析該事例的解決方案，讓學生了解什么是遞歸算法（recursion algorithm），并通過算法分析讓學生了解算法的優(yōu)劣如何進行判斷。

通過這樣一步一步階梯型的知識架構(gòu)搭建，可以讓學生對知識得到充分的理解、內(nèi)化，并搭建了屬于自己的獨特的知識體系架構(gòu)。

3.4.3 以考促學、以賽促學

目前由國家人事部、教育部、科技部等部門組織的考試和比賽都非常多，例如，全國都比較關(guān)注的“全國互聯(lián)網(wǎng)+大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”，這些考試的內(nèi)容完全體現(xiàn)了現(xiàn)代科技對人才的需求。

因此，在計算機教學過程中，可以利用這些考試和比賽，培養(yǎng)學生的“計算思維”能力，學生從創(chuàng)新研究、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)清理、數(shù)據(jù)處理、算法設計、軟件設計、網(wǎng)絡知識等方面入手，學生以團隊進行探索和學習，教師也以團隊的形式發(fā)揮互補優(yōu)勢，對學生進行全方位的輔導[4]。

3.4.4 合理利用現(xiàn)代教學手段

現(xiàn)代教學應該是多方位的，僅僅限于平時的教學時段是不夠的，學生在課余得不到及時的指導或大量的實踐，那“計算思維”的培養(yǎng)就是空談。所以，教師應該合理利用現(xiàn)代教學手段，使學生利用互動交流和分配碎片時間，完成“計算思維”習慣的養(yǎng)成。現(xiàn)代教學手段非常的多樣，如“雨課堂”“微助教”等類型的軟件，比較適合課堂互動、學生實時情況掌握、課件發(fā)布、課堂練習小組分配等教學;“中國大學MOOC”、“問卷星”等APP適合學生利用網(wǎng)絡為媒介，對專業(yè)知識點進行知識點補充，學會如何有效便利地進行信息統(tǒng)計;“醫(yī)學導航（www.meddir.cn）”“大數(shù)據(jù)導航網(wǎng)站（http：//hao.199it.com）”等垂直搜索工具的使用可以培養(yǎng)學生對數(shù)據(jù)深度挖掘的能力。

3.5 評價、考核方式的改革

“計算思維”培養(yǎng)結(jié)果評價是一復雜多樣的過程，因此搭建的評價方式和體系應該是一種持續(xù)的過程。需要對學生在《計算機基礎》課程學習過程進行跟蹤監(jiān)控，應該是一個相對客觀的階段性的量化評價[5]。

首先，應該對以往的考試方式進行改革。目前大多數(shù)高校采用的考試模式還是以客觀題考查為主，通過學生對知識點背誦記憶程度來評價成績。針對“計算思維”培養(yǎng)而言，應該減少客觀題的判分模式，以開放式、實操式、討論式為主。

其次，在評分過程中，應該采取跟蹤評分，根據(jù)學生開始接受課程體系培養(yǎng)以來的各種表現(xiàn)為評價標準，例如，在解決實際專業(yè)問題時采用的解決方法，小組作業(yè)時在小組中是否有實質(zhì)性建議和協(xié)同工作能力、是否有通過網(wǎng)絡信息采集進行自我分析及獨立思考能力，等等。

最后，在進行評分時，應該對評分標準采取量化評價的方式，進行多目標性評價，客觀充分地進行評分標注。

4? 結(jié)語

“計算思維”培養(yǎng)過程中要堅持以學生為主體，以“培養(yǎng)”而不是“教”為手段，選擇合適的教學方法，充分調(diào)用學生的積極性和主動性，通過階段評價體系強化教學效果。“計算思維”的培養(yǎng)是一個長期的過程，因此在教學體系中要注重學生習慣的養(yǎng)成、方法的運用、思維的發(fā)展，以“導”為手段形成長期的思維習慣。

參考文獻

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