基于計算思維的應用型大學計算機通識課程教學改革策略探索

劉井蓮，李 鑫，司亞利，趙衛績

（常熟理工學院 計算機科學與工程學院，江蘇 蘇州 215500）

0 引言

近些年，大學生就業競爭激烈，崗位之間的競爭在一定情況下是以專業能力為基礎的綜合能力和素質的全方位競爭，利用計算技術解決復雜專業問題的綜合能力是學生就業的砝碼之一［1］。在計算機技術不斷融入各專業的今天，大學計算機通識課程教學如何適應各專業對計算機技術的緊迫需求，是當前計算機通識教育中值得深入研究和思考的問題。計算機通識教育課程是公共基礎課，受眾面大，影響廣泛，承擔著所有非計算機專業本科生的計算機能力培養任務，其教學效果不僅直接影響到學生的計算機能力，在一定程度上也影響到本科教學質量。因此，當前大學計算機通識課程改革已經勢在必行。結合應用型大學人才培養特點，以社會需求為標準，堅持育人為本，融合課程思政元素，培養非計算機專業學生的計算機操作、信息處理能力和利用計算機技術解決復雜專業問題的計算思維能力是當前計算機通識教育的主要任務。

1 相關研究

在大學計算機通識課程教學模式改革方面，牛國鋒等［1］提出“1+X+Y”的計算機基礎課程體系構建模式、分類教學創新模式和“N+1”課程考核模式，有效彌合了“零起點”與“非零起點”學生在計算機基礎知識和技能的差異，對大學計算機基礎課程改革具有很好參考價值；趙宏等［2］提出以能力目標為導向的整體化計算機通識課程育人的3A5S新模式；王志敏等［3］提出在大學計算機基礎課程中進行模塊化教學，按內容之間的聯系切塊教學內容，按技術特長對計算機基礎授課教師團隊進行切塊，保證將最優質的教師部署到其最擅長的課程模塊教學中；范盱陽等［4］以項目驅動構建教學內容和教學環節，以競賽檢驗教學效果和學生能力，培養學生學習和運用計算機知識的熱情；呂海燕等［5］提出課堂支撐—主題驅動—競賽進階式課程教學改革模式，以課堂教學為支撐、主題活動為驅動、學科競賽為進階，實現計算思維培養生根發芽—茁壯成長—開花結果的課程教學設計，為大學計算機基礎教育中如何培養學生的創新能力提供了一種新思路；郝興偉等［6］提出面向學科交叉融合的計算機通識教育“1+N”課程體系設計方案；何欽銘等［7］提出大學計算機基礎教學要圍繞通識型課程、技術型課程以及交叉型課程組成有機關聯的、具有層次的“寬、專、融”的課程體系，形成對4年專業培養的持續支撐；季波等［8］通過對美國五所一流大學新一輪通識教育改革案例的分析，提出以學生發展為基礎，構建塑造核心價值觀的通識教育價值理念體系；以學生學習為導向，構建激勵學習的通識教育課程體系；以學生學習效果為目標，構建科學評估、協同優化的通識教育管理體系。

立德樹人是新時代教育的根本任務。在計算機通識教育教學過程中融入課程思政元素，對于培養學生的科學探索創新精神、自主學習能力、實踐操作能力以及團隊協作精神都具有非常重要的意義。當前國內一些學者對融合課程思政的大學計算機基礎教學展開了研究，例如：施江勇等［9］提出將思想政治教育理念潛移默化、潤物無聲地滲透到大學計算機基礎課程教學中，通過典型人物事跡、學校科研成果、時事政策、經典案例講解等實現德育與智育的有機融合；李培等［10］針對大學計算機課程教學實際，提出集慕課、翻轉課堂、課程競賽為一體的立體思政體系；沈軍彩等［11］提出三位一體的計算機基礎課程思政構建思路，總結出一套圍繞學生培養的提升教師職業道德、課程思政能力的課程教學方法。以上研究對計算機公共課開展課程思政提供了良好借鑒。

計算思維是信息化時代人們認識問題和解決問題的重要工具之一，培養學生的計算思維能力是高校教育的重點。2006年，美國卡內基·梅隆大學周以真教授指出計算思維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［12］。2007年，美國國家科學基金會啟動“大學計算教育振興的途徑”計劃，通過計算思維從根本上改變本科計算教育的內容［12］。2008年，中國計算教育研究會召開了“計算思維與計算機導論”專題學術研討會，主要探討在國內高校開展計算思維能力培養的研究。計算機基礎教學的核心任務是計算思維能力的培養，在2010年首屆“九校聯盟（C9）計算機基礎課程研討會”上，985首批9所高校提出計算基礎課程應以計算思維為核心，將計算思維引入到大學通識教育中，為計算機基礎教學的發展指明了方向［13］。教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會（2013－2017）確立了推進課程教學改革的總體目標，明確以計算思維為導向的改革方向、探索多元化的教學方案、推動以在線開放課程為代表的教學模式改革、完善課程教學成效評測方式，建設適應時代要求的新的大學計算機基礎教學體系［14］。近年來，一些學者和高校教師針對計算思維的能力培養進行了探索與研究。例如，郭瑾等［15］提出計算思維導向的“在線課程—課堂教學—創新實踐”三位一體混合教學模式；姜洋等［16］提出基于計算思維層次化認知的大學計算機課程改革方案，設計了針對不同層次計算思維認知水平的混合式教學方法，提出了反映不同層次計算思維認知能力的評價機制；林旺［17］認為計算無處不在、無人不計算，提出以計算思維為核心的課程改革方案，在課程定位、課程設置、教學方法等方面做了具體闡述；蹇柯等［18］提出構建面向計算思維的“寬、專、融”課程體系。

以上研究成果有許多可借鑒之處，但鑒于應用型大學自身的特點以及人才培養需求，并不能完全適用。本文結合應用型高校實際情況，分析當前計算機通識課程面臨的新形勢，提出基于計算思維的大學計算機通識課程教學改革新思路，以期提高應用型高校計算機通識課程的教學質量和育人效果。

2 計算機通識課程教學改革策略

2.1 堅持德育引領，融入思政元素，承擔大學生價值引領、精神塑造任務

立德樹人是教育的核心理念。教育部《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》中明確要求要將德育融入所有課程的日常教學活動中。計算機通識教育課程是全校公共基礎課，受眾學生數多，在計算機通識課程教學過程中潛移默化地滲透愛國主義教育對于提高學生道德修養、培養其價值選擇具有重要現實意義。建議從以下幾方面開展思政教育：

（1）加強學生愛國主義教育和服務意識，培養學生明辨是非的能力。對學生進行國情教育和中華民族優秀傳統文化教育，在“七一”“八一”“十一”等重大節日，“七七”“九·一八”“一二·九”等重要紀念日對學生開展愛國主義教育，激發學生民族自尊心、自信心和自豪感，引導學生銘記歷史，不忘民族恥辱，牢記“落后挨打”的教訓，增強學生民族認同感，提高學生服務祖國和人民的意識。

（2）倡導學生網絡文明修養，引導其文明上網，進行網絡道德教育和網絡安全教育。在知識產權、個人隱私保護、網絡安全等方面進行引導教育，幫助其抵制網絡違法、網絡謠言、邪教組織散布等不良信息的侵襲。

（3）培養學生友善品質，潛移默化引導其正確處理合作與競爭的關系，使其理解誠信、友善的品質對事業發展的重要性。

（4）激發學生學習計算機交叉學科科學的好奇心和想象力，引導其主動學習、敢于挑戰自我，使其在挑戰性任務中獲得成就感與幸福感。

2.2 開發學生計算思維，實現從“擁有知識”到“具備能力”的轉變

應用型大學計算機通識課程的教學目標不僅是擴展學生的計算機知識面，熟悉office辦公自動化操作，培養信息素養，還應培養學生采用計算機技術解決復雜專業問題的計算思維能力。如何開發和培養高校非計算機專業學生的計算思維方式，提高其應用計算機知識分析和解決問題的計算思維能力，實現學生從“擁有知識”到“具備能力”的轉變，是當前大學計算機通識課程中一項迫切需要深入研究和探索的工作，也是常熟理工學院計算機通識教育課改革的一個重要部分。相關工作主要從以下幾個方面展開：

（1）教材建設。培養和發展學生的計算思維首要解決的是教什么、如何教的問題，教材建設至關重要。當前市面上已有一些融合計算思維的大學計算機基礎教材，但大多適合“985”“211”高校。“985”“211”高校培養的是研究型人才，主要培養解決科學問題的計算思維能力，而應用型大學培養的是落地應用型人才，培養的是解決應用問題的計算思維能力。因此，建議一線教師結合自身教學內容和教學經驗，編寫適用于應用型大學培養目標的面向計算思維能力培養的計算機通識課程教材。

（2）程序設計。在教學中要強調使用編程解決特定問題的方式，即程序思維方法，而不是語言本身。教學實施中要注重實踐，使學生通過實踐切實感受和領悟計算機問題求解的基本方法和思維模式。結合不同專業需求選擇目前比較主流的編程語言作為實驗環境，如C語言、Python語言。此外，針對不同專業學生的興趣和需求，建議將基于“互聯網+”的創新思維培養作為選修內容。

2.3 分層次教學，彌合計算機基礎差異，促進有潛力學生深度學習

在信息化時代，不論是日常辦公操作，還是工業、技術操作都需要具備一定的計算機實踐動手能力。針對學生基礎水平參差不齊的問題，以能力本位教育理念為指導，考慮不同專業對計算機知識的不同要求，提出分類、分層、分級教學方案，實施 X+1+Y 的課程分層體系，其中X為以計算機操作為主的基礎課，主要包括文檔處理、音頻處理、圖像處理、動畫制作等；1指以計算思維及程序語言為主的必修課；Y指以算法競賽或項目實訓為主的選修課，是結合不同專業對計算機應用需求，基于不同學生的潛力和興趣開設的算法競賽和專業相關的項目實訓課。

大一新生的計算機知識和操作技能水平存在較大差異，將計算機操作納入選修內容，通過考試方式考察學生實際水平。該課程主要針對大一零起點和基礎差的學生開設，考試合格的學生可免修。此外，考慮到不同學生的興趣和潛力，開設與專業相關的應用選修課程，促進學有余力的學生進行深度學習，發揮學生潛能，提高其創新能力和解決復雜專業問題的能力。

2.4 融入創新意識，引入競賽和項目驅動機制，培養創新拔尖的復合型人才

計算機技術發展經歷數次重大變革，是技術發明創新的漫長過程，沒有創新就不可能有發展。在大學計算機通識教育中培養學生的創新意識和創新能力對教師是挑戰也是使命。發揮自主學習能力強的學生的主體性，在其掌握基礎知識的基礎上給予輔助、引導，促進深度學習，形成知識到能力的轉變，主要從以下兩個方面出發：①引入競賽機制驅動教學法，開設競賽算法選修內容，培養學生算法興趣和創新能力；②引入項目實訓驅動式教學法，設置綜合項目實訓選修內容，培養學生項目實戰能力和團隊協作能力。

2.5 集中優質師資進行模塊化教學，充分發揮教師專長

當前大多應用型高校計算機通識課程教學主要是office辦公操作，部分理工科專業開設編程語言。由于長期從事計算機基礎教學工作，一些計算機公共課教師不能從整體上把握以計算思維為核心課程的知識脈絡，承擔以計算思維為核心的計算機通識課程教學任務還有一定壓力，需要一定時間轉變。因此，當前大部分應用型高校開設計算思維為核心的計算機通識課程面臨著一定師資困境。傳統計算機通識課程教學中任課教師是一個人負責所有內容的講授，教師需要具備完整的理論知識體系，熟練掌握所有軟件的使用方法。針對一些應用型大學計算機公共課教師師資問題，借鑒前人思路，建議采用模塊化教學，將計算機基礎教學內容按內容之間的聯系劃分成若干個模塊，每個教學模塊既相互獨立又有一定關聯，基于教師團隊中教師的興趣和技術特長為每個教學模塊確定相對固定的教師，保證最優質的教師部署到其最擅長的課程模塊教學之中。每個教師專注于自己負責的模塊，將會促進其授課質量和技術的精進，降低教師的時間成本，也有利于知識的交叉和教學內容的有機融合，保證課程開設的高水平。此外，建議開設大學計算機通識課程的網絡在線課堂，進行線上線下混合式教學。

3 結語

本文針對應用型高校特點，結合各專業領域復合型人才對計算機知識和能力的需求，從教育對象差異性、技術體系融合性、教學內容實用型3方面探索應用型高校的計算機通識能力課程建設，探討融合思政元素、因材施教、分層次教學、模塊化教學、線上線下混合式課堂等教學策略，以培養學生利用計算機技術解決專業和實際問題的能力，推進計算機通識課程的教學質量和育人效果。然而，高校計算機通識課程不同于專業課程，其教學學時有限。如何解決在較短學時內保質保量地完成知識體系龐大、技術難度復雜的以計算思維為核心的通識課程教學，對于應用型高校十分有挑戰，這也是下一步需要重點關注的工作。