计算思维导向下的农科院校计算机基础教学模式探索

曹 然 赵 洁 苏中滨

(东北农业大学，黑龙江哈尔滨 150030)

2010年Jan Cuny和周以真教授较为明确地给出了计算思维的定义，计算思维是与制定问题及其解决方案相关的一个思维过程，其解决问题的表示形式应该有效地被信息处理代理执行。

近几年，我国各大高校从事计算机基础教学的教师一直致力于研究在计算机基础教学过程中培养和训练学生的计算思维能力，使学生学会用计算思维去思考问题和解决问题。2011年在杭州召开的“第七届大学计算机课程报告论坛”中，大连理工大学、西安交通大学、上海同济大学、北京交通大学等高校的专家各自论述了对计算思维这一概念的理解以及如何将计算思维应用于本科计算机基础教学内容。各大高校的做法不尽相同，各具特点，但多数处于摸索和尝试阶段。

那么，如何在计算机基础课程中体现计算思维能力培养，如何培养学生计算思维的意识与能力，如何使非计算机专业的学生掌握计算思维解决问题的一般步骤和方法呢?这是一个非常值得深入研究和探讨的问题。

一、教学方法改革

计算机基础课程能够采用的教学方法灵活多样。在教学过程中，教学方法因教学导向的不同而具有多种可能性，是一个非常灵活的因素，不是每种方法都适用于以计算思维为导向的计算机基础课程教学模式。

1.改变知识讲述的方法

在大学计算机基础课程中提倡采用提炼、归纳、分析，以问题驱动、探究式教学来增加计算思维和基本功训练。教学方法由“提出概念—解释概念—举例说明”的传统方法转变为“提出问题—解决问题—归纳分析”。在每次传授新知识时可采用“教师提问题，学生思考、回答”的启发式思维方法讲述课程内容，积极引导学生动脑思考。例如，在计算机概述一章讲对计算机发展有突出贡献的几位历史人物时，可先提出一个同学比较感兴趣的问题:开发时下最热销手机iphone系列的苹果公司，它们一直沿用苹果标志，苹果标志的苹果为什么会缺一口?有的学生可能会说苹果上的缺口代表事物没有完美的，有的同学又说是为了纪念图灵等。由这个小问题不仅带出了伟大的人工智能领域的先驱者图灵、苹果公司CEO史蒂夫·乔布斯，而且在不断提出问题、分析问题、解决问题的过程中，引发学生主动思考，带动了学生学习计算机基础课程的积极性，有效地培养了学生的思维能力。

2.项目分类教学法

在程序设计课程中建议使用项目分类教学法。从事计算机基础研究与应用的教师团队应建立若干项目，请教不同专业的教师，吸收由不同专业背景，根据不同专业的特点对确立的项目进行分类，在教学过程中对不同专业的学生引入不同类别的项目。教师充当指导者，将一个相对独立的、与学生专业密切相关的项目交由学生自己处理。信息的搜集，方案的设计，项目的实施及最终评价，都由学生自己负责。学生在动手实践体验、思考内化吸收、综合探索创新中，获得较为完整而具体的知识。在学生项目实施的过程中，不仅可以培养学生的自学能力、思维能力，也可以培养学生之间的协作能力、沟通能力等。项目是以学生专业背景建立的，因此学生在做项目的过程中有一种学以致用的感觉，这样，学生学习的主动性和能动性被就能充分地调动起来。考核方式也要相应改变，可采取平时学习态度和表现占20%，平时作业占20%，项目测评占20%，期末考试占40%的比例进行。该考核方式注重过程考核，是以提高思维能力和应用能力为主的综合考核评价体系。

3.渐变式教学法

从2006年计算思维这一概念的提出至今为止只有短短的五年时间，虽然全国已有部分高校初步开展以计算思维为导向的计算机基础课程，但都还处于探索和尝试阶段，没有形成一个统一模式。另外，各高校学生素质和培养目标各异，在以计算思维为导向的计算机基础课程教学模式中，应实行先小班试点，再根据学生的实际情况逐步推广渐变式教学方法。

二、教学内容改革

传统计算机基础教学内容主要注重计算机基本技能的应用，而以计算思维为导向的计算机基础教学模式则着重培养学生利用计算思维解决问题的能力。因此，将计算机思维引入计算机基础课程势必要改变原有的课程内容，下面以多数高校开设的计算机基础课程，即大学计算机基础和程序设计两门课程来进行具体论述。

1.大学计算机基础

大学计算机基础课程中应将原来的计算机概述部分变为四方面内容:图灵机的计算思维、冯·诺依曼计算机模型、存储程序计算机和验证码的计算思维。计算机基本组成原理的计算思维主要包括:进制转换的计算思维和计算机的组成。操作系统基础中计算思维能力教学主要包括以下内容，从裸机到虚拟机:一个用计算思维思想解决自身问题的典型例子;操作系统分类，如分时操作系统所体现的计算思维是CPU时间片轮转思想，一种最简单、最公平的思想，解决了计算机自身的问题;操作系统的功能，如处理机管理所体现的计算思维是CPU宏观上并行，微观上串行。计算机网络中主要在网络拓扑结构、网络体系结构、计算机网络硬件设备(网卡、调制解调器、路由器、交换机等)和网络的二级寻址、三级寻址几个方面体现出计算思维的思想，如网络二级寻址体现的计算思维思想是通过网络号宏观上寻找计算机所在网络，通过主机号进一步微观寻找联网计算机所在位置。

2.程序设计

算法设计中的每一种策略作为问题求解方法，可应用于多个领域，具有明显的计算思维特征。因此，在程序设计课程中应重点讲授算法设计(分治法、枚举法、递归法、排序法、回溯法、贪心算法等)，如分治法的基本思想是把一个问题分解为若干与原问题同结构的但规模较小的子问题，然后以递归的方式求解这些子问题并通过合并子问题的解得到原问题的解。分治法提供了如下通用的思维方法:在实践中，我们通常会掌握一些简单或者规模较小问题的求解方法，或者这些小规模问题的解是直观的、易知的。这时可以采用分治法重用这些已有的知识，求解复杂的大规模的问题。从计算思维的角度，贪心算法为我们提供了如下方法指导:以当前和局部利益最大化为导向的问题求解策略简单易行，具有广泛的适用性。

3.基于学科差异分类教学内容

农科院校学科涵盖了农、工、理、经、管、文、法等众多专业，而每门学科对学生应掌握的计算机知识的要求是不完全一样的。因此，基于对农科院校的学科设置和以计算思维为导向的计算机基础课程具体教学内容的考虑，将计算机基础课程的内容分为四类:理工类学习算法和程序设计;文科类学习数据库设计与应用;商科类学习多媒体设计与应用;农科类学习数字农业。虽然不同学科学生学习的计算机基础课程内容不同，但殊途同归，培养的目标一致，即致力于将学生培养为具有计算思维能力、创新能力、综合应用能力和计算机基本技能的人才。

三、结束语

思维学习的目的是为了创造，思维发展水平是学生成才的关键，思维教学对学生现在及将来具有重要影响。教师在教学时，要为学生提供思维的空间和情境。本文主要探索了以计算思维为导向的大学计算机基础课程的教学方法和教学内容的变革，在计算机基础课程的讲授中，通过采用问题驱动和项目分类的思维训练方法，学生分析问题和解决问题的能力必然会明显提高。当然，作为一种教学改革和教学尝试，该教学模式还需要进一步完善，随着对“计算思维”理论与实践认识的深化，将会更好地指导教学实践，真正培养学生的计算思维和计算素养，提高他们的计算能力。

［1］ 苏中滨，赵洁，杨宇姝.农科院校大学计算机基础教育改革与实践［J］.东北农业大学学报(社会科学版)，2007，5(4):53-54.

［2］ 赵洁，苏中滨，宋一弘.农科性大学计算机基础教育课程体系的改革与实践［J］.东北农业大学学报(社会科学版)，2006，4(4):64-65.

［3］ 沈维政，孙红敏，张喜海.任务驱动教学模式在计算机专业课教学中的探索与实践［J］.东北农业大学学报(社会科学版)，2007，5(1):89-90.

［4］ 赵岭忠，钱俊彦，蔡国永.算法设计策略与计算思维［J］.企业科技与发展，2010，(8):43-45.

［5］ 栗宁.高校计算机基础教学改革探析［J］.科技信息，2010，9(1):223.