基于计算思维能力培养的计算机基础课程教学改革探索

摘要：以培养计算思维能力为核心的教学改革，通过采用“问题驱动”式分层教学、启发式互动教学、贯穿兴趣驱动的自主式学习等改革极大提高了学生的学习主动性，提升课程教学实效，达到了培养大学生用计算思维去思考问题和解决问题的目的。

关键词：问题驱动；互动教学；自主学习

作者简介：刘风华（1980-），女，新疆乌鲁木齐人，新疆工程学院计算机工程系，讲师。（新疆 乌鲁木齐 830052）

基金项目：本文系新疆工程学院科研项目（项目编号：2012XGZ321312）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）06-0065-02

最近几十年来信息技术的重大突破和高速发展，为教育带来深刻變革。20世纪80年代，计算机微型化的快速普及催生了多媒体技术与教学的结合；20世纪90年代中期，互联网的应用使在线教育得到发展，促进了优质教育资源的传播和共享；近年来，云计算技术的发展和应用，以及各种移动终端的创新和发展，催生了移动学习。信息技术对教育发展具有革命性影响，而作为普及信息技术的计算机基础课程，在瞬息万变的技术发展中，要完成从“教授技能”到“形成思维”的变革，即要注重培养学生的“计算思维”。

一、培养学生的“计算思维”能力成教学的核心任务

2006年3月，美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在美国计算机权威期刊《Communications of the ACM》杂志上首次提出了计算思维（Computational Thinking）。周教授认为：计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。[1]自2006年周以真教授首次提出计算思维后，计算思维在国内受到了普遍的重视，中国科学院信息领域战略研究组编写的《中国至2050年信息科技发展路线图》中明确指出要将培养学生计算思维能力作为首要目标。[2]著名计算机科学家和发明家道格拉斯·恩格尔巴特说“数字技术可以改变这个世界，但更关键的是，它改变了人们一贯的思维方式”。人类社会迄今为止，已经发生了多次变革，诸如文字、印刷以及书籍的发明，带给人们多样的学习方式，以及其他方面的改变，而电脑的发明让这更加前进了一步。电脑在一定程度上促进了人们的思维方式，因此思维的变革才是世界的变革，使大学生学会用计算思维去思考问题和解决问题是人才培养的关键。[3，4]

二、教师重视计算思维并转换角色

在推进以计算思维为核心的教学改革中，首先教师要重视计算思维，认识到计算思维对学生未来发展的重要性，并在日常教学中结合专业背景开展计算思维能力的培养方案讨论；将教学重点放在培养意识、激发兴趣、锻炼能力、形成思维四个方面，[6]即培养学生使用计算机解决问题的意识，激发学生学习知识的兴趣，进而达到利用所学知识解决问题的能力。经过一段时间的系统学习，培养学生发明和创新的能力及处理计算机问题时应有的思维方法、表达形式和行为习惯，[7]图1为计算思维能力培养模式图。

其次，在教学过程中，教师要逐步转换角色，做到以下几点：

1.以学生为中心

在教学过程中教师起着指导者、组织者、促进者和帮助者的作用。通过协作、交流等方式，启发学生联系和思考，充分调动学生的主动性和积极性，把当前的学习内容尽量与自己已有的知识经验联系起来，并对这种联系加以认真思考，形成思维。

2.成为学生的学习伙伴

教师的作用从传统的传授知识的权威转变为学生学习的辅导者和学生学习的伙伴。教师要与学生共同探讨、交流，营造平等融洽的课堂氛围，为学生创造最佳的学习环境，促进学生的“自我发展”。同时，教师给学生提供他们感兴趣的有价值的问题，引导学生尽可能找出问题的多种解决方案，鼓励学生对问题解决提出多重观点，以达到培养学生计算思维的目的。

3.成为学生学习的领航员

教师应注重引导学生掌握知识迁移方法，使学生在此基础上适应飞速发展的信息技术。在教学过程中，要时刻注意总结和归纳不同软件工具的使用方法和不同问题解决过程的共通之处，引导学生充分运用已有知识进行探索，自主提出新问题并找出解决方案，从而达到利用有效迁移培养和促进学生发展的目标。

三、以计算思维为核心的教学改革

大学生作为21世纪人才的主力军，学会用计算机的方式思考问题和表达行为成为信息人才的必备能力。培养计算思维的教学重点不在于如何解决某个问题上，而是解决问题的思想。因为问题有千千万万，而解决问题的方法通过归纳总结却有相通之处。另外，通过思维教学可以使学生更加积极主动地思考和探究，考虑问题更加缜密。在以计算思维能力培养为核心的教学改革中主要做了以下几方面的工作：

1.采用“问题驱动”式分层教学

计算思维是一种科学思维，与理论思维、实验思维一起构成了人类的三大思维。计算思维并不是一种新的发明，而是早已存在的思维活动，是每一个人都具有的一种技能。由于没有受到充分的重视，人们的计算思维活动往往是无意识的，培养计算思维能力的关键是要将无意识的计算思维变成有意识的计算思维，主动地用计算思维去解决问题。为激发学生的学习兴趣，提出了以“问题驱动”式教学方法，将教学过程归纳为从提出问题、分析问题、构造方法、解决问题、引发思考的不断循环，直到找出解决问题的最优方法。该方法中可以从简到难层层深入，并且通过不断发现问题、解决问题总结和归纳出一类问题的解决办法。该方法吸取了“任务驱动”式教学的优势，同时以发现问题、解决问题的主线，采用层层推进的层级式教学，不但较好地完成了任务，而且在问题求解中归纳总结，同时也兼顾了学生水平不齐的问题。

2.启发式互动教学

互动教学是通过营造多边互动的教学环境，在教学双方交流探讨的过程中，进行有意识的、主动的信息交换和传递，激发教学双方的主动性和探索性，提高教学效果，提高学生自我解决问题的能力。在计算机基础课程中，涉及的知识面广、内容更新快，与生活息息相关，所以只要稍加引导和启发，学生就有很强的主动性和较高的参与热情。在具体实施程中，主要采用发放资料——列出思考问题——课上讨论——总结归纳的方式进行。如在介绍计算机发展中，在上课前几天将资料和问题放到群共享里，学生下载并提前阅读或观看。该章节中设计的问题和资料如下：第一台计算机诞生的时间、地点（查阅课本）；比尔·盖茨作出的贡献主要集中在哪些领域（资料：比尔·盖茨和微软相关介绍）；史蒂夫·乔布斯的贡献主要集中在哪些领域（视频资料：电影乔布斯）；你认为未来计算机会怎样发展（讨论为主）；比尔·盖茨和史蒂夫·乔布斯成功的关键因素是什么，你对此有什么感想（讨论为主）。在课上学生带着自己查找的资料和观点进入课堂，分组讨论对问题的不同见解，并将理论知识联系到自己的生活中，对以后的学习态度和学习方向起到了指引作用。

与传统教学方式相比，互动教学至少有以下几点好处：

首先，调动了学生参与教学的积极性，传统的教学模式指注重教师的“教”，而忽略了学生“学”的态度。而互动教学体现出了学生的主体地位，让学生参与到教学中，激起学生的学习兴趣和参与讨论的主动性。

其次，引导学生注重对现实世界的观察和思考。传统教学传授的基础知识往往是教条式的，使学生感觉离自己的生活很遠，而互动教学引导学生学以致用，联系身边的现象进行分析，从而提高他们发现问题的能力和分析问题的能力。

最后，拉近了老师与学生的距离。在传统的教学中老师以讲授为主，缺乏与学生的交流，所以无法获知学生的学习状态和学习兴趣，而学生则因缺乏交流和表达诉求的机会，使教学双方的距离越拉越大。互动教学中课堂氛围轻松、活跃，学生愿意主动交流、探讨，给学生提供展示观点的的平台，也给老师提供汲取养分的机会，形成了教学相长的良性循环。

3.考核方式从结果评价转向以结果和过程评价相结合

在推进教学改革的过程中，考核方式的改革是必备环节，以往的考核方式是期末考试70%，平时成绩30%。这种传统的考核方式存在以下弊端：期末考试也大多采用试卷考核，一份试卷很难全面把握课程所要掌握的方方面面，同时也无法避免高分低能的现象；学生临近考试突击学习，没有达到掌握知识的目的；在成绩的利诱下，作弊情况难以完全杜绝，诚信和公平受到挑战。

在此次教学改革中，成绩构成为平时成绩70%，期末考试30%。平时成绩中包括了考勤、作业、参与讨论、撰写论文、自学课程等。具体所占比例如表1所示：

表1 考核内容及比例分配表

项目 内容 比例

平时

成绩 考勤 8%

作业 12%

参与讨论 15%

撰写论文 15%

完成在线课程学习 20%

期末成绩 考成成绩 30%

考核方式的改革促使学生在平时多花功夫，而平时的厚重积累不但使学生端正了学习态度，形成了良好的学习习惯，并在长期的锻炼中潜移默化的形成了计算思维。

四、总结

信息化发展已经与人类学习、交往、工作和生活融为一体，并且为人类的生存和发展带来革命性的影响。作为普及信息技术的计算机基础课程，也要适应新形势的变化，教师从“教授者”转换为“引导者”，学生从“被动学习”转变为“主动探索”。在推进大学计算机基础课程教学时效性改革的三年中，学生的学习热情、学习能力、解决问题的能力和创新能力普遍提高，在学习中加强了交流和合作，在实践中学会了反思、发现自我，欣赏别人，积极进取，勇于创新。新疆工程学院学生在全国计算机应用技能大赛、全国数学建模大赛、挑战杯及全国各类专业技能大赛中屡次获得优异成绩。笔者将在取得一定成绩的基础上进一步深入研究，逐步摸索出更加适合大学生计算思维培养的教学模式和方法。

参考文献：

[1]李廉.计算思维——概念与挑战[J].中国大学教学，2012，（1）：7-12.

[2]中国科学院信息领域战略研究组.中国至2050年信息科技发展路线图[M].北京：科学出版社，2009.

[3]孙家广.计算机科学的变革[J].中国计算机学会通讯，2009，

5（2）：25-28.

[4]龚沛曾.大学计算机基础教学中的计算思维培养[J].中国大学教学，2012，（5）：51-54.

[5]九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明[J].中国大学教学，2010，（9）：14-15.

[6]徐志伟.21世纪计算机科学的研究热点[J].中国计算机学会通讯，2009，5（2）：15-18.

[7]王飞跃.从计算思维到计算文化[N].科学时报，2007-10-12.

（责任编辑：王意琴）