计算思维引导下的计算机基础教学方法探讨

刘亚辉 周长胜 李桂芝

摘 要：针对大学计算机基础教学中存在的狭义的技能培养、教学层次与专业导向不分明以及课程设置缺少延续性等问题，对现有教学模式、教学方法与课程设置情况进行了探讨。提出以计算思维思想为指导，培养思维方法为教学目标，提高学生用计算机解决问题的能力的解决方案。结合教学实践，对有专业差异化的计算思维教学方法进行了论述。

关键词：大学计算机基础；计算思维；教学改革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1002-2589（2014）24-0224-02

引言

随着计算机技术的普及，计算机基础知识已经渗透到各行各业，这对计算机基础教学提出了更高的要求。当前，对非计算机专业学生，通过计算机基础知识的学习，学生对常用软件的操作基本都能掌握，但由于对计算机思想与理论学习欠缺，致使使用计算机进行应用创新能力不足。如何使学生学会将问题转化成能够用计算机解决的形式，需要进行计算思维能力的培养。卡内基？梅隆大学周以真教授指出计算思维[1]是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为。是从具体的算法设计规范入手，通过算法过程的构造与实施来解决给定问题的一种思维方法。此后，九校联盟[2]中指出计算机基础课程重在计算思维的培养，即基于计算环境与约束的问题求解。并在《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》中，达成四点共识：

（1）计算机基础教学是培养大学生综合素质和创新能力不可或缺的重要环节，是培养复合型创新人才的重要组成部分；（2）要把“计算机思维能力的培养”作为计算机基础教学的核心任务；（3）进一步确立计算机基础教学的基础地位，加强队伍和机制建设；（4）加强以计算思维能力培养为核心的计算机基础教学课程体系和教学内容的研究。

教指委《关于申报大学计算机课程改革项目的通知》中指出，大学计算机的教学总体目标要求是“普及计算机文化，培养专业应用能力，训练计算思维能力”[3]。结合计算思维的教学理念，反思目前大学计算机基础教学，不难看出还存在以下问题[3][4]：

第一，《大学计算机基础课程》作为大学第一门计算机类课程，其教学知识点，部分学生在初、高中已修过相关课程并掌握，致使该课程的教学内容与课程设置的合理性、必要性问题上存在争议。

第二，《大学计算机基础课程》教学中以培养学生计算机操作技能为目标的教学目的过于狭隘。有些观点认为计算机基础课程主要是让学生学会计算机的基本操作、学会使用一些工具软件。

第三，学生掌握计算机应用技术方面表现出良好的接受能力，但是对于计算机技术发展的思想和理论知识匮乏，习惯使用已有的技术手段，而不是采用科学的思维方式寻求问题的解决方案，这也是学生普遍缺少创新性思维的问题所在。

第四，不同专业对《大学计算机基础课程》的知识结构与应用类型要求是有差异的。而现存大学计算机基础课程的教学体系、教学模式与教学手段对学生计算机水平的参差不齐的教学层次划分不明显；体现专业应用需求方向上还缺乏明确的导向。

因此，拓展教学思维、明确教学目标，完善从中等教育到高等教育的过渡，是教学改革中值得思考的一个环节；大学计算机基础知识培养应该对计算机科学的思维形式有更深入的理解，逐步從狭义的“技能培养”向“能力培养”转化；针对专业差异，完善不同层次的计算机基础课程建设是教学改革中需要考虑的一个方面。在有限的学时内，针对不同类型的学校和专业，制定有相应特色的教学计划、改进教学方法，以教学思维指导思想组织教学的内容是必要的。本文从不同层次的培养目标、不同专业应用需求角度出发，深入探讨大学计算机基础课程建设的问题。

一、我校大学计算机基础课程现状

目前，除少数计算机专业外，我校对大一非计算机专业学生的授课内容主要是《大学计算机基础》+《C语言程序设计》，少数专业开设《VB语言程序设计》。其中，《大学计算机基础》是高等教育阶段面向非计算机专业新生开设的第一门计算机课程，目前的教学目标主要是注重计算机实践能力的培养，使大学毕业生能够熟练掌握计算机操作技能，应用计算机解决本专业问题，毕业后适应社会工作的需要。学时为32学时，其中，授课18学时，上机14学时。而《C语言程序设计》的教学目标是使学生理解与掌握结构化程序设计的基本思想及基本概念，基本掌握使用C语言进行结构化编程的方法及过程，针对专业不同，分别开设72学时、64学时与48学时《C语言程序设计》课程。大一、大二开设的计算机基础课程，在教学内容与课程设置中还存在以下问题：

1.尽管大多数学生顺利通过大学阶段的计算机基础课程考核，却难以适应工作、学习中对计算机技能的需求。在教学内容设计上忽略了专业差异，内容繁杂。期末考核主要是对office操作进行考核，而在教学中，office内容却不作为重点内容讲解，存在“考教不一致，重点不突出”的不足。

2.根据我校专业设置情况，不同专业对计算机基础课程的知识结构与应用类型要求是有差异的。而目前计算机基础课程的设置，针对专业特色的教学内容不能体现差别。传统的《大学计算机基础》+《C语言程序设计》的计算机基础课程设置过于单一，在知识分层与体现专业应用需求方向上还缺乏明确的导向。

3.大学计算机基础学科授课内容的局限性使得知识更新落后于新技术的发展，同时现存教学体系、教学模式、教学手段对学生计算机水平的参差不齐的教学层次划分不明显，所谓的因材施教仍是需要大力度、实质性的改革。

4.计算机基础教学还缺乏一定的连贯性。学生在大一学习的计算机相关课程，由于在后续课程中较少用到相关知识或不再接触计算机课程，毕业后在实际应用时，不能得心应手。

二、大学计算机基础课程改革探讨

在计算思维能力的教学培养方法上，目前还处于探讨与试点实践阶段。文献[2]提倡对教学内容按计算思维的指导理念重新组织；突出思维训练的相关知识点；通过问题引导、专题研讨等方法提高教学效果。文献[5][6]指出教学内容通过算法的基本概念、设计方法、算法分析与典型算法；程序设计的结构、语法语义、计算机的硬件、软件课程与编程语言进行渗透。

計算思维的教学需要建立合理的计算机教学课程体系与知识结构；在教学中注重问题的算法描述，将问题转变为可以用计算机处理的模式；在课程设置中，针对专业差异与培养目标，设置有一定针对性的计算机课程。可以从以下几点考虑：

1.针对文理科学生实施分阶段、分层次、侧重点差异化教学。对理工科学生加强程序设计算法教学，这部分内容在先前的程序设计教学中已经存在，需要从无意识向有意识的教学转变，强调用计算机解决问题的思维方式；

2.对于文科学生，除了讲解计算机基本原理、基础的编程算法外，还可以适当增加办公软件的高级应用。例如：高级层讲授内容可以涉及：word的版面编排设计、excel的数据管理与分析、PPT的高级应用以及office的VBA宏及应用等。

3.计算思维的教学内容主要涉及：计算思维和计算理论、算法基础和通用语言、计算机硬件与软件技术等。如：计算机的存储原理、图灵机、计算复杂度以及常用算法与程序等。

4.针对课程开设的延续性问题，采用“1+X”教学改革方案。有的非计算机专业学生在大一学习的计算机相关课程，由于在后续课程中较少用到相关知识或不再接触计算机课程，以致不能满足就业时对计算机能力应用的需要。对学生可以开设计算智能类选修课程，让学生能够在现有的高中数学基础上，利用《模式识别》、《神经网络》等知识，让学生初步了解计算机怎样实现对不同的物品分类；怎样实现对不同的形状分类，了解计算机怎样代替人脑进行思考，还可以用MATLAB软件进行仿真演示，这为理工科学生后续专业课程的学习起到很好的启蒙作用。

三、结束语

本文以计算思维思想为指导探讨了大学计算机基础教学中的教学内容与课程设置等问题。针对我校目前课程教学与设置中存在的不足，提出当面向不同的非计算机专业开设时，教学内容应分层次、分阶段设计，并侧重于考虑与专业特色相结合。理工科应该突出培养用计算机分析、解决实际问题的思维能力。同时，提出采用“1+X”的教学思想，使得计算机教学具有良好的延续性，将相关教学内容相承和渗透，课程间相互衔接，，进而获得计算机基础课程体系的整体优化与提高。

参考文献：

[1]周以真.计算思维[J].中国计算机学会通讯，2007，3（11）：83-85.

[2]冯博琴.对于计算思维能力培养“落地”问题的探讨[J].中国大学教学，2012（9）：6-9.

[3]教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会.关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见暨计算机基础课程教学基本要求（试行）[M].北京：高等教育出版社，2009：24-26.

[4]王晓勇，方跃峰等.以专业应用为导向的计算机基础课程教学改革与实践[J].中国大学教学，2011（7）：39-42.

[5]何钦铭，陆汉权，冯博琴.计算机基础教学的核心任务是计算思维能力的培养[J].中国大学教学，2010（9）：5-9.

[6]陈国良.计算思维与大学计算机基础教育[J].中国大学教学，2011（1）：7-11.

Discussion on Computer Fundamentals Guided by Computational Thinking

LIU Ya-hui， ZHOU Chang-sheng， LI Gui-zhi

（Computer Center， Beijing Information Science and Technology University， Beijing 100192，China）

Abstract： There exist some problems during the teaching of computer fundamentals， such as narrowly skill training， lacking in continuity etc. In addition， teaching levels and furtherance arent obviously related to specialty. Present teaching modes， teaching method and course offering are discussed. A solution is put forward， which is for the purpose of cultivating thinking method， improving students abilities of solving problems guided by computational thinking. Meanwhile， method is described according to the major difference， which is combined with teaching experience.

Key words： Computational Thinking， Computer Fundamentals， teaching reform