融入计算思维的应用型本科院校计算机基础课程改革探索

岳强，胡中玉，李玲，平大林，黄吉花



融入计算思维的应用型本科院校计算机基础课程改革探索

岳强，胡中玉，李玲，平大林，黄吉花

摘 要：针对应用型本科院校计算机基础课程教学中出现的弊病，即在课程教学和学生能力培养间存在鸿沟，提出将计算思维引入教学，解决计算机基础课程的教学危机。通过介绍计算思维中的关键内容，分析计算思维的核心方法，探讨融入计算思维的分层次分类别教学模式，提出以计算思维能力培养为核心的计算机基础课程改革方案。

关键词：应用型本科院校；计算思维；计算机基础课程；课程改革

0 引言

应用型本科院校是中国高等院校的重要组成部分，学校数目众多，办学特色明显。不同于传统研究型本科院校，应用型本科院校立足于地方，为本地经济和社会培养技术密集型产业的高技术应用型人才。大学计算机基础课程是高校学生入学后的第一门信息技术类课程，该课程旨在培养学生使用计算机科学知识和技术分析和解决实际问题的能力，提升学生创新意识，培养学生的信息素养，为学生学习后继课程打下坚实的信息技术基础。该课程的教学是保证人才培养质量的一项重要教学工作，对大学生毕业后是否能够迅速适应社会需要，并具有可持续发展的再学习能力，具有重要意义。

1 应用型本科院校计算机基础课程教学现状

2012年全国共有普通本科高校1171所，其中：211工程高校116所，占9.9%，非“211”高校1055所，占90.1%，新建的本科院校是指1999年以来新晋升科学校，共有647所，约占全国普通本科高等学校数量的55.3%，占非“211”普通本科高校数量的61.3%[1]。这些地方本科院校在办学地位、人才培养模式、生源质量和课程教学上都与传统的重点院校有着明显区别。随着网络技术、多媒体技术和无线接入技术的迅速发展，计算机基础知识得到快速的普及，特别在应用型本科院校中，计算机基础课程进入蓬勃发展期，呈现出以下特点。

1）大多数学校都十分重视计算机教育教学的重要性，并确立了计算机基础课程的基础性地位，计算机基础课程在各专业的培养方案中已成为不可缺少的一部分。

2）随着计算机的发展和普及，计算机基础课程的教学转变为理论教学与实践教学高度融合，用理论指导实践，并在具体的实践案例中去深化理论。同时，以能力训练为核心的实验教学理论已经渗透进课程中，“案例教学”、“任务驱动”等多种教学模式得到广泛运用。

3）社会信息化进程不断加速，各种学科间不再局限于单纯的某一领域的研究，多学科交叉融合是信息技术发展的契机，计算机的辅助功能得以极大的发挥作用，各专业对学生的计算机应用能力的要求日趋强烈，计算机基础课程成为很多专业课程的前驱课。

虽然计算机基础课程在应用型本科院校里得到越来越多的关注，但受限于学校的历史沿革和生源质量，该课程存在以下方面的问题。

1）课程体系不明确

应用型本科院校大多是1999年以后晋升为本科院校的，以前大都是高职高专层次的学校，在课程体系的规划上缺乏系统性和规范性，部分学校还继续沿用专科阶段的课程体系，教学内容还停留在“计算机文化基础”或“计算机应用基础”阶段，体现不出计算机技术的先进性。

2）学时少、内容多

计算机基础课程的教学学时一般在32至70个学时之间，每一章的教学内容可能对应着计算机科学与技术专业的一门专业课程，造成每章的教学只能触及表面即止，不能深入系统的学习。特别是教育部对本科教学计划的总学时做出规定后，很多专业在指定教学计划时就首先减少公共基础课程的学时，计算机基础课程首当其冲，有些院校甚至将计算机基础课开设为选修课，不仅学时大幅缩减，其基础性地位也受到动摇。

3）陷入“狭义工具论”误区

“狭义工具论”就是认为计算机基础教学就是教学生怎么将计算机作为工具使用[2]。教学内容的组织上以各种软件的使用为重点，教材中的一章就是某些软件的使用手册，如Windows操作系统、Office办公软件和网络软件等常见内容，教学过程以教会学生熟练使用常用软件为目的，让学生掌握软件工作环境的构成、具体的菜单命令和操作步骤等。“狭义工具论”误区使计算机基础教学丢失了灵魂，学生往往只会使用教会的软件，由于软件的升级换代非常频繁，很多学生又要重新学习新版本的或其他的软件，导致培养学生的创新能力成为空话。

2 计算思维的关键内容

2.1 计算思维的引入

针对高校计算机基础课程教学中出现的上述问题，2010年陈国良院士在第六届大学计算机课程报告论坛上所作的报告第一次正式提出将“计算思维能力培养”作为计算机基础课程教学改革切入点的开创性倡议。2006年，美国卡内基·梅隆大学的周以真教授显性的提出“计算思维”的定义：计算思维是运用计算机科学的基础概念去问题求解、设计系统和理解人类行为的涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[3]。计算思维是人类早已存在的思维活动，只是未被发掘提升到理论高度，它引领人类思考问题进行解决，推动人类科技进步。2010年，包括清华大学等高校在内的九校联盟在《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》中，确定了以计算思维为核心的计算机基础课程教学改革。

2.2 计算思维的地位

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科学研究思维。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[4]。以其他思维方式相比，计算思维以抽象和自动化为本质，以设计和构造为特征，强调对问题进行自动化求解。计算机学科是计算思维的代表学科，思维的训练是一个长期的过程，在计算机基础教学中，不是仅仅通过几节课就要求学生了解计算思维的内涵，而要通过营造环境、设计案例让学生潜移默化的掌握。

2.3 计算思维的核心方法

计算思维方法是计算思维的核心。计算思维是思维过程或功能的计算模拟方法论，其目的是为了提供适当的方法，使人们能借助现代和将来的计算机，逐步达到人工智能的较高目标，诸如模式识别、决策、优化、自控等的有关算法都可属于计算思维的范畴。计算思维方法很多，周以真教授将计算思维阐述成具体的七大类方法，有把一个困难的问题简化为如何求解的约简、转化等方法；有控制庞杂的任务或进行巨型复杂系统的设计的抽象和分解的方法；有对一个问题的相关方面选择合适的方式陈述或建模的方法；有对进行系统恢复的采用预防、保护等方式；有利用海量数据来加快计算，解决时间和空间之间矛盾的思维方法。

这些方法中既有数学和工程的方法，也有如递归等公认的计算机科学方法。美国ACM前主席Peter J.Denning 教授将计算原理归为七类：计算、通信、协作、记忆、自动化、评估和设计，大多数的计算技术都使用这七类计算原理[5]，它们是解决问题的有效方法。

3 融入计算思维的计算机基础课程改革方案

3.1 构建“分层次、分类别”教学模式

应用型本科院校是服务于地方经济社会发展需求的高校，计算机基础课程教学内容、方法和手段，必须与时俱进，才能适应学校办学定位和人才培养目标的要求。根据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》，采用了“1+X”的课程体系，“1”即“大学计算机基础”课程，推行“分层次、分类别”的课程教学模式[6]。

1）分层次

“分层次”是值新生入学以后进行计算机基础分级测试，根据测试成绩编入层次1班级（普通班）和层次2班级（高级班），各层次的课程内容体系和教学目标如表1所示：

表1　分层次教学目标表

2）分级测试

入学后新生参加分级考试，测试系统使用无纸化网络考试平台，测试题型包含理论题和实践操作题，测试题型和期末考一致，难度持平，以我校2015学年上学期的测试数据为例，测试成绩统计结果如图1所示：

图1　分级测试成绩统计图

以分级测试成绩作为分班依据，达到标准的学生编入层次2班级，没有达到标准的学生编入层次1班级。层次1的学生系统学习公共平台基础知识，层次2的学生通过强化公共平台知识的综合应用能力，快速提升后学习与专业后继课程对接的模块课程。

3）分类别

根据学科属性，将学科类别相近的院系学生划分为一类，全校分为4类，为每个类别的学生开设不同的模块课程。模块课程是在认真分析各院系人才培养方案的基础上确定的，原则是学习模块课程后对学生学习本专业的后继课程提供信息基础支持，具体开设情况如表2所示：

表1　专业分类表

通过分类别模块课程的学习，打牢了学生学习后继专业课程的信息基础，实现了计算机基础课与专业课的“无缝对接”，更好地满足了不同专业学生对信息技术的学习需求。

“分层次、分类别”的教学模式很好地解决了计算机基础课程学时少与内容多的结构性矛盾，克服了讲授内容只能“点到为止”，学生学习效果只能是浅尝即止，更谈不上让学生掌握使用计算机进行问题求解的方法。

3.2 融入计算思维的课程知识体系

针对所有学生利用 2 周的时间（8学时）开展计算思维基础知识专题教学，主要介绍三大科学思维、计算思维核心概念和方法，结合生活化的例子引入计算思维的存在，激发学生学习计算思维的兴趣。通过讲授汉诺塔问题说明计算机和人类相比，各自的优势和局限性所在；讲解图灵机和停机问题让学生理解计算模型和可计算理论；讲解图灵模型让学生了解人工智能，引导学生主动探索人工智能领域的知识。

对于层次2学生，理工类模块课程强调程序设计能力的培养，通过算法多样化训练计算思维；经管类模块课程强调数据库技术，讲授概念模型和数据模型，训练学生的建模思维；音体美类模块课程强调多媒体技术应用，通过制作多媒体作品和网站设计训练学生的分析设计能力；文史类模块课程强调Office综合技术应用，通过对海量数据的统计分析挖掘出有效的知识。在不同类别的模块课程中以案例教学和任务驱动的方式，继续深入介绍计算思维的方法，培养学生的计算思维，让学生更加深刻的理解抽象和自动化这一计算思维的本质。不同类别的模块课程训练的计算思维方法如表3所示：

表2　分类别模块课与计算机思维方法

3.3 考核方式改革

期末考试实施“教考分离”方式，在学校建设的“全自动网络考试平台”实现无纸化考试，该考试平台不但能够实现理论题型的自动评分，也能够对操作实践进行自动判分，操作实践题型包括Windows操作系统、Office软件、网络应用等。对于层次2的学生，增加了C程序设计、Access数据库和Dreamweaver题库的建设，以适应计算思维内容的考核。推行期末考试和社会认证的双重教学质量考核标准，在组织学生参加云南省级高校计算机等级考试的同时，积极引导和鼓励学生报考全国计算机等级考试及各类行业能力认证考试，如获得考试证书也能获得课程学分，有效追踪了课程教学效果，实现教学质量与能力认证间的有机结合。

4 总结

计算思维的培养不仅仅是计算机技能的培养，而是思考方法和方式的培养，它的最终目标是培养大学生可持续学习和发展的能力，是一种受益终身的教育。将计算思维融入到计算机基础课程教学中，不仅让学生从“做中学”升华为从“思考中学”，而且能让教师真正做到“授人以鱼，不如授之以渔”。

参考文献

[11] 应用技术大学（学院）联盟，地方高校转型发展研究中心．地方本科院校转型发展实践与政策研究报告[R]．天津：应用技术大学（学院）联盟，2013．

[12] 陈国良，董荣胜．计算思维与大学计算机基础教育［J］．中国大学教学，2011(1)．

[13] JeannetteM．Wing． Computational Thinking [J]．Communicationsof ACM，2006， 49(3)．

[14] 龚沛曾，杨志强．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)．

[15] PeterJ. Denning. The Great Principles of Computing[J]. American Scientist，2010，98(Sept.-Oct.)．

[16] 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［M］．北京: 高等教育出版社，2006．

Exploration of Reform on Basic Computer Courses Integrating Computational Thinking for Application-oriented Universities

Yue Qiang, Hu Zhongyu, Li Ling, Ping Dalin, Huang Jihua
(1.School of Information and Technology, KunmingUniversity, Kunming 650214, China; 2.School of Auto-control and Mechanical Engineering, KunmingUniversity, Kunming 650214, China)

Abstract:In allusion to the problems about the teaching of basic computer course in application-oriented universities, there is a wide gap between the teaching and students' ability, and therefore computational thinking is leaded into the teaching to resolve the crises. This article describes the key contents about computational thinking, and analyzes the important methods of computational thinking. And then it explores the hierarchical and classified teaching mode that integrated computational thinking, and proposes a program of reform on basic computer course based on training ability of computational thinking.

Key words:Application-oriented Universities; Computational Thinking; Basic Computer Courses; Course Reform

收稿日期：（2015.11.05）

作者简介：岳 强（1977－），男，昆明市人，昆明学院，讲师，硕士，研究方向：计算机基础教育和应用，昆明，650214胡中玉（1981－），女，昆明市人，昆明学院，讲师，硕士，研究方向：计算机仿真，昆明，650214 李 玲（1968－），女，昆明市人，昆明学院，讲师，学士，研究方向：计算机基础教育和应用，昆明，650214平大林（1957－），男，昆明市人，昆明学院，副教授，学士，研究方向：计算机基础教育和应用，昆明，650214黄吉花（1979－），女，昆明市人，昆明学院，讲师，硕士，研究方向：计算机基础教育和应用，昆明，650214

基金项目：云南省精品课程“大学计算机基础”（云教高[2015]17号）、昆明学院教学质量工程“计算机应用技术技能竞赛教学团队”

文章编号：1007-757X(2016)02-0036-03

中图分类号：G642 .0

文献标志码：A