面向计算思维培养的大学计算机基础教学

张敬瑜

摘 要：大学中计算机课程在教学中有其独特的特点，本文主要探讨以计算思维作为主要内容的大学计算机基础课程中的教学改革，并提出一些教学方法，主要有分类培养与专业融合的教学理论与分两个阶段进行培养的实验教学方法，证明此教学改革中可以有效提高计算机基础教学的效果，让学生在取得专业知识与技能的同时，也能够培养学生对计算与思维的能力。

关键词：面向计算；思维；基础教学

最早提出计算思维的是美国的卡内基梅隆大学计算机系的周以真教授，具体的定义是，使用计算机科学的基本概念去求解问题，设计系统与理解人类的行为，涵盖了计算机科学之广度的一系列的思维活动。计算机思维反应的是计算机技术本质的特征与解决问题的核心办法，可以提升非专业的学生的计算素养，能够培养学生使用计算机处理与解决领域问题的思维方法与表达形式，会对学生产生深远的影响。

一、需要解决的问题

改革的最终目的是能够使学生在对计算机核心知识的学习以及在可以使用应用工具的基础上能够运用高效的思维去思考，把无意识的计算思维教学理念提高到有意识、系统性的计算机思维教学。达到从根本中解决当前大学计算机基础课程中面临的教学困境，根据以上的目标，需要通过计算思维作为核心然后对教学内容进行重构，然后通过合适的教学实践使这些重构之后的内容能够让学生接受。通过分析，得出了如下的几个具体的问题：

在有限的课时之内培养学生哪些具体的计算思维要素；怎样在学生还没有掌握一门编程语言的时候实践所学到的计算思维的内容；面对不同基础与专业的学生该怎样体现不同的计算思维教育与训练内容。

二、分类教学与专业融合的教学内容的设计

西北工业大学是一所发展航空航天航海工程与研究为特色，以工科理科为主，将管理、文学、经济、法律协调发展的研究型、多学科与开放式的大学。其中对于不同专业的学生的计算机知识的要求也各不相同，其中也存在比较大差异，就算是相同专业的学生的计算机水平也是存在差异的，针对这种情况，来进行分类教学是非常有必要的。比如在程序设计的过程中依据文理科进行分类实践教学并取得了非常好的效果，也积累了一定的经验，这种方法在大学的计算机基础课程的教学中却还没有实施。而这次计算机思维培养为核心的大学计算及基础课程的教学改革除了在教学内容上按照文理分工之外，还要考虑特殊方向与专业学生群体的计算机教育的需求，按照需求将教学内容分为了如下四个方向：针对理工科专业学生；针对文管专业的学生；针对国际班全英文的计算机教学；针对教育实验学院卓越班的学生。

西北工业大学属于重点理工科院校，大部分学生都是理工科，以2013年的数据为例，理工专业的学生占了百分之六十二，文管类的学生只占了百分之十七，国际班与卓越班分别占了百分之四与百分之十七。在确定每个专业的学生的教学内容的时候就需要遵循两个融合的原则，就是将计算机基础教育与培养进行融合，将计算机基础知识与学生的专业技术融合，注重计算机基础知识与学生专业方向的融合。关于两个融合，具体的内容如下：

对计算思维培养的融合，具体指的是将计算机科学中最有基础性与长期性的计算思想传授给学生，让学生学会该怎样把问题转化成能够使用计算机解决的方式，培养学生从本质与全局来建立解决问题的思路。专业技术融合，具体指的是依据学生专业的特点与需要，在对计算思维的培养的基础上动态的选择课程的内容，形成可以定制的教学模块，然后实施分层教学。

三、两阶段培养与可视化计算思维实践的实验环节

传统的观念中，实验教学一直是作为理论教学的辅助内容，与理论教学在章节的内容上是相对应的。然而，在我们的教学改革中国，却将实验课程与理论课程的关系确立为互补关系，实验课程具有相应的独立性，在内容中体现的是两阶段培养的实验教学理念。在第一阶段的实验为计算机基础知识的实践，从Windows的使用开始，以及一些常用的软件的使用，常见的网络的应用等。这个阶段的主要目标就是培养学生对计算机的基础的操作技能与常用的工具软件的操作的掌握。在第二个阶段中主要学习的是关于计算思维的实验，这部分的内容是要求学生依据具体的应用进行程序的设计，能够实现典型的算法。

本文在“一，需要解决的问题中”提到的第二个问题，这个阶段的学生还不具备程序设计的基础知识与经验的情况下，我们认为可以使用可视化编程工具来支持可视化的程序设计，主要就是让程序人员利用软件本身提供的空间来构造应用程序中的各种界面，在当今的软件开发领域，可视化的编程技术已经成为重要的工具与手段了。因此我们在实验改革中引入可视化的编程工具Raptor，让不具备编程基础的学生可以实施算法的实践与验证。Raptor是一种可视化的程序设计环境，程序设计中的要素都是通过图形与符号的方式进行展现的，当前在世界的二十几个国家与地区的高等院校中得到使用。

四、结语

通过分析教师与学生的调查结果，对工作中的不足进行了总结，也从中得出了宝贵的经验，主要包括：在教学中对计算思维的培养是对学生创新力培养的重点，对大学生全面的素质教育与能力的培养担负着重要的职责。在教学的过程中，以及通过调查反馈的教学过程中的必要改革的方腊向都是正确的，是受到广大的教师与学生认可的。另外，此课程的改革具备适应与完善的过程，对课程进行教学工作的教师要深入的加深对计算思維的理解，并要对典型的案例进行合理的选择，在课时少的时候，要有效的组织教学内容，教学内容要科学，兼顾广度与深度。最后，在以后的工作中，还需要继续加大对计算思维的大学计算机基础教学的建设工作，进一步探索与挖掘对计算思维的培养方式。

参考文献：

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

[2]陈国良.计算思维和大学计算机基础教育[J].中国大学教育，2011（1）

[3]裴新凤，詹涛，尹令平.网络教学辅助系统模式的探讨与实践[J].电化教育研究，2007（4）：42-44.

（作者单位：燕山大学里仁学院实训中心）