以计算思维为主导的大学计算机基础课程教学改革探索

王政锋++陈超泉

【摘 要】《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》提出大学计算机基础课程的目标是培养学生的计算思维能力。基于计算思维的计算机基础课程改革探索已经尤为重要，文章针对现阶段计算机基础教学中存在的问题进行问卷调查分析，结合笔者多年从事教学的体会，提出了一种以计算思维为主导的大学计算机基础课程体系。

【关键词】大学计算机基础；计算思维；MOOC/SPOC

0 引言

大学计算机基础课程作为公共基础课，目前仍是大多数高校的必修课程。计算机本身是一门学科，但其对其他学科的发展具有促进作用，计算机科学源于数学与工程化的思想，利用计算机解决实际问题的过程也是利用数学的方法和工程的思维方式去抽象和实现的过程，这也是计算思维的核心，当代大学生对计算思维的掌握非常必要。因此，培养学生计算思维能力应该是该课程的主要目标，能够使学生更好的利用计算机科学以帮助本学科的学习与创新。

从教育部会发布的《计算机基础课程教学基本要求》文件中也可以看出该系列课程的目标是培养学生一种思维方式[1]，运用计算机解决实际问题，而这种思维即是计算思维。纵观目前的大学计算机基础教程，有各种各样的名称，基础教程、入门、文化等名称，其内容大多偏向操作系统、OFFICE办公软件等的使用介绍，可以看出很多高校的计算机课程仍然停留在早期的教学内容阶段，过多关注了学生对计算机的使用，“计算机工具论”的观点也越来越多[2]。而随着现代社会信息化程度的步伐加快，计算机不再只是少数专业人员能够使用，学生对计算机的使用也较为熟悉。近年来，大学计算机基础教学的核心任务是培养学生计算思维的观点已经得到公认[3-5]。《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》也明确提出将计算思维作为计算机基础教学改革的主导思想[6]。但现阶段计算思维的培养也仅限开设一门程序设计课程，学生往往将过多的精力花费在语言的学习，而非思维的训练上。本文从桂林理工大学的实际情况出发，提出了以计算思维为主导的计算机基础教学改革的思路。

1 教学面临的问题及调查总结

表1 计算机基础课程教学知识体系结构

以桂林理工大学当前的基础课程教学为例，表1展示了本校计算机基础课程教学知识体系结构。主要分为两个层次，第一个层次是针对计算机基础知识及应用的教学，第二层次针对思维培养开设编程课程。最初开设该课程的是根据本校的生源进行适当的教学内容设计，主要偏向计算机知识及应用能力，在十几年的教学中也取得了较好的成绩。但在最近几年随着社会信息化的步伐加快，计算机已经非常普及，在教学实践过程与学生的交流中发现：虽然桂林理工大学深处西部较为落后地区，学生对计算机的操作已经非常熟悉甚至熟练的程度，对基础知识课程所授内容兴趣不高，而且普遍反映当前教学内容涉及的知识点多、范围较广，往往知识了解浅显，系统性较差，学生学习也容易失去耐心。为进一步了解和解决这些问题，我们对大一大二的251名学生采用随机问卷的形式进行调查，旨在验证我们的教学感受、并试图为我们教学改革提供思路和依据。

1.1 基础知识课程存在的问题

当前基础知识课程教学主要存在“工具论”和“内容广而不精”两方面的问题，针对这两个问题，我们分别设置了问卷进行调查分析。

从课程内容安排上分析，当前的基础知识课程定位主要目标是培养学生的计算机应用能力，主要强调了计算机操作和应用软件的使用。为此，问卷主要调查学生掌握计算机应用软件使用的途径，调查结果如图1所示。

图1 学习计算机操作及应用软件的途径

图1显示，有超过40%的学生学习计算机操作及应用软件是通过自学掌握，这进一步印证了现阶段的课程定位已经不再适合当前教学对象。

针对课时较少，教学内容比较广泛、浅显的问题，我们对学生感兴趣的内容进行了统计调查，试图对教学内容进行微调，调查结果如图2所示：

图2 感兴趣的计算机课程

图2显示，办公软件（office）、图像设计（Photoshop）、Flash动画设计占据前三位，其中办公软件和图像设计有超过70%的学生表现出较为浓厚的兴趣。

1.2 程序设计教学的困惑

程序设计课程的开设初衷是培养学生抽象和自动化的思维方式，能够利用计算机技术解决一些实际问题，但是在实际的教学中发现学生过多的注意力分散在程序设计语言（VB）的语法学习上。我们针对这个问题也设置了问卷进行分析验证。调查结果如图3所示。

图3 学习高级语言程序设计（VB）的难点

图3显示，分别有33%的学生在学习时对语言本身语法的接受较慢，从而无法将注意力集中在思维训练上，这也验证了我们的推测。

2 课程改革思路

对于基础课程的改革，并不是对现有课程的全盘否定，而是需要结合当前的生源以及当前课程存在的问题进行调整，我们通过多年的教学感受以及本校实际情况的问卷调查结果分析、验证，结合教育部关于大学计算机基础课程教学基本要求，提出了一些课程的改革方向和思路：

（1）以培养学生计算思维为主要目的；

（2）结合本校特点培养计算机应用型人才；

（3）拓展学生对计算机学习的兴趣。

2.1 计算思维的培养

“计算思维”的本质是抽象和自动化[7]，图灵机正是计算思维最好的诠释，它是使用计算机解决实际问题的一种思路。当前的基础课程体系中仅仅依靠程序设计一门课程来培养学生的计算思维是无法做到的，需要在一年级的课程中就开始为这种思维方式的培养奠定一些基础；另一方面根据之前的调查分析发现当前的一年级课程过多强调了学生已经掌握或者可以通过自学可以掌握的应用操作。

2.2 以计算思维为主导的教学知识模块

计算机思维的培养主要对现有课程的教学内容和教学形式两方面进行改革探索，对当前课程的教学内容进行部分的修改和调整，部分教学内容采用当下推行效果比较好的MOOC/SPOC的教学形式。

2.2.1 教学内容

计算机思维的培养和学习也主要通过理论+实践的形式来实现，理论部分将设立《大学计算机基础》课程，主要讲授计算机系统基本知识和计算机问题求解两部分；实践部分设立《Python编程》，以提高学生使用计算机进行问题的求解的能力。为了培养学生的实际动手能力，开设部分较为实用的兴趣课堂：《办公软件》、《Photoshop图像设计》、《Flash动画设计》等课程。

（1）计算机系统基本知识：人类计算的发展、图灵机、计算机的发展史、计算机内信息的表示、冯·诺依曼体系结构、存储程序控制工作方式等。

（2）计算机问题求解：抽象与数学模型、算法基础知识、问题求解实例等。

（3）选择Python语言而没有选用VB作为实践课程的主要原因：

①Python语言语法较为简单，其语法接近自然语言，学生阅读一段良好的Python程序就如同在阅读英语。因此，该语言这个特点能够帮助学生讲注意力集中于如何解决问题而不是花大把的精力去研究语言本身。现如今，在麻省理工学院其计算机科学及编程导论就使用了Python语言讲授，此外，卡耐基梅隆大学也使用了Python语言讲授编程基础。

②Python语言拥有非常庞大的标准数学库接口，可以很好的完成各种科学计算。帮助学生较好较快的实现数学模型。

2.2.2 教学形式

（1）对于开设的兴趣课堂可采用当下较为流行且推行效果不错的MOOC/SPOC的网络教学模式。

①这种教学模式下，学生可以随时进行相关感兴趣内容的学习，不受时间和空间的限制；

②考虑到应用软件学习的特点，采用网络视频教学模式，学生可以进行多次、重复观看；

③相比较传统课堂教学，学生学习的自由度较高，而且学生可以依据自身的基础，对内容进行选择性学习，学习的效率较高。

（2）对于《大学计算机基础》、《Python编程》两门课程主要采用课堂教学的方式，MOOC/SPOC教学模式也有自身的缺点[8]，学生对难度较大的课程很容易失去耐心，在学习过程中可能会出现注意力不集中，出现中途退课的现象。因此，该课程主要采用课堂教学的方式，当然对于重点知识点，教师可以自己制作相关的短片供学生复习和学习。

2.2.3 教学知识体系结构

通过上文对教学内容和教学形式的改革探索，不再进行专业的区分，新构建的计算机基础课程的教学知识体系结构如表2所示。

表2 计算机基础课程的教学知识体系结构

该课程主要以计算思维的培养为主线，结合学生的兴趣爱好，开设了相关课程，相比之前的课程进行了内容的矢量增减、教学形式也更加灵活，主要的目的是使学生能够真正的将时间和精力分配在计算思维的培养和感兴趣的课程上。

3 结语

大学计算机基础教学的目标是培养学生科学思维能力，能够使学生充分利用计算机科学以帮助本学科的学习与创新。我们针对现阶段我校计算机基础教学情况中存在的问题进行了问卷调查，为课程改革的探索提供了一线的数据支持，并据此提出了下一阶段的课程改革的思路，改革的目标是使学生在未来能够更好的使用计算机来进行问题求解，即计算思维的培养。但计算思维教学改革不是一挥而就的事情，还需要我们不断的探索、实践和优化。

【参考文献】

[1]教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会.高等学校计算机基础教学发展战略研究报告暨计算机基础课程教学基本要求[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]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）.

[3]朱勇，杨洪伟，宋晓强.大学计算机基础教学中计算思维的培养途径[J].计算机教育，2013（5）：35-38.

[4]樊敏，王晓锋.大学计算思维能力培养的教学组织研究[J].计算机教育，2015（4）.

[5]赵瑶池，胡祝华，陈明锐，彭金莲.以计算思维为导向的大学“计算机基础”课程教学改革研究[J].海南大学学报自然科学版，2014，32（4）：383-388.

[6]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，2009（9）.

[7]李廉.关于计算思维的特质性[J].中国大学教学，2014（11）.

[8]何钦铭.通过MOOC/SPOC课程推动课程教学方法的根本变革[J].计算机教育，2016（01）.

[责任编辑：汤静]