基于计算思维的大学计算机基础课教学改

革彭川

摘要：以计算思维为导向的大学计算机基础课教学改革已成为当前众多高校教学改革的热点。大学计算机基础课程如何有效培养学生的计算思维能力，是计算机基础教育的根本目标。该文讨论了计算思维对于大学计算机基础教育的重要意义，总结了现有阶段教学改革的成效和不足，并提出了下一阶段的改革思路和具体措施。

关键词：计算思维；计算机基础课；改革思路

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）35-0149-02

Research on Computational Thinking Based College Fundamental Computer Education

PENG Chuan

（Computer School ， South-Central University for Nationalities， Wuhan 430074， China）

Abstract： Nowadays， reform of computer course based on computational thinking is becoming the focus issue， especially for college basic computer education. The target of reform is to teach student how to resolve problems by utilizing computational thinking. This paper firstly discusses the significantly important sense of computational thinking to computer fundamental education. Secondly， the paper concludes improvement and deficiency of current education reform. Finally， this paper proposes a series of new reform thoughts and methods based on computational thinking.

Key words： computational thinking； computer fundamental course； reform thoughts

計算思维是指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。近年来，全国众多高校都开展了关于计算思维培养的研究和讨论，这为大学计算机基础课程的建设提供了新的建设思路。计算思维教育的目的是培养一种思维习惯，一种像计算机科学家思考问题那样的习惯[1]。计算思维培养的理想状态是利用计算思维可以更好地找到解决问题的新方法、创造更多的新知识、不断提高创造力和创新力。计算思维是人类与生俱来的思维模式，但在传统教学模式中，计算思维和方法要靠学生被动的领悟。而计算思维教育就是要把这些隐含的方法显式地表达出来，让学生主动地去总结和学习这种计算思维模式，从而更好的更快的改善大学培养质量。在计算机和信息技术高度发达的今天，任何一个领域和行业都离不开对信息和数据的计算、处理，这意味着如果具备较好的计算思维能力，就能更好地运用计算机和信息技术解决学习和工作中的实际问题。大学的计算机基础课程的主要任务就是要培养学生利用计算机作为工具解决专业问题的能力，而如何进一步的地培养学生利用计算思维分析及解决问题，则应该成为计算机基础教育的最终目标[2]。但采取怎样的方法及途径，更有利于计算思维能力的培养，则是需要不断的积极探索和实践的。

1 基于计算思维的计算机教学

当今是一个信息无处不在的时代，而计算机是进行信息分析和处理的必要工具，不夸张地说任何行业和岗位如今都离不开计算机的使用。而大学阶段设置计算机公共课的重要意义就在于，能够通过系统的训练和学习培养非计算机专业学生都能够具备一定的计算机应用技能。要做到这一点，就必须传授给学生关于计算机科学的基本知识和原理，并在此基础上有意识培养学生的计算思维。最后，使得学生利用计算思维进行思考并熟练利用计算机解决专业问题。

计算的概念虽然已经产生了多年，但与数学等传统学科相比仍然是一个较新的领域。计算思维与数学思维、实证思维一样，都是大学生应该掌握的一种科学思维方法。事实表明，任何思维方法的形成，都需要大量的实践、分析、总结、提炼，最后形成自然而然的思维方法。单纯通过理论框架学习的思维方法是无法真正运用到实践中的。计算思维作为一种科学思维方法，源自于大量的科学实践。所以如果要培养学生的计算思维，就应该不断地进行科学实践，让学生真正了解计算机进行计算的内在机制。学生在通过使用计算机进行大量计算实践工作后，才能够深刻的体会计算思维，并逐步形成一种思维习惯并自觉运用到专业领域中[3]。从上述过程可知：培养学生的计算思维，就是为了让学生能够更好的掌握并利用计算机作为工具以便解决学习和工作中的问题。因此，在计算机课程中使学生了解计算机系统的工作原理，是理解计算思维的根本基础。

2 计算机基础课的改革现状

我校计算机基础课的授课对象是非计算机专业的全体学生，其中既包括文科专业也包括理工科专业，因此课程设置比较复杂，同样的课程在针对不同专业时需要制定不同的大纲和培养方案。而且随着政策和形势的变化，计算机基础课程的课时量在逐步缩减，而教学内容和培养目标并没有变化甚至还有了更高的要求，这给我们的教学工作带来了极大的困难和挑战。近一年来，我们做了大量尝试性的工作：通过设置大量的计算机应用技能的实验与培训环节，着力培养学生的计算机实际运用能力，并在教学实践过程中结合计算机的相关基础理论和思维模式，有意识的培养学生计算思维能力。在教学模式、教学手段、在线教学资源建设等方面开展了一系列的改革和尝试，不断探讨培养学生计算思维能力的先进教学方法及有效途径。

由于计算机基础课的受众广泛性，其教学要兼顾文理科学生的思维特点，在进行讲解时应该契合他们的实际学习的需要。尽量回避纯技术和理论的细节，多讲解一些符合转他们的专业习惯的实际例子。在教学内容的设置上，充分体现计算机应用的广泛性和普遍性。对于非计算机专业学生的工作学习中最常用到的比如：计算机基础操作技能、简单编程技能、网站设计技术、动画制作技术等都有所体现。通过大量实例的介绍，逐步引导学生理解“计算”的含义，了解计算机的工作原理和计算方法。为了更好地突出实践操作在计算机课程学习中的重要性，从根本上提高学生的实践应用能力，我们引入了在线考试系统，学生的考试完全在计算机上进行操作完成，真正考察学生的实际应用能力的掌握情况。而且为了避免客观原因造成的得分偏差，不断加大实践环节在总评成绩中的比重。期末总成绩中，平时上机成绩占到40%，而期末成绩只占总成绩的60%。結合我校具体情况，对于每个章节都设置了阶段性的单元实验，并以老师讲解和辅导为主，并根据各个专业学生的掌握情况充分利用上机考试系统进行综合测试，这样既保证了有效的讲解环节，又通过以考代练的方式驱动学生自觉掌握计算机的实战技能，通过讲练结合的方式不断培养学生分析问题和解决问题的能力。

3 进一步的改革思路和措施

实践证明，通过以上的教学模式，我校学生的计算机技能有了一定程度的提升。接下来我们的教学改革工作将围绕如何培养计算思维能力这一根本目标，探究更为有效的改革方案。

3.1 建设计算机基础课程群

如前文所述，我校计算机基础课程的设置情况非常复杂，涉及全校各多专业、多个年级。在前期的工作中，已经对全校所有需要开设计算机基础课程的院系、专业进行了调研，从全局掌握了各个院系对计算机课程的需求和预期，并初步计划构建新的计算机基础系列课程群。在详细研讨后，初步确定了课程群的基本框架。从难度来看，该框架大致可分为三个层次，分别是：1）计算机基础；2）计算机技术；3）计算机应用。这三个层次是逐步递进的，并可以分别横向对应于文科专业、文理混合专业和纯理工专业。该框架不是只对应三门课，而是每个层次均为由多门课程构成的课程群。这样对于每个专业，都能结合自身的特点和情况有针对性地选择某个层次或多个层次的某些课程。这样便为逐步培养学生的计算思维能力奠定良好的基础。

3.2 进一步改革教学模式

在以往教学中，教师通常是就某个计算机技能灌输式的传授给学生操作方法。但是缺乏对具体问题的思考和结合。要切实培养学生的计算思维能力，就应该做到以问题求解为驱动，以计算思维方法引导学生进行问题分析和求解。由于受到大纲和课时的限制，要保证课程的基础性且要求在有限课时内进行有效教学，又要通过学生自主选题、分析、设计、求解等关键环节有效提高学生的问题分析求解能力以及创新能力，是目前面临的主要问题。本文对前期工作进行了详细总结，并制定了相应的解决方案。该方案是：制定 “共性结合个性”的实践教学模式，在大课规定学时内体现共性需求，并通过课外练习对课堂内容进行有效补充；在课堂实践中融入自主选题的项目设计、并通过学生自主组建项目小组、鼓励学生参与形式丰富的计算机技能大赛等方式，实现自主化的个性学习模式，有效补充课堂共性培养的不足。在项目设计中，可以通过先实战、再发现问题、最后思考问题、解决问题的方式逐步引导和培养学生的计算思维能力，通过学生自主选题，启发式的培养学生发现问题、解决问题，逐步设计方案。从而真正的培养学生如何运用计算思维发现问题、分析问题和解决问题的能力。同时，通过团队项目的锻炼，也培养了学生的团队协作意识，提高了学生的综合素质。

3.3 不断提高创新能力

发现问题和解决问题是创新的开始。所谓创新，就是发现了新的需要解决的问题，在研究了现有的理论和方法以后，认为不能解决或者解决得不够好，于是研究新的理论和方法[3]。创新的基础在于发现新问题，创新的关键在于解决新问题。在计算机基础课程中，培养创新能力就是要不断引导学生发现和运用自己的创新精神，形成勤思考、善变通、不墨守成规、敢于挑战权威的学习习惯和思维方式，并且要培养学生敢于并善于动手实践以验证自己的新想法、新观点的优秀素质。而计算思维在发现问题和解决问题的过程中，有着不同的角度。计算思维能力的培养则大大有助于发现问题、解决问题的创新过程。计算思维能力是大学生创新能力的重要组成部分，是创新的科学方法基础。所以通过计算思维的培养，能帮助学生不断提高自己的创新能力，为将来的专业学习和专业发展打下坚实的基础。当然，计算机基础课程既要保证课程的基础性，又要培养学生的创新能力，需要不断地改进以找到最好的培养途径和教学方法。

3.4 完善各种形式的学习资源

近年来，我校已经编写了包括《计算机基础》、《C语言程序设计》、《Access数据库应用》等纸质教材，并制作了大量课程配套的PPT素材和资源。但从目前来看，为数众多的教材和教学资源在教学各个环节起到的作用没有达到预期的效果。原因主要在于：1）教学资源的重复性建设，且缺乏针对性和特色；2）教材和教学资源缺乏可扩展性，因此并不能对所有专业的学生都能起到较好的效果。

针对这些问题，本文的改革思路是在编写主要教材的同时，还要做好配套的线上、线下在线资源[4]、和在线案例学习系

统等。在编写教材和设计教学资源时，将知识点尽量细化成高内聚、低耦合的单元模块，这样就便于教学素材、教学资源的灵活组合，从而在大纲要求的框架内能快速的形成有针对性的内容架构。下一步还计划开发计算机基础课程群在线教学平台，该平台将集电子教材、操作视频、知识单元模块等教学资源库。一方面，在线平台能有效的整合教师的教学资源，并不断形成可以共享的在线资源库，从而给教师的备课、案例选择提供丰富且灵活地选择；另一方面，通过在线平台，教师可以方便的指导学生进行在线学习，而且学生也可以通过在线资源，随时随地进行自主学习，从而达到因材施教的个性化学习模式。

4 总结

自从计算思维的概念提出后，计算思维已经引起了计算机学科以及其他广泛学科的学者和教育者的共同关注。计算思维能力已经成为各领域的专业人员必备的基本素质。计算思维教育的最终目标是培养学生的思维习惯，使得学生具备利用计算思维进行问题求解的能力和不断创新的能力。计算机基础课是计算思维培养最好的着力点和抓手，如何寻求更好地培养途径和方法始终是一个值得研究的课题。接下来的工作中，应该在现有基础上进一步加强以计算思维为导向的计算机课程的教学和改革研究，巩固既有成果，并不断地探索更好的思路和方法。

参考文献：

[1] 陈国良，董荣胜.计算思维的表述体系[J]. 中国大学教学，2013（12）：22-26.

[2] 刘志敏，唐大仕.以培养计算思维为导向的计算机基础课程教学[J]. 工业和信息化教育，2014（6）：12-15.

[3] 郑莉. 浅析计算思维与大学计算机公共课[J]. 工业和信息化教育，2014（6）：16-18.

[4] 贺晶晶，傅凌云.基于计算思维的大学计算机基础课程教学内容设计[J].电脑知识与技术，2016（7）：116-117.