融入计算思维的计算机软件基础教学模式

赵 莉



融入计算思维的计算机软件基础教学模式

赵 莉

(辽宁工业大学 计算中心，辽宁 锦州 121001)

阐述了计算思维的含义,分析了国内外发展现状，建立了基于计算思维的计算机软件基础教学模式,并通过教学案例，说明了计算思维渗透教学模式的实施与训练过程。实践证明，融入计算思维的计算机软件基础教学模式，培养了学生的计算思维，使学生掌握了应用计算机处理实际问题的思维方法及开发应用系统的基本技能。

计算机软件基础；计算思维；模式

计算思维将是现代社会每个人所使用的基本技巧，也是人类的三大科学思维之一。卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真教授，将计算思维(Computational Thinking)定义为，在计算机科学领域，运用计算机科学的基础概念，开展科学的系列逻辑思维活动，包括人类行为分析、系统设计、问题求解[1]。计算思维早就存在于古代的数学之中，随着计算机科学的发展，计算思维的作用日益突出。2010年的西安会议上，教育部计算机基础教学指导委员会确定了计算机基础教育的改革方向，其核心为培养学生的计算思维。2016年，在青岛举行大学计算思维与计算机基础教育改革研讨会，讨论改革中的成果，交流改革经验。与会者一致认为，将计算思维贯穿在计算机基础教学中，可以培养学生的科学思维能力，使学生更快地理解计算机语言的基本内容及程序设计的基本方法和编程技巧，更好地培养学生用计算机解决和处理实际问题的能力及开发应用系统的基本技能。而在案例教学中，学生接触计算方法和模型，更能够激发他们对计算机科学领域探索的兴趣。

一、国内外研究现状分析

在国际，对计算思维的关注已十年有余,很多文章及报告用理论和实践结果阐述计算思维的训练对培养未来人才的重要意义。计算思维的提出，使美国国家基金会NSF投入巨资设立了相关的研究项目，得到重大基金资助计划ＣＤI的有力支持，由此，将计算思维的理论研究渗透在教学中迅速展开。英国的爱丁堡大学，计算思维已不仅局限于对计算机学科的影响，已延伸到哲学、物理、生物、医学、建筑、教育等各个学科。在国内，九校联盟于2010年提出把“计算思维能力的培养”作为大学计算机基础教学的改革方向后，计算机基础课程在教育指导委员会的指导下，将大学计算机基础作为大学通识类课程,后续持续开展计算思维能力，培养在计算机基础课程教学中应用的一系列研讨、立项和交流培训工作。计算机软件基础的《C语言》和《Visual Basic语言》是非计算机专业学生接触的第一门计算机语言课程，不但要传授学生专业的基本知识,而且要科学、系统地训练学生,使之形成科学的思维。

二、计算思维教学法实施意义

近十年的研究，无论是国外还是国内，计算思维的探索更多地局限于理论上，实践上，将其贯穿在教学中还没有统一，各高校都在努力尝试。计算思维究竟是一种什么样的思维、如何体现在教学中、怎么培养计算思维等等问题仍然还在不断摸索中。因此，本文在贯彻计算思维概念及原理的基础上，尝试计算思维在教学中的具体应用，对计算思维的研究及其推动十分有意义。

三、计算思维教学先期策划

为了在计算机软件基础的教学过程融入计算思维，教师应充分调研国内其他高校计算机基础课程实施方法，编写合适的计算机软件基础教材，制定合理的教学大纲、教学日历，缩短理论学时，增加实践学时，设计有效案例。教学机房进行更新，并完全对学生进行开放，开发便于学生学习和交流的教学网站，更新考试系统题库试题以适应计算思维的教学方法。

四、计算思维教学模式

基于计算思维的计算机软件基础课程的教学，着重培养学生对计算环境的认识，培养面对典型计算环境的问题求解方法，使学生全面系统地了解计算机及其运行方式，提高学生的计算思维能力。

在计算思维教学模式中，始终围绕教师、学生、教学内容三者之间的关系，以教师为主导，采用平等互助的教学方式，循序渐进提出问题，使学生积极参与，能够科学、主导地参与其中，构建出以教师为主导、学生为主体的新型学习模式，如图1所示。

图1 计算思维教学模式

（一）教师主导

教师主导是摒弃教师主体的教学模式。教师在授课过程中起引导、指导、导向的作用。在授课中指导、引导学生学习是教师的任务。在这种导向作用的教学模式下，教师根据学生的专业背景和计算机基础知识，进行教学内容策划和教学过程组织。鉴于学生个体能力差异，制定分组学习、帮扶学习、进阶学习模式。在实施计算思维教学过程中，适当的参考资料是学习的关键，适当的学习任务是学习的动力。教师培养学生学会使用参考资料的习惯，利用图书馆、电子资料、数据库、MOOC、SPOC等学习，而非依赖教师及课堂。同时，教师也需要引导学生参加团队学习，通过讨论、交流、实践的学习，打破沉闷的教学氛围。学生小组通过研讨遇到的各种问题，可以拓展思维。对难以解决的问题，也力争在教师的启发下逐渐解决。通过一段时间的学习，当学生建立了信心，可以进到更高一级的学习组中。这样的教学模式体现了学生为主体，教师为主导的模式。

教师根据学生学习情况，阶段性设计及发布学习任务。设计任务可由学生参与讨论。发布的任务能否完成，涉及的知识点，任务完成需要的时间及环境，完成该任务应该完成的前期任务及引发的后期任务，由此激发学生的学习兴趣。任务利用微信，微博、QQ等工具进行发布。基于计算思维的教学任务所设计的知识，采用案例教学法教学，激发学生学习兴趣，使其逐步参与其中，成为教学的主体。

（二）翻转课堂

一直以来，教师在教室的教学模式始终是主要的教学模式。互联网教学的兴起改变了这种单一的教学模式，使教师感受到互联网教学的冲击，需重新建立先进的教学理念，并从多个方面进行调整。首先对教学资源改造，建立新的教学资源库，将教学资源库进行更新，除教学大纲、教学日历、教师课件、电子文档之外，增加微课资源，设计任务，任务展示等模块，使教学资源更加生活化及趣味化，提高学生的学习兴趣及主动性。其次，引入mooc教学，免费公开的mooc已经演变为世界范围内高等教育教学的一种全新方式。我国许多高校已经引入mooc与课堂教学交叉的混合模式教学。教师充当课堂教学及辅导的角色，将学习的决定权从教师转移给学生。形成课前主动学习，课上积极参与，课后思考总结的良好教学模式。采取新的教学模式，精简课堂讲授时间，给学生更多主动学习和思考时间，使其专注于具体项目的学习，实现对问题更清晰更深入地理解，进入学习的更高层次和状态。

（三）开展专题实验

计算机软件的教学内容繁杂，对教学内容归类是有效提高学习效率的一种方式。开展专题实验就是针对同类问题开展的实验，例如，对数列求和问题归类，对枚举问题归类等。专题实验的开展遵循循序渐进的原则，由浅入深，培养学生举一反三、归纳、拓展的能力。使学习者在学习计算机程序设计时，通过专题实验进行训练，从而逐步培养计算思维的思想。

在计算机软件教学中，结合具体内容，恰当融入计算思维，按照计算思维程序，组织课堂的典型案例。将问题抽象描述，寻找解决的方案，并由计算机实现的过程过渡到建立模型、设计算法、有效求解的计算思维过程。将问题求解过渡到到计算思维的高度，并列举相关问题，举一反三。

（四）反馈机制

反馈机制的建立有助于教师了解学生学习状态及学习成果。是检验教学模式的手段和方法。课上通过凌波多媒体教学软件进行讨论、电子举手、发言的方法进行反馈信息。课后通过教学网站收集学生作业成果进行反馈信息。通过项目答辩反馈信息。通过抽查考核反馈信息。

五、基于计算思维的案例设计

为了将计算思维能力的培养融入计算机程序设计教学过程，采用任务驱动、问题引导、典型案例、课堂讨论、反思与构建以及易于理解的手段组织和开展教学活动。

案例1 数列求和问题：求1+2+3+4……n的和

1. 问题：求和是重复的吗？重复多少次？用什么结构来实现？涉及哪些变量？加数具有什么规律？如何停止重复？停止重复的条件是什么？

2. 要求：

网络平台学习循环结构的：for next do loop while wend

要求掌握循环结构的格式及使用方法，各种循环结构的特征

观看PPT及视频

画出程序流程图

写出代码，并调式

3.进一步求 1+3+5+7+………n，1+1/3+1/5+1/7+…1/n ， 1-2+3-4……-100∏/4=1-1/3+1/5-1/7……+公式求∏的近似值，直到最后一项的绝对值小于10-6为止。

求阶乘的和

4. 课堂教学。总结数列求和规律、循环结构共同点及区别。课堂练习求fibonacci数列的前20项的和值等作业。循环结构的其他应用及实践中的错误总结。

5. 反馈。凌波教学平台收集课堂作业，教学系统收集课后作业，查看学生留言，解答学生问题。

六、总结

计算思维的能力需要通过系统的培养和科学的实施才能获得逐步的提高。采用任务驱动、问题引导、典型案例等将计算思维能力的培养融入到计算机程序设计教学过程中，使学生从死背硬记中解放出来，提升了学生的学习主动性和创造性，是切实可行的教学方法。

[1] 孙秀丽，王瑾德. 在计算机基础教学中培养计算思维[J]. 工业和信息化教育, 2014(6): 86~89

[2] 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): 51~54

[3] 吴朔媚, 宋建卫, 张兴华. 以计算思维能力培养为核心进行大学计算机基础课程实验教学内容优化研究[J]. 高教学刊, 2015(3): 72-73.

(责任编校：付春玲)

2016-12-28

辽宁工业大学校级教改项目(2016082)

赵莉(1966-)，女，辽宁绥中人，副教授。

10.15916/j.issn1674-327x.2017.06.031

G642.21

B

1674-327X (2017)06-0105-03