以计算思维为导向的大学计算机基础课程教学改革

汪红霞 史先桂

摘 要：计算思维的培养对大学生具有重要作用。本文分析了现阶段高等院校非计算机专业大学计算机基础课程教学存在的问题：教学内容没有核心体现；个性化学习无法满足；课程与专业背景结合性差；课堂教学模式交互性不足；优质教学资源匮乏；教学评价未能真正落实。针对这些问题，提出以计算思维为导向重新选择和梳理教学内容、精选与专业相结合的教学案例、采用“线上”和“线下”并重的教学模式、建立优质教学资源的网络教学平台、形成以过程化评价为主的多元教学评价方案的五大改革思路，以达到提升学生计算机操作能力、创新能力和综合素养能力的教学目标。

关键词：计算思维 课程改革 大学计算机基础

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）03（b）-0167-04

计算思维（Computer Thinking）是当今国内外计算机教育界关注的焦点，它代表着一类普遍的认识和普适的技能，每一个人都应了解它的运用，它可以帮助学生有效地跨越从通用计算手段的学习与训练到未来专业计算手段应用与研究之间的鸿沟。我国教育部高等学校大学计算机基础课程教学指导委员会，以下简称“教指委”，对大学计算机基础课程制定了以培养学生计算思维、计算机应用能力和综合信息素养的教学目标[1]。各高校引起新一轮的大学计算机基础课程改革热潮[2-5]。

本文紧紧围绕教指委制定的教学目标，提出大学计算机基础课程改革的关键在于“教学内容的凝练、教学方法的创新”。即：以培养学生计算思维、计算机应用能力和综合素质能力为教学目标；以构建计算思维、训练计算思维为导向，重新梳理教学内容；以学生自主学习和协作学习为教学出发点，培养学生自主解决问题、分析问题的思维能力；采用多样化的教学手段，构建开发组合优质教学资源的网络教学平台；灵活多变的混合教学模式，以过程性评价为主的多样化的教学评价方式。研究以培养计算思维为核心，激发学生自主学习的主动性、积极性和创新性为宗旨，促进学生对未来问题分析求解能力的建立。

1 现阶段存在的主要问题

1.1 教学内容没有体现核心所在

在目前大学计算机基础课程的教学中，大多数教师按照教材章节的顺序讲解、分析、举例和实验知识要点，这种以“章节”为单位的授课内容，章与章之间关联度不强，节与节之间的知识要点相对独立。由于教学内容上的广而杂，知识单元内容的相对孤立、零散，导致没有形成一个完整的教学内容体系。学生在学习的过程中，找不一条核心的知识点线索将教学相关内容串联起来。同时教学内容没有根据专业、学科的需求不同分门别类教学，体现个性化学习。另一方面，教学目标不明确，学生以应付考试为主，不会用所学的计算机知识和技术解决各种实际问题。诸多原因使学生感觉知识点独立分散、枯燥乏味，学习兴趣不高。因此，需要对教学内容重新选择和组织，突出以计算思维为导向与专业相结合，重新构建知识、能力和信息素养相通的系统性教学内容。

1.2 个性化学习无法满足

来自不同省市和地区的学生，在入学前对计算机课程的受教育的程度不同。其中一部分曾参加各类信息学计算机大赛，已具备一定的计算思维素养。而另一部分表现在基本没接触过计算机，对计算机的了解如一张白纸。还有更多的大部分新生，具备一定的计算机基础知识，但专业计算机知识较少。学生计算机基础良莠不齐的现象给大学计算机课程的授课带来挑战，如何吸引新生学习兴趣，体现个性化学习，实现教学目标是一个亟待解决的问题。

1.3 课程与专业背景结合性差

大学计算机课程是高等院校各本科专业开设的计算机类通识课程，基本上实行的都是通识教育，与专业的结合还很少，没有根据专业的不同设置不同的教学目标、教学内容、课程体系[6]。然而不同专业对大学计算机课程的需求不同、侧重不同，大学计算机基础课程应该注重学生利用计算机知识解决本专业的问题能力培养。

1.4 课堂教学模式交互性不足

交互性的教学过程可以激发学生学习兴趣、引发学生对问题的深入思考，是提高教学质量的重要环节[7]。然后，目前大多数高校计算机课程仍然沿用传统的课堂讲授为主的教学模式，这种以教师为中心的教学模式只注重内容的呈现和讲解，一般以静态为主，课堂教学师生、生生之间交互性差，学生的课堂参与度不足。

1.5 优质教学资源匮乏

教学资源数字化具有个性化、灵活性、开放性的学习理念，打破了传统课堂的教学空间限制，学习更具有泛在性[8]。可是，目前大学计算机基础课程缺乏想吻合的优质教学资源。主要表现在以下几个方面：（1）没有对海量的学习资源进行整理与设计，很多的教学资源内容重复，给增加了学生学习的负担；（2）教学资源内容更新不足甚至存在滞后的现象，学科前沿的支撑材料较少；（3）师生没有合理的安排使用数字资源，纸质教材资源和数字化资源结合不紧密，使用效果不明显，适用于学生个性化学习的优质资源较为缺乏。

1.6 教学评价未能真正落实

大学计算机基础课程教学评价还存在诸多问题：（1）以计算思维为导向的课程评价标准方案还未形成；（2）“以考代评”方式作为终结性评价和以经验性评价盘踞于课程教学过程中；（3）作为评价的主体，学生还未能真正参与到教学评价程过程中，仅仅以教师评价为主；（4）评价形式单一，没有多反面多角度的评价学习情况，如学生的课堂参与活动，课后交流学习活动，以及学生满意程度等都没有纳入課程评价范畴。

2 研究对策

2.1 教学内容的重新梳理

当前大学计算机基础还是停留在以操作技能为重点的层面，不能满足教指委提出的教学目标。将计算思维映射或融入教学内容，是教学目标在课程教学目标实践中的具体表现形式。

（1）以“计算思维”为导向重新选择和组织教学内容。

结合我校应用型人才培养的需求，实行以“计算思维”为导向的教学内容，通过合理设计形成大学计算机基础课程的核心体系，具体的内容可以采用“专题化”、“系统化”相结合的组织形式，包括如下：

①专题化。大学计算机基础中，如“0和1”、“递归”、“加锁与解锁”，“数据抽象”、“栈与队列”、“七层网络体系结构”等一些经典的计算思维可以采用专题化形式进行组织，通过列举典型的社会生活案例及其求解思想逐步引入到计算系统的求解思想，围绕着专题，通过形象化的、多样化的案例，将概念与相关思想相互映射。可使学生深刻地理解计算思维，将社会生活现象和计算思维有机地联系在一起，可以丰富学生的联想能力，促进其复合型思维的形成。

②系统化。为使学生对计算机基础有一个系统性的了解，可以以“计算思维”为体系采用系统化的方式逐层讲解。如图1所示。

③阅读+训练。通过海量的阅读积累大量的知识，它是思维理解的前提，思维可以将知识贯通起来形成问题求解的思路，而大量的训练是思维转换成能力的有力保障。大学计算机基础课程在着重于通识性思维的“讲解”同时也要着重于思维的“训练”。

通过上述专题化和系统化对教学内容进行有效的选择与组织、结合灵活的教学方式、形象多样的教学案例及大量的阅读和思维的训练，以达到培养学生计算思维的目的。

（2）突出与专业相结合的教学案例。

针对不同专业的差异性及需求侧重的不同，采取有差别教学内容，可以从两个方面来着手。其一，对相同的教学内容，教师根据专业的不同，突出教学内容重点不同。其二，收集汇总各专业的相关问题，精选与专业密切相关的教学案例作为教学内容。比如，大数据类专业，侧重电子表格中合并、统计、公式等的讲述；对文科专业，侧重文字处理软件的讲述，如文档的排版知识要点等；对电子商务类专业，侧重计算机网络技术的应用等。

精选与专业相结合的教学案例实现计算思维的培养。一般要求精选的案例具备典型性、可信性、相关性和可操作性[9]。典型性即精选的案例具有代表性，通过该案例的分析能够达到事半功倍、举一反三的功效。可信性要求所选案例来源于与专业相关的实际案例，可以是学生学习过程中遇到的问题或与专业相关的实际应用问题，让学生感知学以致用。相关性是指所选案例以本专业为背景符合教学目标的设置，能够体现教学内容的重难点。可操作性即计算自动化、计算机械化和计算形式化，体现出计算思维的特征。

总之，在案例分析过程中，将计算思维中的抽象、分解、推理、仿真等基础概念融入贯穿其中，进行问题的抽象、建模、实现等环节，从而实现计算思维的能力培养和创新能力的培养。

2.2 采用“线上”和“线下”并重的教学模式

“线下”教学是指“面对面”传统的的课堂教学，“线上”教学是指利用网络在线学习。“线上”和“线下”相结合的教学模式相互促进、互补，充分发挥两者的优势。网络技术的介入不仅为学生提供了丰富的学习资源和交流的机会，还为教师改进教学方法、提高教学效率的提供有利工具。“线上”和“线下”相结合的教学模式，既发挥了教师引导、监控、启发教学过程的主导作用，又充分体现学生学习过程中的主动性、积极性和创造性[10]。

为达到教指委制定的教学目标，可以将教学过程分成三个区：课前网络课堂区、课中面对面教授区，课后讨论区，混合式教学模式如图2所示。

课前网络课堂区，教师根据课程培养目标和教学内容，制定一个学习子目标和相关学习资源；学习者根据学习目标有目的地学习任务，通过在线学习、测试、交流，让学生了解自身的学习情况。课前网络课堂区重在培养学生自主学习、分析解决问题的能力。

课中“面对面”课堂区，任课老师采取案例教学、启发式教学、协作式教学、专题讨论式教学相结合的教学方法跟踪学生学习和讨论情况。案例式教学老师在讲解计算机发展史时可以结合业界最新动态和科技发展的方向，例举一些IT界最新科技产品、风云人物及企业，激发学生的学习兴趣，树立正确的人生规划。启发式教学教师在授课过程中，适当地采用多种方式提问，不仅可以提高学生上课注意力，还可以活跃和启发学生的思维，调动学生的积极性。课堂上，教师首先抛出专项问题或根据学生学习过程中遇到的问题，将学生进行分组讨论，团队里的每一个成员都可从不同的角度讨论问题、解决问题，最后鼓励学生走上讲台。这种协作式、专题讨论式教学让学生学会组织、学会和谐相处，锻炼了交流能力和表达能力，体会到交流的乐趣和力量。

课后讨论区，利用QQ群采用讨论式教学，对学生上课没有消化的知识或者自学过程中遇到的难题，教师与学生、学生与学生之间对疑难问题都可以在线进行实时地交流、探讨和分析解决问题。在讨论区学习者还可以将优秀作品进行展示，最新资讯、优质学习资源进行及时上传共享。这种方便、快捷又经济的讨论式教学，是课堂教学的有效补充，也是提高学生学习兴趣的重要形式。

三种学习区采用了丰富多样的教学手段，促进了课堂教学学生知识内化的过程，建立学生计算机的思维。每种不同的教学手段，学生对应着不同扮演者的角色，提高了学生学习的兴趣，如图3所示。

2.3 建立拥有丰富教学资源的网络教学平台

教学资源的合理化设计开发可以提高教学目标的实现效果。为适应大学计算机基础课程实践性、创造性和综合性的特点，课程教学资源应体现“操作+技能+创新”的特征，以适应课程教学改革。为提高教学资源的质量，研究从资源的形式和内容上进行重新设计和组合：（1）资源形式上包括教学大纲、PPT课件、视频资源、课后习题、测试试题、经典案例和实验指导方案等；（2）资源在内容上除了有体现知識点呈现和技能操作的步骤，更要有经典案例和实验指导在计算思维上的训练和培养，教学资源与教学紧密结合保持进度同步，实验指导形式可以是单个小型实验也可以是项目驱动式的大型实验，学生可以独自地进行自主练习、也可以和同学组成小组开展探究协作活动。

网络教学平台打破了学生学习时空上的约束，优化了课程的学时数，解决了大学计算机基础“课时少+内容多”的矛盾。学生通过网络教学平台可以自主的学习，还可以根据自身的学习情况选择相关内容进行学习，实现了学生个性化的学习；教师通过网络教学平台可以减轻教学内容和形式上的重复性劳动。

2.4 实行多元化的教学评价

教学评价不仅是用来衡量教学方法优劣，反应教学效果的价值，更重要的是强调评价对教学过程的“回流”作用。让教学评价和教学过程交织在一起，形成过程性评价，体现学习主体作用，促进学生学习。

“线上”和“线下”教学评价都是围绕学生学习过程展开，强调学生独立、自主和能力地学习。“线上”教学评价重点关注学习行为的针对性、能力性、多样性和选择性四个方面[11]。针对性是指教学内容要与教学目标相适应；能力性是指学习者对所学知识信息处理加工、知识内化的能力；多样性是指多样的学习行为；选择性是指学生根据自身的学习情况选择学习行为的能力。“线下”网上学习评价主要考虑学习者的学习参与度、学习表现度和学习三个维度[12]。学习参与度是指学生在线交流、小组协作等各项活动的积极性；学习表现度是指学生完成各项学习任务的质量，例如在线交流、测试、讨论学习的质量；学习贡献度是指学生活动对他人学习所作出的贡献，如在线帮助同学解决学习问题、主动分享自己的学习经验、上传优质的學习资源促进他人的在线学习。评价的主体是教师和学生，可以开展学习自评、教师评价、同学互评三种评价形式的灵活组合。学生自评是自我反思的过程，同伴互评是指小组成员对学生展示的成果作品提议和评价，实现同学之间相互学习和借鉴。教师评价的主要作用在于对学生学习的导向和对学习问题的诊断，帮助分析问题、解决问题，对学习过程进行优化。

3 结语

本文首先分析了现阶段大学生计算机基础教学存在的问题，然后从五个方面给予相应对策。重构以计算思维为核心的教学内容体系，重在培养和训练学生的计算思维；精选与专业相结合的教学案例，增强学生学有所用感；采用多样化的教学手段让学生扮演不同的角色，提高学生学习兴趣；利用“线上”和“线下”双重教学模式的优点，灵活多变课堂的教学方法，翻转课堂的教学形式，提升了学生学习的参与度；构建优质数字化资源网络平台，满足个性化学习；形成以过程性评价为主的多元教学评价体系，优化了学生的学习过程和行为。

大学计算机基础课程以培养和训练计算思维的教学改革还处在初级探索阶段，提出的各种教学改革方案还存在诸多的问题需要进一步改进。

参考文献

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