基于“计算思维”的计算机公共课程教学模式研究与实践——以西安航空学院计算机公共课程为例

任 静

(西安航空学院 计算机学院，西安 710077)

0 引言

近年来，随着电脑的普及，人们的计算机应用能力有所提高。但一些高校在计算机公共课程作用的认识方面存在着偏差，认为多数学生对计算机知识已有一定的掌握，在教学中偏重于计算机理论知识或者计算机实际操作的讲授，忽视了对学生 “计算思维”能力的培养。

2010年7月 ，北京大学、清华大学、浙江大学、复旦大学、上海交通大学、南京大学、中国科技大学、哈尔滨工业大学、西安交通大学组成了“九校联盟”，在西安交通大学召开了第一届“九校联盟计算机基础课程研讨会”，并发表了“计算机基础教学发展战略联合声明”，声明指出：“培养复合型创新人才的一个重要内容就是要潜移默化地使他们养成一种新的思维方式，运用计算机科学的基础概念对问题进行求解、系统设计和行为理解，即建立计算思维。九校联盟(C9)旗帜鲜明地把培养具有国际竞争力的高级人才的计算思维能力作为计算机基础教学的一项重要的、长期的、复杂的核心任务，为国内高校的计算机公共课程的教学引领了方向，树立了标杆。”[1]

由此可见，计算机公共基础课程教学中“计算思维”能力的培养对提升大学生的创新能力，提高大学生的整体素质有着非常重要的作用。

1 我校计算机公共课程的研究现状

我校计算机公共课程主要包括“计算机文化基础”、“程序设计基础”两门课程，这两门课程都是有利于培养学生计算思维的重要课程。

新形势下，对计算机公共课程的改革非常必要。要通过教育教学理念的转变，教学内容的改革，教学方法和手段的创新，不断提升大学生计算机文化素养。

对于我校开设的计算机公共课程，课程组通过在新生中开展问卷调查、编写基于“计算思维”任务驱动式教学模式的教材、编写基于问题求解教学模式的教材、编制试题库、修订完善考核方法、进行MOOC建设等五个学期一系列的教学改革实践，取得了一定的成绩。

2 我校计算机公共课程的研究与实践内容

2.1 研究内容

(1)基于“计算思维”的教学模式在计算机公共课程教学中的应用实践。我校选取了 “程序设计基础”和“计算机文化基础”两门计算机公共课程，并通过这两门课程的教学进行基于“计算思维”的教学模式应用实践，同时验证计算思维在计算机教育教学中起到的积极作用。

(2)建设“计算机文化基础”MOOC和“程序设计基础”课程学习网站。在“计算机文化基础”和“程序设计基础”课程教学过程中充分融入“计算思维”的核心思想，设定“以学生为中心，以任务为导向”的教学模式，将任务逐步分解为知识点。知识点的拆分遵循“小而精”的原则，围绕知识点提供微课视频、在线测试、习题作业、在线讨论等多方位教学模块资源，循序渐进地提高学生的学习效率，培养学生的计算思维。运用网络学习平台实现随时随地教与学，对学习平台的教学内容进行不断的完善与改进，使计算思维在网络自主学习模式中得到进一步的体现。

2.2 采用的方法

2.2.1 任务驱动式教学模式

任务驱动式教学属于一种基于“计算思维”的教学模式，在这种教学模式中，教师主要负责提出任务、演示任务操作过程、辅导学生完成实验、对内容和问题进行总结归纳、布置课后作业。学生在教师的指导下，通过查阅资料、相互讨论，利用计算机科学的思维和方法分析和解决问题。我校计算机驱动式教学模式的实验任务，主要选自于学生进入工作岗位承担的“经理助理”在一年中不同阶段的工作任务，如制作“员工之家”期刊、制作产品销售年报、制作公司产品宣传演示文稿等，通过这些工作任务促进学生的求知欲望。学生在教师的指导下，通过自主学习和小组相互合作，在思考和动手实践中逐渐培养计算思维的能力。

2.2.2 基于问题求解的教学模式

2006年，周以真教授首次提出“计算思维”的概念，其中就包含“问题求解”的思维活动。教师通过对计算机领域一些经典问题的分析，求解过程的详细讲授，培养学生的计算思维能力。经典问题有：梵天塔问题、博弈问题、背包问题、判断谁在说谎问题、哲学家共餐问题，等等。将案例所蕴含的计算思维与方法渗透其中，以此来培养学生的计算思维能力[2]。

2.2.3 构建基于“计算思维”的网络自主学习模式

基于“计算思维”的网络自主学习模式主要是将教师的教学指导行为和学生的自主学习行为结合起来，达到合理利用网络资源的目的，釆用先进科学思维方法获取知识，学会自我思维，自我获取有效信息，掌握解决问题的思维方式[3]。我校基于“计算思维”的网络自主学习模式主要体现在构建了“计算机文化基础”MOOC和“程序设计基础”课程学习网站。

3 研究过程

3.1 研究准备阶段

在研究的准备阶段，主要通过收集目前有关计算思维方面的各种材料，包括理论资料和实践材料等，开展对当前高等教育计算机公共课程教学现状的调查和研究。采用调查问卷、查阅等方法，对计算机公共基础课程教学中“计算思维”方法的运用情况进行有计划、有系统的研究，并对“计算思维”相关学科的资料进行分析、比较、归纳，为整个研究的完成打好基础。

3.2 理论探究阶段

在理论探究阶段，主要在理论层面上摸索探讨“计算机文化基础”、“程序设计基础”课程教学中的“计算思维”的思维原理、思维方法的运用以及思维能力的培养，包括计算思维的发展历史，在教学中如何应用计算思维方法，在教学中如何培养计算思维能力，如何发挥计算思维在教学中的作用以及计算思维在整个教学过程中的地位等，并采用了描述性法及多种思维方法。

(1)描述性法。对“计算思维”在最初定义的基础之上，将前人在计算思维方面取得的研究成果通过自己的理解验证、加工改进，赋予其新的定义和解释，并得到计算机科学界以及教育界学者们的认可，接受采纳并融入“计算思维”的计算机公共课程教学模式中。

(2)思维方法。计算思维是一种思维，是一种解决问题的方式，教学中可使用归纳演绎、类比推理、综合分析等方法。这种思维将问题分解成大小不同的部分，并且利用所掌握的计算知识找出解决问题的办法。计算思维能增强学生解决模糊的、复杂的或开放性问题的自信心，因此，任何学科背景或年龄段的学生都应该学习培养个人的计算机思维能力，这是一种让人受益的技能。

3.3 教学实践阶段

本阶段主要是承接上述部分的理论探究，在教学实践中构建以“计算思维”为导向的课程内容，运用计算思维方法进行课堂教学。

首先设计了“计算机文化基础”、“程序设计基础”课程，设计了任务驱动式的教学模式和基于问题求解教学模式的教学方案，围绕计算思维方法和计算思维能力的培养，构建基于“计算思维”的任务驱动式教学模式，并将其应用到“计算机文化基础”、“程序设计基础”两门课程的教学当中。通过对教学内容进行深入的了解和分析，培养大学生的创新能力。

在“计算机文化基础”课程教学中，教师将知识点巧妙地融入教学任务，围绕实际“任务”展开教学。老师引导学生带着真实的“任务”进入学习情境，给学生亲切感，激发学生的学习热情[4]。在“程序设计基础”教学过程中，老师要适当的引导学生进行计算机程序的设计，重视教学课程的整体结构，利用一些案例进行课程内容的讲解，激发学生们的学习兴趣，教学中要以培养学生的能力为主导[5]。

另外，为满足新形势下以“计算思维”为导向，突出重基础、强能力的基础教学，构建了“计算机文化基础”MOOC和基于“计算思维”的“程序设计基础”课程教学网站，进一步补充了课外教学内容。

3.4 总结评析阶段

这个阶段主要是针对整个基于“计算思维”的计算机公共课程教学模式的研究与实践效果，包括“计算机文化基础”MOOC的教学效果，“程序设计基础”网站的使用效果等，从网络平台使用、学生成绩、学生问卷调查等多个方面进行分析、评价与总结。

4 研究成果与不足

4.1 成果的主要内容

为了培养学生的计算思维能力，使计算思维更好地应用于“计算机文化基础”和“程序设计基础”等计算机公共基础课的教学中，我校进行了基于“计算思维”教学模式的研究，取得了以下主要成果。

(1)建立了“计算机文化基础”MOOC，并将“计算思维”教学模式中的任务驱动式教学模式融入到MOOC教学中。

(2)对于“程序设计基础”课程，完成基于问题求解的教学模式的实施方案并将其整理编写成自编教材。

(3)建立了“程序设计基础”教学网站。

(4)发表了《应用型本科大学计算机基础课程改革与实践》学术论文。

我校基于“计算思维”教学模式研究成果的内容丰富，包括了两门课程的实施方案，“计算机文化基础”MOOC资源建设(视频录制、讲义、题库制作等)，“程序设计基础”课程网站资源建设(动画演示、视频、教案、基于问题求解例题等)及相关教学改革论文。在“程序设计基础”课程网站中包含有动画演示，能够更好地展现编程思路，有利于学生对编程方法的掌握。

4.2 不足之处

“计算机文化基础”和“程序设计基础”两门课程在建设中还存在很多不完善的方面，需要在教学实践过程中不断的修改和完善。

“计算思维”教学模式中任务驱动式教学模式已融入到MOOC教学视频中，2018年秋季将利用MOOC进行线上、线下混合式教学实践。 基于问题求解的程序设计自编讲义将进一步修订，期待能够更好地运用于教学中。

5 结语

本文通过在计算机教学中存在着偏重于计算机理论知识或实际操作的讲授，忽视了对学生“计算思维”能力培养的问题，提出了以培养学生计算思维能力作为计算机教学的核心任务。选取了西安航空学院“程序设计基础”和“计算机文化基础”两门计算机公共课程，采用了任务驱动式、基于问题求解、构建“计算思维”的网络自主学习模式等方法，在教学实践中构建以“计算思维”为导向的课程内容，运用计算思维方法进行课堂教学，提升了学生计算机知识自主学习的能力。通过基于“计算思维”的计算机公共课程教学模式的研究与实践，对促进计算机教学方式的变革，促进教育资源共享，推动信息技术与高等教育深度融合有着一定的现实意义。