以计算思维为向导的计算机基础教学改革

娄凤伟

（1.燕山大学信息科学与工程学院，秦皇岛066004；2.河北省计算机虚拟技术与系统集成重点实验室，秦皇岛066004）

1 计算机基础教学的培养目标

计算机基础教学是面向非计算机专业的计算机教学，它的目标是培养学生掌握一定的计算机基础知识、技术方法和拓展学生的视野，为后续课程学习做好必要的知识准备，使学生能在一个较高的层次上利用计算机、并处理计算机应用中可能出现的问题[1]。

美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真教授在2006 年提出的“计算思维”（Computational Thinking），认为：计算思维是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的思维活动[2]。

大学计算机基础是大学计算机通识教育的第一门课程，是我校本科教学中重要的校级公共基础课，其目的是培养学生的信息素养，以及运用计算思维解决自己专业领域实际问题的能力。

大学计算机基础教学工作面临着难得的历史发展机遇与挑战，参照教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会（2013-2017）确立的课程教学改革总体目标[3]，结合我校的培养定位，明确以计算思维能力培养为核心、探索多元化的教学方案、完善课程教学成效评测方式，从而建设适应时代要求的新的大学计算机基础教学体系；探索出一套有效的、具有推广价值的混合式教学模式和课程管理规范；根据各专业人才培养定位的差异，分类分层次落实通识教育的培养目标，使各专业的学生能够广泛接受计算思维方法的训练，提高学生利用计算思维解决专业相关问题的能力；明确学生的中心地位和教师的主导地位，充分调动学生自主学习的积极性。

2 计算机基础教学的教学现状

随着计算机技术不断发展，大学计算机基础教学内容不断增加，课时又逐渐缩减，教师要在有限的时间里讲解大量的教学内容，迫使学生每节课要接受大量信息，使绝大多数学生都无法完全消化理解、教学效果不佳；同时学生的计算机知识水平参差不齐，理解问题也不在一个水平线上，导致教学内容衔接不上，课堂教学效果不理想，达不到教学大纲的要求。

另外，各高校不同的专业对大学计算机课程的培养目标和专业需求不尽相同，每个专业要求学生掌握计算机的程度不同，这就要求每个专业计算机课程的配置不同，如果所有专业的教学大纲一样，那么，学生会认为学的内容和自己本专业无关，学生会产生厌倦心里，对学习内容不感兴趣，从而影响教学效果。文科专业的学生计算机侧重点应该是计算机的使用能力，而理科专业不仅仅要求学生会熟练的使用计算机，而且还要求学生具有一定程度的计算机软件开发与创新能力。

还有，在教学中，由于多方面原因，教师普遍存在只讲授大纲内容，完成教学任务，而忽略了对计算思维的培养，没有循序渐进地向学生传递计算思维的相关概念和使用方法，没有注重培养学生的计算思维能力。

3 计算机基础教学建设与改革

计算机基础教学是面向非计算机专业的计算机教学，所以它不同于计算机专业的计算机教学，有自身的教学目标、教学内容和教学规律。

3.1 大学计算机基础教学要分类规划与实施

计算机基础内容在计算机知识结构与应用方面，不同的专业对学生的要求差别很大。在一些电类、机械类等专业中，对计算机专业的知识要求相当深入；而对另外一些文科、艺术类专业，则完全是把计算机当作一种专业工具使用。因此，在有限的学时内，针对不同类型的专业，制定不同的教学方案是非常必要的。

基于我校的办学目标和人才培养定位，大学计算机基础课在体现计算思维的前提下针对不同专业和学生的接受能力提供多种内容组织方法：强调对问题求解方法的理解，突出如何将问题转化为算法和程序设计等内容；强调对计算系统和环境的理解，突出计算机技术与专业领域的深度融合，在计算系统理解和问题求解方法上同时体现广度和深度的要求。在面对不同的人才培养目标时，课程实施方案应按照适用、有效的原则，主动调整教学内容、改革教学模式。

为了更好地讲授大学计算机基础课程，我们对各个学院进行了走访和调研，结果归纳如下。

（1）理科专业：重点讲授0 和1 思维、程序与递归、算法思维和网络化思维；正常讲解计算与计算思维、计算系统、数据化思维和计算科学前沿。

（2）文科专业：重点讲授数据化思维和网络化思维；正常讲授计算与计算思维、0 和1 思维、计算系统，同时要介绍计算科学前沿和Office 办公软件应用。3.艺术和体育专业：重点讲授Office 办公软件的应用；正常讲授计算与计算思维、数据化和网络化思维和计算科学前沿。

根据调研情况，决定对不同的学院教学内容进行调整，下面为调整后的教学计划，如表1 所示。

从表1 中可以看出：分学科教学，主要是针对不同专业对课程内容进行整合，使其具有鲜明的专业特色，例如：文科、艺术类，侧重于多媒体课件、图形处理和办公软件等教学内容的讲授；理工类专业侧重于数据分析、计算机编程等教学内容的讲授。通过分学科教学，能有效提高学生学习的积极性，教学效果良好。

教师根据学生的专业不同选择不同的教学内容，进行因材施教，还可以发挥自身的优势为学生制定专门的教学模块，所有的教学都要以培养学生的计算思维为根本目的，帮助学生得到更好的发展[4]。

表1 《大学计算机基础-计算思维导论》系列课程教学计划

3.2 大学计算机基础教学不能脱离实践

计算机基础教学的重要目标是让学生更好地利用计算机去解决专业领域中的问题及日常事务问题，因此，在课程设计和建设中，通过教学案例和实践环节，使学生把学到的知识得到训练，同时提高学生的计算机应用能力，让学生领悟到用计算机解决问题的思路和方法，注重学生计算思维的培养，提高学生解决问题的能力。

我校在实施教改的过程中，采用线上线下、课内课外结合式教学（MOOC+SPOC+Moodle+大班教学/小班讨论）。

线上：丰富资源+师生互动+学生自测。借助“MOOC+SPOC”资源，改革传统的课程教学模式，提高计算机基础课程的吸引力和教学效果。为了实验教学，我校已建立网络教学平台（http://jszx.ysu.edu.cn/moodle/）。该平台是一个集教案与教学资料发布、作业提交、交流、考试测验等功能为一体的优秀教学平台，并能实现监控网络学习和学习效果。同时建立了按照知识点录制的微课视频、任务驱动等实验项目，学生可以利用这些资源进行自学，以补充课内学时的不足。通过这个平台来培养学生的实践能力，实现计算思维能力的培养。

线下：分类教学+课堂精讲+小班研讨+应用实验+结课考核。学生在教师引导下，开展研讨式、探索式和协作式的学习活动，开展“大班授课，小班讨论”的教学方式，为学生课内交流和展现成果提供机会。

线上线下学习内容高度契合，各有分工：线上完整精讲、细讲知识点、重概念原理和“广度”学习，线下教师部分精讲，理清脉络，重案例点评和“深度”学习。

通过线上线下的混合式教学模式，培养学生解决问题的科学思维方式和分析解决问题的实践能力。教师以“发现问题-分析问题-寻求多种解决方案-比较各种方案的优势”的问题求解驱动式方法来进行项目教学，训练学生以正确的计算思维方式解决问题，同时使学生充分认识到计算思维的重要性，让学生在按照上述模式针对另一个项目的求解，引导学生找出尽可能逼近解决实际问题的求解方法。

4 教改效果

期末考试成绩由两大部分组成：期末考核+平时成绩，即总成绩=期末成绩（70%）+平时成绩（30%）。其中，平时成绩根据学生平时作业、综合实例和单项测试情况综合评定；期末成绩是利用Moodle 平台实现在线考试，建立高质量的试题库，在题库中，加大主观题的比例，从考察学生客观题的重心转移到主观题上，鼓励学生多动脑，多思考，不局限于一种思维，让学生真正实现面向能力的考核。

分别对2016 级、2017 级学生的《大学计算机基础》课程的考核结果进行分析，如表2 所示。

表2 考核结果

从表2 中可以看出，2017 级比2016 级学生，理工类成绩提高6.04 个百分点，文科类成绩提高3.4 个百分点，艺术体育类提高3.53 个百分点。由此可见，从2017 级分类教学开始，由于重视了计算思维的培养，针对不同学科的学生，讲授不同的内容，同时培养学生利用计算机来解决本学科问题的能力，已取得初步效果，学生成绩已明显提高。

5 结语

以计算思维为导向进行计算机基础教育建设是计算机教育发展的正确方向，随着计算机的不断发展以及信息技术在教育领域的不断应用，计算思维能力的培养依旧是教育界，特别是计算机教育领域中一个热门话题。计算机教育改革必须融入计算思维理念，要积极进行教学内容、技巧和方式的转变，培养学生计算思维能力，只有这样才能保障计算机基础教育的效果。