基于计算思维培养的《计算机导论》课程混合式教学改革与实践

尚蕾

摘要：文章结合教学实际，对《计算机导论》课程教学中遇到的问题进行了深入分析，从如何培养学生的计算思维，利用计算思维更好地优化和调整教学的角度对课程的教学内容、教学方法和课程考核改革提出了一些思考和建议。

关键字：计算思维；翻转课堂；混合式教学；计算机导论；应用型高校

中图分类号：TP30 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）08-0063-02

1 引言

《计算机导论》课程的構建问题是计算学科的学术界、教育界长期以来一直探讨的问题， 早在1989 年，ACM（美国计算机协会）攻关组提交的“ 计算作为一门学科”（Computing as a discipline）报告中，就将“计算机导论”课程的构建问题列为计算学科教育面临的三个必须解决的重大问题之一[1] 。

本文所指的计算思维（Computational Thinking），是指2006年周以真教授在美国计算机权威杂志ACM会刊《Communications of the ACM》中给出的概念，是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。[2]“计算思维”的归纳、提出引起了美国教育界以及科学界的广泛关注，ACM在2008年公布的《CS2001Interim Review》草案中，就明确将“计算思维”与“计算机导论”课程绑定在一起，要求该课程讲授计算思维的本质。随后，“计算思维”促成了NSF（美国国家科学基金会）的重大基金资助计划CDI，旨在促进自然科学和工程技术领域产生革命性成果，进一步保持美国在自然科学与工程等领域所具有的世界领先地位[3]。

计算思维的重要作用同样引起了国内学者和计算机教育专家的关注，2010年，“九校联盟（C9）计算机基础课程研讨会”上，确定了以计算思维为核心的计算机基础课程的教学改革。随后，一些计算机教育者开始在课程的教学中探讨计算思维的应用和实践，如董荣胜教授在《计算思维与计算机导论》一文中提出的“以学科思想与方法为基础”的《计算机导论》课程讲授大纲，并已被多所高校采用。

综上，根据ACM的要求，以及国内专家学者对课程构建和教学的探讨，《计算机导论》课程应该以计算思维能力的培养为核心，为学生将来的专业学习和职业发展打好基础。

2 《计算机导论》课程教学中存在的问题

《计算机导论》是计算机科学与技术、信息类相关专业的基础课程，课程的主要任务是面向大一新生讲授有关计算机的软硬件基础知识、培养学生面向学科的思维能力、激发对专业的学习兴趣、领会学科力量以及从事本学科工作的价值。目前，很多高校都在导论课中明确了培养学生计算思维能力的教学目标，但由于各高校的专业培养目标不完全相同，对导论课教学内容的构建存在着很大的随意性，导致课程的教学中出现了一些问题，主要表现如下：

1） 教学内容广而散，是后续所学专业核心课程的浓缩版。教师仍然停留在围绕旧知识组织教学的阶段，导致多数学生完成该课程后，获得的只是一些零散的概念、以及对计算机的基本操作技能，而对计算科学、计算机难以有系统性的理解，更无法达到建立利用计算机求解问题的要求。

2） 教学方法过于单一。相对教学内容的增加和更新，教学方法、教学手段甚至是某些老师的教学理念相对滞后，授课教师并没有将先进的教育教学技术带入课堂融入教学，导致大一学生面对课程学习感到枯燥、困难，学习上提不起兴趣，无法积极建立专业认知。

3） 学生“非零起点”，“非同一起点”的现状，而教学内容、过程均缺乏针对性。经调查，目前已基本不存在入校前完全没有接触过计算机的学生，绝大多数学生已具备了一定的操作技能、了解软硬件知识，但由于中学阶段的教育背景不同，学生的掌握情况存在较大差异，特别是理论内容方面的差异，这也给课程教学带来一定的困难。

以上问题的存在给大学第一门专业课程《计算机导论》的教学带来挑战：如何在有限的课时中完成丰富的教学内容，达到计算思维能力的培养目标；如何利用现代化的教育技术、教学手段激发学生的学习兴趣，提升学生的专业认知；如何设计课程考核方案适用于计算思维能力培养的评估？在多年的课程教学中，我们结合自身教学经验、学生学习反馈、以及专业发展和社会需求，做出了《计算机导论》混合式教学的改革。

3 《计算机导论》混合式教学改革实例

3.1 围绕计算思维的教学理念，修订教学内容

目前，各高校《计算机导论》课程教学内容的构建主要有三种类型：一种是等同非计算机专业的《大学计算机基础》课程，一种是把导论课程作为大学期间后续专业核心课程的浓缩版，第三种是以学科思想与方法为基础，讲授计算学科的基本问题、核心概念、数学方法、系统科学方法等，对应用型本科院校的人才培养这三种类型的课程内容均存在着不同程度的不足。第一、二种主要是“计算思维”概念出现前，前者过于简单，偏向计算机基本操作技能的培养，达不到课程的“专业引导”作用；后者内容广而散、多而杂，教学中内容的深度、广度难以把握，学习效果并不理想。第三种的经典教材是桂林电子科技大学董荣胜教授写的《计算机科学导论——思想与方法》，但内容过于抽象，对于一年级学生来说要求过高，特别是以应用型人才培养为目标的一般院校新生很难理解。针对以上情况，我们在仔细研究我校信息工程、信息管理与信息系统专业应用型人才培养目标的基础上，结合生源背景、专业特点和多年该课程的实践教学经验，对该课程的教学内容行了研究和探讨，除了以“计算思维”为核心做好知识引导、方法引导、思维引导，还要考虑到不同具体专业方向的需求，做好学生的意识引导和职业引导。表1为2018年面向信息工程（安全方向）、信息管理与信息系统专业的《计算机导论》课程主要理论教学模块及学时分配。

3.2 教学方法改革

《计算机导论》课程传统的教学方法主要是教师讲授，学生处于被动接受，存在的最大问题是缺乏针对性，无法应对学生基础的差异性和实现个性化教学。由于课程内容涉及的知识点较多，如果授课教师不能对所有知识模块有较“深入”的理解，就难以做到“浅出”去引导新生做思维学习、搭建学科的知识框架、理解学科价值。所以课程本身对教师的理论水平、授课水平提出了很高要求。经实践，基于翻转课堂/MOOC的混合式教学和团队教学可以比较好地解决这个问题。

3.2.1 翻轉课堂

基于混合式教学的相关理论，结合多年《计算机导论》课程教学实践，以及我院各专业学生、教师的实际情况，我们在课程的翻转课堂教学中着重解决了以下几个问题。

（1） 微视频的制作。丰富的教学资源是有效开展混合式教学的保障，导论课微视频的设计除了基于学科的核心知识点，还要考虑到用于解决学生的基础知识断层问题，让部分基础差对学习感到无助的同学可以学下去，自主补齐短板知识。同时由于学习该课程的为大一新生，在视频中增加一些案例和动画，把内容讲解的具体翔实，将更有利于学生的理解和学习。

（2） 课堂活动。课堂教学以解决课程的重点、难点知识为主，利用教室、黑板+粉笔、课件的手段集中授课仍然是一种高效的教学模式，但与以往的满堂灌不同，翻转课堂强调的是教师与学生的互动、生生互动，灵活采用学生展示、分享、辩论、讨论等多种形式完成教学。教师要做好引导和总结工作，既要把课堂的时间空间“放”给学生，积极开展讨论、提出见解，激发学生主动学习，又要适时“收”回，做好课堂的答疑解惑评价反馈。

（3） 在线学习。网络学习中，教师同样有非常重要的作用，具体工作包括学生学习小组的划分、在线学习任务的制定、良好有效的师生互动、学生学习效果的监督与评价等。考虑是大一新生要注意做到给出具体明确的课前学习要求和目标，同时也要给予学生学习方法的指导，引导学生逐渐开展自主学习。

3.2.2 团队教学

在混合式教学的实施中，我们采用了团队教学模式，对于一个自然班的教学采用一位主讲教师全程负责课程的教学和考核，一位助教专职负责线上学习任务的发布、答疑、组织讨论、批改作业和学生学习数据的整理、监督，多位教授负责课程的讲座教学。团队教学，可以让学生在第一学期跟随多位高水平的教师学习，接触不同老师的教学风格，激发学生的专业兴趣，也有利于发挥教师的个人专业优势，提高教学效率，培养青年教师。特别是讲座环节，通过讲座形式由教授把最前沿的学科知识和技术发展介绍给学生，不仅符合教育部对教授要坚持给本科生上课的要求，也有利于培养学生的科研意识、创新意识。

3.3 课程考核改革

与混合式教学相对应的是建立多层次的课程评价机制，一方面要适当提高平时成绩在课程总成绩中的比重，这样可以调动学生线上学习的积极性，重视学习过程，鼓励学生的自主学习；另一方面，要健全完善过程性评价的指标，如对线上学习情况的跟踪和评估，课堂学习过程的评价和记录，学习小组内成员间的评价等，指标要尽量客观、操作性强；最后，探索试卷考试以外的其他考核形式，如论文答辩、线上考试等，能够突出对学生计算思维能力的评估，对知识的灵活运用，而不再是死记硬背。

4 教学总结

为更好地开展教学改革，我们设计了相关的网络不记名调查问卷，以期根据学生对课程学习的反馈情况，帮助我们调整教学策略、教学内容和方法，提高课程建设质量。经与学生座

谈和调查，相对于传统教学86.3%的同学乐于接受新的教学活动形式，83.3%的同学会在课余时间进行线上课程的学习，课堂辩论、分享讨论是比较被学生认可和乐于参与的课堂活动，80.0%的学生在获得知识之外，也有学习方法的改进。同时，也有同学提出了希望课程的考核形式可以更灵活，如取消试卷考试。从课程的教学过程和学生期末成绩的反馈来看，基本达到了我们的预期效果，下表是对主要问题的反馈结果。

5 结束语

本文分析了《计算机导论》课程教学中存在的问题，对课程的混合式教学改革进行了探索。经实践，翻转课堂可以有效地克服学生个体差异给课程教学带来的弊端，提升学生在课程学习中的兴趣。但我们也认识到，在如何设计制作精良的课程微视频、如何建立良好、广泛的师生互动，如何全面客观评价混合式学习效果，计算思维能力培养效果等方面都还存在着诸多问题，需要进一步探索和解决。

参考文献：

[1] 董荣胜.计算思维与计算机导论[J].计算机科学，2009，4，36（4）：50-52.

[2] 董荣胜，古天龙.计算思维与计算机方法论[J].计算机科学，2009，36 （1）：1-5 .

[3] 牟琴，谭良.计算思维的研究及其进展[J].计算机科学，2011（3）：10-15.

[4] 何昭青.《计算机导论》课程内容体系构建的研究与实践[J].湖南第一师范学院学报，2010，10（5）.

[5] 吴宁，崔舒宁.以计算思维能力培养为核心的大学计算机基础课程教学内容改革研究[J].计算机教育，2012（7）：107-110.

【通联编辑：王力】