强化计算思维培养的课程教学改革研究——以计算机应用软件类课程为例

安 晓 瑞

(陇南师范高等专科学校 信息中心，甘肃 陇南 742500)

思维是创新的源头，技术和知识是创新的支撑.计算思维和阅读写作一样已成为人类内在的普适的、通用的思维模式和基本能力.计算思维成为人类应具备的除实验思维和理论思维外的第三种思维.计算思维关注的是人类思维中有关可行性、可构造性和可评价性的部分，当前环境下，理论与实验手段在面临大量数据的情况下，不可避免地要用计算手段来辅助进行[1].美国卡耐基梅隆大学周以真教授提出了计算思维的含义：“计算思维是运用计算机科学基本概念求解问题，设计系统和理解人类行为的方式，涵盖了计算机科学领域广度的一系列思维工具”[2].计算思维的本质是对问题进行抽象表示，以及通过形式化表达，使得问题的求解达到精确、可行的目的[3].2013年，教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会发布了《计算思维教学改革宣言》，明确了计算思维能力培养在计算机基础课程教学中的中心地位，同时把计算机思维能力培养上升到创新人才培养和国家发展的高度[4].本文从分析当前计算机应用软件类课程的共性问题入手，分析强化计算思维培养对计算机应用软件类课程教学改革的原因和目的，同时紧紧围绕培养学生计算思维能力这个核心，探讨计算机应用软件类课程教学改革的途径及方法.

1 计算机应用软件类课程教学问题分析

(1)学生缺乏“动脑想”的机会

计算机应用软件类课程的教学过程通常是教师在课堂上演示软件命令的使用和操作，学生结合项目案例进行操作练习.学生通过观看教师演示，记忆操作过程并验证性地进行实际操作.在此过程中缺乏对学生进行创新能力的培养，缺乏计算思维的培养和训练，学生对教师事先设计好的项目内容进行练习，在项目实施中，无需过多思考需要哪些技能和用什么软件实施.

(2)学生缺乏融会贯通、举一反三的能力

学生虽然在课堂上掌握了每个命令的基本操作技能，但缺乏实际项目操作中各个知识点间的融会贯通能力和综合应用能力.计算机应用软件类课程教学的主要内容是软件功能的使用，对计算思维培养的缺乏导致学生对实际问题的处理缺乏设计和思路，学生在学习的过程中很难建立知识图谱，串联知识点和形成思维导图.计算机软件的更新升级很快，课程教学过程中应强化计算思维培养，让学生理解软件设计的背景，掌握软件功能，从而让学生掌握利用软件解决问题的能力.

(3)教学内容与实际应用有些脱节

有些课程教学项目的设置与专业所属行业的实际应用脱节，导致学生在专业学习中不能有效利用计算思维来解决专业问题.忽视对学生的思维能力、创新能力的培养，容易使学生的思维僵化.学生在遇到问题时，无法发挥计算思维的作用，不能很好地解决实际问题.在教学过程中，只有有效促进理论与实践深度融合，才能进一步提高学生的实践能力和创新能力，增强学生的工程实践能力.

(4)课程考核内容单一

计算机应用软件类课程考核内容侧重于基本概念、基本操作技能，缺乏对实际应用问题处理方式的考核.考核方式应倾向于对学生求解问题的思维模式与基本方法的考核.考核形式应该多元化，重视实践工程考核和过程性考核[5]，综合运用闭卷、开卷、项目分析、问题解决与课堂问答等多种考核形式，提高学生学习主动性，激发学生的学习兴趣.

2 强化计算思维培养分析

2.1 可行性

图灵奖获得者Karp 认为，自然问题和社会问题内部蕴含丰富的属于计算的演化规律，通过恰当的方式表达出来，使之成为能够用计算机处理的形式，这就是基于计算思维概念的解决自然问题和社会问题的基本原理和方法论[6].中国科学院李国杰院士提出：“计算思维是运用计算机科学的基础概念求解问题，并用最有效的办法实现问题求解.”[7]计算机应用软件是为了解决某个特定应用领域的实际问题而编写的程序[8].计算机应用软件是某个领域具有特定功能的计算工具，是用来帮助人们快捷、方便、高效地解决问题的辅助工具.计算机应用软件类课程具有实践性和实用性，要求学生学习的思维从技术操作的方法论和工具论中跳出来，转向利用软件进行设计和创意制作的思想上[9].计算思维强调的是问题解决的思维，而计算机应用软件是辅助方式，因此使用计算机应用软件解决问题的思维过程中蕴含计算思维.教师在课程教学中应注重培养学生分析问题和解决问题的意识和能力，以及解决问题的计算思维.

2.2 目的性

强化计算思维的计算机应用软件类课程教学过程结合教学项目和翻转课堂，学生不仅能快速掌握软件基本操作技能，建立问题处理思维导图和知识思维导图，而且有助于学生深入理解问题解决过程中的计算思维，促进学生解决问题能力和创新能力的培养.教师要重视应用软件教学中的计算思维，避免学生在学习过程中机械应用和重复记忆.计算思维能力是利用计算机应用软件解决问题的基本能力，培养学生的计算思维，是培养学生解决问题的新思维模式.对于应用软件课程教学而言，培养学生计算思维，既没有脱离理论层面，也没有停留于工具层面，摆脱了软件操作的局限，增强了学生解决问题的基本能力.

2.3 培养作用

通过计算思维的培养，学生不仅能掌握软件的使用方法，同时能快速、有效地找到解决问题的方法和途径.在计算机应用软件类课程的教学中，只注重强调软件的基本操作和培养学生处理简单问题的能力是不够的，在教学过程中应注重培养学生综合运用、解决复杂问题能力、以软件为基础的创新应用能力.计算思维的培养就是引导学生在解决实际问题时，把握整体设计思路，善于探索、思考、动手和领悟.

2.4 培养途径

在教学过程中，注重展示和培养计算思维的基本内涵和方法，把整个计算思维的培养分解为若干个基于计算思维的课程内容，通过在课堂上的讲授，让学生理解该思维过程，并逐渐转化为解决问题的思维方法.

2.4.1 教学设计

以学生为主体，计算思维培养是核心，进行线上线下混合式教学.教学设计的出发点是以学生为中心，整个教学设计的最终目的是培养学生的计算思维和提高学生解决问题的能力.课程目标和教学要求，不仅要求学生掌握计算机基础知识和应用软件的实际操作能力，更要将计算思维的培养融入到实际教学中，要让学生真正掌握分析问题、解决问题的能力，着重于培养学生运用工具软件解决实际问题的能力.

2.4.2 教学手段

构建新的教与学的环境，将传统的物理教学空间与数字资源空间相结合，建立慕课、微课、数字图书馆等数字资源，构建社交空间APP等.未来的教学空间将由物理空间加上丰富的数字资源空间、网络的社交空间等构成.要充分利用现代化的教学手段，对于一些较基础、较理论的知识点，让学生在课前通过网络平台上的资源进行自学；课堂上教师主要进行问题解答、思维能力培养和知识拓展等环节的教学.

2.4.3 教学内容

教学内容的选择要注重情景化，贴近实际应用，与专业背景结合，与未来可能从事的职业的日常事务结合.应设计结构较为复杂的综合性问题，具有实际工作过程和处理的系统性，有较大的应用价值；设计教学项目要求涵盖整个课程的知识体系，以计算思维能力培养为核心，以实际项目为载体，将计算思维的训练融入到相关的项目中，引导学生独立思考并完成训练项目.在项目的训练过程中同时兼顾学生的兴趣，培养学生观察、分析、归纳和用计算思维去理解和解决问题的实际应用能力，培养学生独立思考意识和团队合作精神，提高学生的综合职业能力.

2.4.4 考核方式

建立教学全过程评价机制，改变传统的以知识和技能为主的考核方式，每节课都需要对学生的知识掌握情况进行考核，督促学生反思和总结.

3 实践应用——以Word软件为例

构建以培养计算思维为导向的课程内容，基于“项目引导、任务驱动”的教学方式重构教学内容，体现“教、学、思、做”一体化的教学理念.以Word软件教学为例，通过“提出问题、分析问题、解决问题、拓展提高”展开.在宏观上突破以知识点的层次递进为主的教学设计，将职业工作过程系统化，以工作过程为参考，培养学生的职业技能和职业素养.

3.1 教学内容

Word软件教学内容共设计14个项目，每一个项目包含若干任务，由易到难、由简单到复杂，层次推进、循序渐进.具体项目见表1.学生能够通过项目学习，完成相关知识的学习和技能的训练.每个项目均具有典型性和实用性.

表1 Word软件教学项目

3.2 项目设计

(1)项目描述.告知学生项目的具体情况，包括项目的主要内容、应用范围等.(2)项目分析.需要学生思考和设计项目，分析项目实施的预期效果及项目实施过程中需要的知识和技能点，是开展计算思维培养的重要环节.(3)知识准备.实施该项目需要学生具备的知识点.(4)项目实施.项目实施是开展计算思维培养的主要环节，需要学生利用知识点实现项目.(5)项目考核.检验学生项目实施预期效果是否达到，还存在哪些问题.(6)总结思考.引导学生对自己的项目情况进行反思，反思哪些知识点没有掌握，预期效果中哪些程序没有实现以及原因.(7)能力提升.布置提升学生能力的项目，用于课后加强能力训练.

3.3 教学过程

围绕课前、课中、课末、课后进行教学设计，以“四课”环节构建教学过程.

3.3.1 课前

课前设计是整个教学过程中最核心的环节.教师将教学目标、教学重点、教学难点、教学内容、教学项目、教学问题等内容制作成PPT文档.将本节课中准备知识点内容制作成微课，让学生在课前完成教学内容预习，通过平台收集学生的问题表单，分析归纳学生遇到的疑难问题.学生查阅PPT，学习准备知识内容和回答教学问题，查阅项目概述并撰写设计思路、预期效果设计思路，简述实施过程，下载项目资源进行实践操作，对重难点中不懂的知识点，通过平台提交给教师.

3.3.2 课中

教师对项目进行详细分析并解决学生遇到的问题，讲授重点和难点内容.教师也可设置小组讨论的形式，让学生自己讨论、教师补充辅导.学生根据教师的讲授对教学项目进行完善.

3.3.3 课末

主要开展项目考核和总结.课堂教学的末尾时间进行作品展示评价、归纳反思和考核.以小组推荐或学生自荐方式选择三四个优秀作品进行展示，教师对项目作品进行点评；引导学生归纳本节课的知识点，反思本节课中需要注意的知识点及自己对知识掌握的情况；教师对学生项目完成情况进行考核评价.

3.3.4 课后

教师再次部置提升本节课内容的教学项目.将本节课的重难点组织成简述题或论述题形式.学生实践教学项目并完成课后作业，通过平台提交给教师.学生可通过网络教学平台进行学习，随时提问.

3.4 实施成效

笔者担任计算机基础课程的讲授任务，对2018级化学教育专业进行了基于计算思维培养的教学改革.课程教学结束后，对未进行教学改革的2017级和进行教学改革的2018级该专业学生考核成绩进行比较，结果如表2所示.

表2 2017级和2018级学生考核成绩表

针对教学改革情况，笔者在计算机基础课程结束后，向2018级化学教育专业49名学生发放了计算机基础课程教学调查表，回收有效率为100%.调查数据汇总情况见表3.

表3 《计算机基础课程教学调查表》情况汇总表

续表3

调查问题选项占比/%当前的教学模式是否更有利于理论知识的深入掌握非常有利比较有利一般不利16.2259.4621.622.70当前的教学模式是否更有利于分析和解决问题能力的培养和提高非常有利比较有利一般不利18.9251.3529.730.00当前的教学模式是否更有利于操作技能的培养和提高非常有利比较有利一般不利18.9267.5710.812.70通过本课程的学习,对教学的满意度非常满意比较满意不太满意不满意11.8260.4818.629.08

通过表3的数据分析得出，超过一半的学生对自己的学习效果感到比较满意.在能力提高方面，超过一半以上的学生认为问题解决能力和创新能力都得到了提高.由此可见，通过项目结合任务驱动，强化计算思维培养的课堂教学方式，对学生的计算思维和能力培养是有帮助的，同时有助于提高教学质量和人才培养质量.

4 结语

进行以培养计算思维为核心的计算机应用软件类课程教学，必须对传统的教学内容、方法及考核评价进行改革.厘清课程的思维点及知识点，调整教学内容、优化教学方法，建立教学全过程的评价机制.教学实践表明，学生学习兴趣和主动性都得到了较大提高，教学效果显著.