计算思维下的大学计算机基础课程教学模式研究

1、计算思维下的大学计算机基础课程教学模式研究Research on teaching mode of computer basis course in computational thinkingTang Xiaoxian1 ， Ren Ziting2(1. School of Chemical and Biological Engineering，Hezhou University ， Hezhou ， Guangxi 542800 ， China ；2. School of Computer Science and Information Engineering ， Hezhou Unive

2、rsity )： In view of the present situation of college computer basic course teaching ，the existing problems are analyzed. By introducing the concept of computational thinking ， the method of training the computational thinking in the course teaching is discussed， and several teaching modes arepropose

3、d to cultivate students ability of solving the application problems.0 引言 大学计算机基础是为非计算机专业开设的一门计算机必修 课，是通识教育课程，集知识能力、操作能力和应用思维能力的 培养于一体。 随着信息技术和科技的发展， 社会对计算机素养的 要求越来越高， 因此其教学目的不仅是使学生掌握计算机的基本 知识和实际应用能力， 更要培养学生利用计算机和计算思维的方 式来解决实际问题， 为后续专业学习， 以及毕业后适应职业岗位 需求打下坚实基础。当前我校已加入应用技术大学（学院）联盟，正处在应用转 型发展的关键时期， 学生具备

4、的计算机基础知识低， 水平差异较 大，如何切合不同层次学生的需要是教学上一个很大的挑战。 为 使计算机基础教学内容具有针对性，满足层次性教学和学习需 求，缩小学生水平差异，培养学生的综合素质，最终培养出复合 型的创新应用型人才， 有必要从顶层思维方面进行设计， 引入近 年来兴起的“计算思维”这一新的教学理念。 在计算机基础教学 中，培养大学生的计算思维和计算思维能力， 使其学会用计算思 维去思考问题和解决问题，对培养卓越的人才具有重要意义。1 大学计算机基础教学现状 根据教指委要求，计算机基础课程教学大纲包含的内容有： 计算机基础知识、计算机系统组成、 Windows 操作系统、办公应 用软件

5、、多媒体技术、数据库技术、计算机网络等。其中一些理 论内容涉及计算机专业课程方面的知识， 如计算机组成原理、 程 序设计、操作系统、计算机网络等，这些内容知识点多，本身比 较抽象，难以理解， 而计算机基础课程教材的编写一般仅仅是将 部分内容揉和，教学上往往难以深入展开，学生不易听懂，也不 能实际运用。当前，中小学课程教学中已基本普及了信息技术课程， 大一 新生具备了初步的计算机操作能力， 一些学生计算机能力甚至较 强，在计算机基础教学过程中， 学生普遍认为它们与本专业无关， 再加上部分教师自身知识量储备不够从而影响了教学效果。 所以 很多学生学习兴趣不高并反映到学校， 导致大学计算机基础课的

6、教学得不到学校的足够重视， 学时被一再压缩。 在这样严峻的形 势下， 计算机基础教学面临着巨大的挑战， 计算机基础教学内容 和教学方法的改革也就势在必行。计算机基础课程作为许多高校学生的基础必修课， 不同的学 校制定的课程教学内容、 教学方法和考核机制不尽相同， 面临的 问题也多种多样。 结合我校实际， 在大学计算机基础教学中存在 的主要问题有： 一是教学理念问题， 计算基础课程教学中没有运 用计算思维的理念，仍然是按照传统的“工具论”的教学理念， 理论教学和实践教学并行在开展教学活动， 教会的是学生如何使 用计算机工具， 面对不断发展的计算机前沿技术， 学生只能粗浅 的使用， 而不会用计算思

7、维来解决遇到的应用问题； 二是未能更 好的认识到实践教学问题是一个应用的过程， 实验教学中完成的 是单纯对讲授的理论的验证， 以及书中的案例和实验指导书中的 案例的完成； 三是实验内容未能基于知识情景， 即没有结合实际 和不断变化的应用环境，缺乏设计性，模式单一，不能培养学生 的创新性能力； 四是未能体现职业技能， 解决工作中多学科知识 交叉应用的问题。2 计算思维的发展计算思维的概念是周以真(Jeannette M.Wing)教授于2006 年提出的 1 ，并对“ Computational Thinking ”这一概念进行 了详细阐述： 它是运用计算机科学的基础概念去求解问题、 设计 系统

8、和理解人类行为。 它的内容包括涉及计算机科学广度的一系 列思维活动。但是这一概念概括和抽象，难以在教学中展开，周 教授又对计算思维进行了详细的描述， 就如同培养孩子时既要掌 握阅读( Reading )、写作( Writing )和算术( Arithmetic )， 又要学会计算思维的方法，这是每个人的基本技能。 自 计算思维这一概念提出以来，在国内引起了广泛的讨论和研究。 中国科学技术大学的陈国良院士 2010 年倡议把计算思维引入计 算机基础教学中， 提出了“以计算思维为导向”的教学改革 2 ； 2010年的九校联盟(C9)计算机基础教学发展战略联合声明 中，明确提出了计算机基础课程教学要

9、以计算思维为核心进行改 革3 ；冯博琴 4 对计算思维能力培养如何“落地”问题的问题 进行了探讨；朱勇等 5 论述了大学计算机基础教学中计算思维 的培养途径；赵瑶池等 6 提出了从案例引入思维，以思维为主 线，知识传授贯穿于教学过程，思维指导应用，将多种教学方式 综合起来的新型教学模式；刘光蓉 7 阐述了基于计算思维的计 算机基本工作原理的理实一体化教学实施思路。为了更好的理解运用计算思维方式将复杂的问题描述、 理解 并翻译成可求解的思维方法， 需要从培养思维意识、 思维方法和 思维能力着手。 因此，首先是要将人们无意识的计算思维活动转 变成有意识的计算思维活动，在计算机基础的教学中，分析、引

10、 导、演示，以及运用案例主动的用计算思维的方法去解决问题； 其次，周以真教授将具体的计算思维方法阐述为七大类， 在实际 的教学中应从可操作性和应用性展开， 将思维的方法与工程的方 法结合， 计算机基础教学中几乎都涉及到计算思维的方法。 计算 思维的根本目的是用计算机技术解决问题， 正符合应用技术大学 培养应用型人才过程中用计算机解决应用问题的目标。 教学中培 养计算思维能力的过程从问题概念的抽象化到分析解决问题， 再 到解决问题实现， 即工程化， 最后是形成思维能力延伸以解决现 实问题，此过程正是计算思维的本质一一抽象和自动化的体现。3 基于计算思维的教学 如何在大学计算机基础课程教学中培养学

11、生计算思维， 首先 要理解计算思维的本质和内涵， 探索培养计算思维的途径； 其次， 在教学模式上应采取有效的教学方法， 陈国良院士对大学计算机 基础课程实施计算思维给出了教学方法的原则建议， 即以计算学 科基本问题为导向， 以经典案例为基础， 通过实验了解和应用编 程的基本原理， 通过习题课强化学科基础概念的理解， 着力提高 学生的计算思维能力 2 。3.1 计算思维培养的途径 以大学算机基础作为培养计算思维的起点，将观念转变 到计算思维意识上来。要培养计算思维意识，首先，要求教师应 具备在计算思维理念下教学的能力， 在科学理论指导下学习、 开 展以计算思维为导向的教学活动， 转变教学理念，

12、优化教学内容， 课程知识点归纳整合为不同的单元，体现为计算思维的教学内 容，构建计算思维能力培养的知识体系；其次，采用适于计算思 维培养的教学方法， 培养学生使用计算机求解问题的思维能力为 主线，从传统的知识讲授转向计算思维讲授， 逐步培养学生计算 思维认知能力， 例如在讲解操作系统进程时， 由于学生掌握知识 有限，很难理解， 以程序的实际执行为例演示系统在不同时间段 内完成的操作来直观的体现，引导学生思维。 培养利用计算机解决问题的计算思维能力，实验教学中 将计算思维与专业实践相结合。 学习计算机基础课程的目的在于 探寻计算机科学和专业应用的结合点， 并能运用计算思维及计算 机技术开拓性地解

13、决各种专业问题。计算思维是一种思维方法， 注重思维能力的培养， 进而促进学生创造性思维的形成。 计算机 是一个多层体系结构的复杂系统， 教学要回归到计算机原理， 通 过开展实验验证， 抽象问题的计算特性， 展示计算机“如何解决 问题”，设计反映计算思维和体现专业应用需要的典型案例教 学，培养利用计算机解决计算问题的能力。 建设开放性的、有助于计算思维培养的教学资源。随着 信息技术日益发展和成熟， 学习已转变为开放式的学习， 学习资 源环境也变得开放，因此，应将各种资源整合，建立教与学的支 撑平台是运用计算思维的一个关注点。 我们建立了网络综合教学 平台，通过专业建设、精品课程、研究型教学、教学

14、博客、课程 共享联盟、 教学资源中心等栏目， 形成开放性和实用性的教学资 源库，便于发挥教师的指导及学生自我个性学习， 为教与学提供 支持服务。 建立以“计算思维导向”教学的教师队伍。不同教师对 本学科专业知识的掌握较为丰富， 而对其他学科了解甚少， 受限 于知识水平和对学科的领悟能力， 在不同专业中开展计算思维难 以实施。 在课程中引入计算思维， 优化整合体现计算思维知识点 的教学内容，最大限度的发挥个体的能力，要做到这一点，教师 队伍的提高是关键。 在课程教学实践中， 组织教师对课程内容进 行顶层设计，定期开展教学心得、教学效果交流讨论，让教师更 好地把握知识点的讲授，提高对计算思维能力培

15、养的认识。3.2 教学模式为了适应我校向应用技术大学的转变， 在教学学时压缩的情 况下引入计算思维教学， 培养学生解决问题的能力， 还需要改革 当前的教学方法，我们因地制宜地将下列教学方法运用到教学 中。 摸底调查学生的基础水平，分层实施教学。针对入学新 生的计算机基础水平， 通过基础知识水平测试、 计算机应用实践 技能测试等来检验新生已掌握的计算机能力， 发掘出学生间的差 异，合理进行分层。基于计算思维的方式，根据不同起点进行课 程内容的选择与设计， 因材施教。 例如对计算机技能较差的学生 既要遵循教学的规律， 又要培养计算思维； 对那些掌握一定技能 的学生布置相应的内容，要求他们完成综合性

16、和创新性的实验。 实施专题教学，开展分组讨论学习。通过教学团队将课 程中体现计算思维的知识点整合， 之后以专题的形式布置给学生 一个“论题”或由学生自选相关的论题来讲解，要求学生以 3-5 人为一组， 收集整理资料进行自学， 尤其是一些总结性、 概念性、 抽象性方面的问题， 存在理解上的问题以及多种可能性， 比如计 算机的发展历史，什么是计算机，存储器的概念，数据以及数据 是如何存储的等等， 让学生通过收集的资料来进行汇总概括， 理 清概念和思路， 并以报告的形式向大家讲解， 各小组进行提问讨 论，最后教师以点评的方式作总结， 这样既加深了学生对知识点 的理解和掌握， 又培养了学生用计算思维的

17、方式来理解问题、 处 理问题和解决问题的能力。 任务驱动， 以案例为载体 教学法。 教学的目的是让学生利用计算思维来解决问题， 问题得 到解决即完成任务， 因此需合理引入一个一个的任务， 激励学生 积极主动寻求解决问题的思路， 并获得成就感。 教学中通过开发 大量的案例， 对完成任务所需知识内容、 解决途径及解决问题过 程出现的新问题一一列举， 引导学生理解并掌握在案例中解决实 际问题的过程如何运用计算思维方法。 基于知识情景，结合专业背景。当代社会计算机技术与 信息技术引领着社会的发展，与各个专业领域的结合越来越紧 密，而计算机基础的教学在内容上体现专业很少， 导致学生缺乏 兴趣，因此结合专

18、业特点来编写教案， 案例中融入专业知识进行 教学尤为重要。 例如对于会计专业的学生， 把专业知识与计算机 结合来设计体现专业的实验内容， 突出解决专业问题， 阐释用计 算机解决问题专业问题的思维过程。 突出实验教学地位，提升运用计算思维来解决综合性问 题的能力。 实验操作是教学中的重要环节， 是实现解决问题的直 接路径， 对计算机基本原理和核心内容进行拔高， 提炼体现计算 思维的综合教学案例和设计性案例， 强化计算思维的训练并应用 解决。有效利用网络综合平台开展创新实验教学。 “线上线下”相结合。由于课程授课学时有限，仅仅课 堂教学无法满足老师对所有的计算思维案例进行讲解。 而思维的 培养需反复训练