基于计算思维的大学计算机课程教学改革

    朱志慧+陈曈+林捷

    摘 要：当前以计算思维为核心的计算机基础课程教育改革是人们研究的热点。文章对教学现状存在的问题进行了分析，并针对这些问题提出应从教学对象、教学内容、教学方法3个方面进行改革，对改革的办法实施进行了详细的阐述。

    关键词：计算思维；大学计算机基础；课程模式

    大学计算机基础课开设以来，人们对该课程的性质和在学生培养过程中所占的地位发生了很大的变化，随之，大学计算机基础的教学内容和教学方式也在不断改革。

    1 大学计算机发展背景

    20世纪90年代，大学计算机被称为“计算机文化基础”，进行基础性和思维性的培养，但是在实际教学过程中，逐渐演变为“计算机应用基础”，侧重于软件技能的培养，而逐渐忽略了“计算机文化”的内涵，因此，该课程逐渐转变为纯粹的软件操作课程。目前，计算机基础中常用的软件逐渐普及，“计算机应用基础”课程的内容稍显陈旧，当前很多学者提出“计算思维”的概念，为了培养学生的创造性思维，应当在计算机基础的教学过程中，强调“计算思维的”培养。2010年7月，教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会发布了《九校联盟计算机基础教学发展战略联合声明》，确定了以计算思维为核心的计算机基础课程的教学改革。

    2 计算思维

    2006年3月，美国卡内基梅隆大学计算机科学系主任周以真教授首次提出计算思维的概念，她认为“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等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。”

    计算思维不同于计算机技术、计算机思维，其特征归纳如下：

    （1）概念化，不是程序化。计算思维并不等同于计算机编程，只是要求我们在抽象的多个层次上思维。

    （2）根本技能，不是刻板机械。计算思维是人们在现代信息社会中解决问题的一种基本技能，而不是刻板机械地重复。因此，计算思维应该是大学生必备的一种素质，掌握一种科技的思维方法，对专业知识的创新和发展具有举足轻重的作用。

    （3）人的思维，而非机器的思维。计算思维是人解决问题的方式，思维是人特有的方式，而计算机仅仅是机械的工具，没有思维能力。我们利用自己的聪明才智，使用计算机设备进行各种复杂问题的处理。即使缺乏计算机技能知识，也可以通过其他方式获得计算思维，增加解决问题的一种新的途径。

    （4）任何人，任何地方。计算思维的本质是抽象和自动化，但不仅仅限于计算机专业。它可以应用于任何人、任何专业、任何地方。由于计算机科学发展日新月异，每个人对它的掌握程度也不同，因此计算思维具有层次性，不同层次的思维有不同程度的创新，根据我们自身的条件，可以建立自己独特的计算思维层次。

    3 计算机基础教学现状

    目前，对计算机基础教学中引入计算思维的培养，国内外不少专家和学者进行了积极的探讨，但是，在基于计算思维的大学计算机基础教学内容改革中，主要涉及的专业为理工科类、文科、农业、医学专业等。

    3.1 计算机课程的“狭义工具论”

    《大学计算机应用基础》教程，主要包括：计算机基础知识、系统操作、办公软件、多媒体技术、数据库、网络4部分内容，在教学过程中，分为理论课和上机实验课。整个教学过程中，主要教授计算机及常用软件的操作技能，因此学生对计算机科学知识淡化，认为计算机基础仅仅是一门教授工具使用的操作课程。另外一方面，由于计算机基础课时不断缩减，课程内容较多，为了完成教学任务，课程进行速度比较快，学生对一些问题理解并不透彻，因此大大降低了学习的积极性。

    3.2 课程内容与专业关联性不强

    目前大学计算机基础的多媒体教学，主要涉及图像处理、音频、视频和动画制作3方面的内容。但是由于教学教材的编写者主要来自计算机专业，因此所编撰的内容普遍设置单一，侧重于常用软件的操作使用说明，而与所选学生所在的专业没有太大的关系，教学内容无法体现专业特色。

    3.3 学生专业的个性特点

    与普通专业学生相比，由于本校专业学生中学阶段主要精力在专业学习，因此文化基础知识掌握较差，并且在考虑问题时以感性思维为主，逻辑思维相对比较弱但富有活力和创造力，在进行多媒体的教学中发现设计的角度新颖，但是由于个性强，课堂管理难度大，传统的计算机教学方法很难吸引学生的注意力。

    4 基于计算思维培养的教学改革

    大学计算机基础教育的目的主要是培养学生具备在各个领域中应用计算解决问题的能力。为了对学生进行计算思维的培养，计算机基础课程从以下3个方面进行改革。

    4.1 教学对象的改革

    大学计算机基础课程的教育对象一般为大一新生，以浙江音乐学院为例，在课程开始前，对学生的计算机成绩进行了摸底考试，具体情况如图1所示。

    从图1中可以看到，大部分学生的成绩处于40～50分之间，说明学生对计算机知识处于一知半解的状态，70分以上的学生有30位，40分以下的也有30多位，那么在教学过程中，对于70分以上的学生，会感觉课堂的内容过于简单，而对于40分以下的则有点困难。针对大一新生对计算机基础知识的掌握不平衡问题，可以进行分层教学，根据计算机的摸底考试的成绩，分为A，B，C不同的班级，根据本班学生的实际情况确定教学内容的难易程度。

    另外，本校专业分为音乐类、舞蹈类和音乐工程类。针对不同专业的学生，所要掌握的多媒体软件不同。例如，舞蹈类学生要求学习图像处理工具，而音乐专业学生比较倾向于学习音频相关知识。因此在对学生分班的时候，尽可能地在考虑分数的同时，将相近专业的学生集中到一起。

    4.2 教学内容的改革

    大学计算机基础作为高校非计算机专业学生的第一门计算机课程，在计算思维理论的指导下，应该改变传统的授课方式，进行一系列的改革。首先，计算思维包括思维意识的培养，思维方法的理解以及思维能力的掌握，根据这3个层次的培养目标，将计算机基础课程教学内容分为“1+X”的课程体系，其中1课程的目标主要是计算思维意识和方法的介绍，X课程培养计算思维能力的掌握。其中1课程包括计算机的基本知识、计算机网络、数据库和程序设计，在授课过程中，该部分主要通过案例的形式，感受到经典算法的作用。X课程主要为多媒体技术，包括图像、音频、视频和动画，通过实际的操作，逐步掌握计算思维能力。

    在改革过程中，丰富的教学内容和少量的课时是一个比较突出的矛盾。以笔者所在学校为例，大学计算机基础分为上下两个学期，共60个学时；如果1+X的所有内容全部讲授完的话，势必会蜻蜓点水，特别是X中的包括4个方面的内容，不同专业的学生所需要掌握的软件也不同，因此根据专业特色选择必须+选修的模式。必修包括1课程和X中的与自己专业相关软件，而剩下的内容通过选修的方式进行。

    4.3 教学方法的改革

    在教学内容中，引入计算思维的概念后，课程的广度、深度进一步提高，课程难度增大，必须选择一比较灵活有趣的教学方法和手段才能吸引学生的注意力，提高课堂效率。

    首先，在教学过程中，尽可能地选择一些比较有趣的案例，并且具有专业特色，例如在电子表格Excel的讲授过程中，由于排序筛选特别是公式函数部分比较抽象，可以通過歌曲大赛排名的方式进行讲解，消除学生心理上的陌生感和排斥感。其次，可以采用项目驱动的方法，以一个实际的任务为主线串联起来知识点，学生带着问题，去讲课内容中找解决的方法，在完成任务的过程中构建了自己的知识体系；在多媒体Flash动画制作中，通过优秀学生作品的演示，激发大家的创新热情，然后用动画片片头的制作将知识点贯穿起来。学生在项目推进过程中，直观地体验到了问题分解、问题局部解决和阶段性成果有机结合在一起的思路，这正是计算思维的具体体现。最后，随着移动网络的发展，网络课程、MOOC、翻转课堂等应用比较广泛，可以引导学生通过网络来拓宽学习的途径；针对学生爱看手机的习惯，可以将课程制作动画演示和实际操作的小视频，通过第三方软件平台或者自己开发APP作为传统课程授课方式的补充。

    5 结语

    思维是人生来就具备的，计算思维也不是一种新的发明，是一种早已存在的思维活动，但是这种活动是无意识的，将计算思维引入大学计算机基础课程，主要作用是将无意识的思维变成有意识的，主要通过在具体的学习中，将这种思维潜移默化地建立起来，主动用计算思维去思考问题和解决问题。虽然在教学过程中进行了一系列的改革，学生的学习积极性增强了，但计算思维培养结果的考核无法量化，因此，在以后的工作中，可以从教学内容方面作进一步的研究。