| 标题 | 计算思维下的计算机基础课程教学内容设计 |
| 范文 | 周扬 摘要：计算思维能力的培养是现阶段大学计算机基础教学的一个重点内容，该文主要阐述了计算思维的相关内容及其在计算机基础课程教学中的作用，以培养大学生的计算思维为核心目标，对计算机基础课程教学内容设计提出具体的措施，希望借此来促进计算机基础课程的发展。 关键词：计算思维；计算机基础课程；内容设计 随着计算机技术的不断发展，社会对计算机应用能力水平的要求不断得到提高，从而促进了计算机教学的不断改革。在教育部高等学校计算机课程教学指导委员会2013年发表的“计算思维教学改革宣言”中明确将计算思维的内涵、表达形式等作为改革的重点对象，并且指出要大力的培养大学生的计算思维。如何最大化的提高计算机课程教学的效果成为了现阶段计算机教学改革的一个主要关注点。 1计算思维概述 1.1计算思维的定义 国外部分高校从2008年起便在计算机基础课程教学中引入了“计算思维”这一概念，并且已经取得了良好的效果。随着计算思维的影响不断扩大，我国也制定了具有针对性的措施来促其发展，也举办了“九校联盟计算机基础课程研讨会”等对计算思维进行了细致的阐述和解读，深入研究计算思维和计算机基础课程教学的契合点，对其运用在计算机基础课程教学中的具体情况进行分析和探讨。 计算思维是运用计算机科学的基础概念以及所需要解答的问题、系统设计和理解人类行为等一系列需要提高计算机科学技术来实现的思维活动，是一种高层次认知水平为主导的综合性思维能力。计算思维也被认为可以创造和使用抽象的观念来对疑难问题进行解答，对数学问题进行归纳和汇总，以便寻求出高效准确的解决方案。正是由于计算思维的经济性、效益型和准确性，使其不断的渗透到了人们生活的方方面面，也成为现代教学的一个主要关注点。 1.2计算思维的特征 一是把复杂问题简单化。凭借其简化和仿真的能力，对复杂的问题进行深入的探讨，进行思维的传递和并行处理，用抽象的概念来分解问题，从而将问题简单化，使其更容易被理解。 二是具有灵活的思维方法。计算思维是利用启发式的推理来对问题进行归纳和解答，选取适合的方式进行陈述，可以在不确定的情况下及时地进行规划和解答，适应性强，具有灵活性。 三是具有折中性。计算思维是按照预防、保护和纠错的方式，从最坏的情况着手进行考虑，对系统进行快速恢复的一种思维方式。在对海量的数据进行计算的过程中，需要在实践和空间中、在处理能力和存储容量之间进行衡量，是一种具有折中性的思维方式。 1.3计算思维的核心方法是“构造” 国内外专家指出：“计算思维不是今天才有的，早就存在于中国的古代数学之中，只不过是随着专家学者的研究逐渐的将其概念和内容深化了”。现实意义上的计算思维的基础是计算机学科，其既是构造计算机的学科也是基于计算机器进行问题解答的学科。计算机学科不同的研究领域可以理解为不同计算环境下的问题求解，例如，在语言级上的程序设计和数据库设計等。不管面对什么样的计算环境，问题的表示都是问题求解的一个重要部分，所能够理解的基本计算对象就是通过这样的方式建立起的，为计算环境下的问题求解提供可能，同时在最后还要借助预防、保护和纠错等手段对计算过程的正确性进行验证。所以，从本质上来说，计算思维的核心方法就是“构造”，这里面包含了三种构造形态：一是对象构造，就是面向计算过程中的各种对象，如，硬件系统、数据组织和系统软件等。二是过程构造，就是计算形态的构造，包括分布式处理、指令的执行和分布式处理等。三是验证构造，是指在对象构造和过程构造的基础上进行有效性分析，如，系统安全性和可靠性。 从学科思维上，与计算机学科关系最密切的传统思维方法就是数学思维、逻辑思维和工程思维，计算思维并不是一个单一的、孤立的思维，而是一种具有多样性的思维模式，在系统级的问题求解中则是将数学思维、逻辑思维和工程思维进行抽象和概括后得出的。由此决定了计算机教学内容与其余专业课程的教学内容的不同点，计算机基础教学层次上的计算思维并没有要求面面俱到，而是应该注重对学生的计算机的认知能力、判断能力和运用计算机解决问题的能力进行培养。 2计算机基础课程教学内容改革的需求 由于计算机技术的日新月异的变化，计算机基础课程教学所依赖的科学和技术飞快的变化着，知识更新的周期逐渐的缩短，在以传统技能为主的应用型课程不断的滞后，教学内容枯燥死板，这种应试教育的模式不能将教学内容与学生的自身专业紧密结合，教学上也不能对学生的“计算思维”进行系统的培训。在现阶段的计算机教学中，主要的困难就是人们普遍对计算机基础教学的认识不正确，大多数人认为只要学会计算机基础的办公操作就可以了，高校对计算机的教学也不重视，教学资源不能够得到充分的利用，不能对学生的深入学习提供保障。21世纪是信息化的时代，随着信息技术的不断发展，知识更新较快，对计算机教学也提出了更多的要求，知识体系渐趋复杂，教学内容不能够很好地与时代接轨，造成了现阶段教学的主要瓶颈。 基于计算机教学的现状，要顺应计算机教学的多样化的要求，及时的转变教学观念，选取具有针对性的教学内容，体现出计算机基础教学的特点，注重对学生的思维方法的训练，强化学生的实际操作水平，更好的响应课程建设的目标。 3“计算思维”的教学内容重组设计 在计算机基础课程的教学中，为了更好的引入“计算思维”这一概念，要遵循教学内容“在组织优化”的指导思想，对计算机基础课程教学的内容进行设计，重视计算机理论基础的教学，注重基础教学，强化重点理论知识，帮助学生更好的理解计算机基础教学。例如，在教学时，对于计算机组成、数据库设计和网络知识等这些内容要重点进行讲解，进行典型的案例设计，将理论知识点融入其中，形成具有思维特色的教学内容的重组，及时的与所学知识点进行复习和整合，帮助学生的学习效果的提高。在教学内容重组设计中，主要可以对以下几方面进行具有针对性的改良。 首先就是要制定专门的章节对计算思维的相关概念进行讲解，包括计算思维的概念和计算思维的特点以及应用上进行讲解，加深学生的理解，课时控制在2课时以内。 对于信息及编码存储，在教学内容设计时要增加对信息的度量和信息二进制的表示，对布尔代数和电路表示进行处理，课时上由原来的4课时增加至6课时。 对于计算机组成及工作原理，要注重对冯诺依曼体系结构、图灵机和信息技术的讲解，课时保持4课时不变。 在计算机系统级应用上，要加强度操作系统和网络应用上的知识的讲解，并且将課时保持6课时不变。 在对数据库系统进行讲解时，要重点强调数据组织的作用，并且针对该节内容难度较大的特点，将课时增加到8个课时。 4“二进制”教学内容的案例设计 4.1改进课堂教学方法 在教学过程中，要加强与学生的沟通和互动，以计算机系统基础知识为主，设计具体的应用情景，增加两至三个问题引入情景，通过案例、研讨等活动来促进计算思维改革的进程。在具体的教学时，可以灵活运用以下教学方式： 启发式教学。它是强调启发学生的思维为主，强调学生在教学中的主体地位，通过启发和引导等方式促进学生自主思考能力的提高。 讨论式教学。顾名思义，就是将学生引人到某个具体的情景进行探讨，以一个问题为出发点，让学生在不同的观点中阐述自己的看法，提高自己的思维能力和说服能力。 参与式教学。这是一种以学生为主体、简单直观的教学手段。让学生在学习的过程中，通过自己动手参与发现问题、自主思考解决问题和对问题进行及时的反馈，可以通过团队合作或者数据收集和数据分析的方式来完成任务。 案例教学，在教学时选取具有代表性的案例来开展教学，对案例的具体情况进行分析，将相关的教学内容与案例进行结合，帮助学生更好的理解其中的核心内容，并通过自己的自主学习来扩展知识内容，提高学习的效果。 4.2教学内容设计 如同上面对教学重组的设计一样，在设计关于“二进制”的教学内容时，首先要进行进位制的概念及格尽职之间转换方法的考虑；其次就是要对计算机采用二进制的原因和二进制表示方法的具体情况进行介绍，由于此处关于知识点的理论较多，在可课时的安排不用占用太多时间；最后，对于二进制教学的难点——二进制计算问题的分析和解决等要制定特定的案例进行讲解，帮助学生的理解和吸收。 4.3教学过程设计 课堂教学是一个环环相扣的过程，要对教学的过程进行设计，充分的利用有限的课堂教学时间。在现阶段的教学中，效果最好的教学过程的就是围绕问题求解的基本过程，即通过问题的引入，寻求解决问题的思路，进而得出问题的解决办法或实现方法，式学生了解其中的核心内容。针对二进制的教学，在教学过程的设计时可以采取案例引人、提出问题和解决问题的步骤。 首先是案例引人，在这个过程中要针对教学的内容选取适合的案例，通过案例的引人让学生对二进制的概念有一定的了解，为接下来的系统学习打下基础。 其次是提出问题，以“二进制计算”为例，提出一系列的问题，引起学生学习的兴趣，例如：“二进制计算有什么特点以及二进制计算的过程等。”要强化学生的团队学习能力的培养，使其成为学习共同体，共同参与问题的讨论，让学生具有学习的主体意识，更好的投入到学习中去。 最后是问题总结。这个阶段包括知识讲解和问题反馈，在课堂教学时，要明确教学目标，对二进制的计算进行细致的讲解，注重与学生的沟通互动，及时的向学生提出具有针对性的问题，掌握学生的学习情况。知识点的讲完并不代表教学任务的结束，教师还要制定具有针对性的习题任务，对大学生课堂所学知识及时进行拓展，提高他们的思维能力。 5结束语 基于计算思维的计算机基础课程教学内容设计是一个长期的不断向前发展的一项任务。各方面要积极地参与到具体的实践中去，不断进行探索和总结经验，寻求出最有效的方法，促进大学计算机基础课程教学的效果提升。 |
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