基于計算思維的大學計算機基礎課程教學內容設計

賀晶晶++傅凌云

摘要：計算機基礎教學的核心任務是計算思維能力的培養，文章通過分析“計算機應用基礎”課程教學內容設計中存在的不足和問題，以培養計算思維為核心目標，思考和探討“計算機基礎”課程的教學內容設計的原則，并從計算思維培養、課程內容重組、教學實施等方面給出教學內容設計實例，為計算機基礎類課程改革提供實踐基礎。

關鍵詞：計算思維；大學計算機基礎課程；課程教學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）07-0116-02

1 計算思維簡介

自從2008年美國部分高校已經在大學基礎課程教學中引入了“計算思維”，并取得了很好的效果、英國計算機學會的相關專家和學者也對計算思維進行了深入學習和研討。在我國，2010年7月，教育部高校計算機基礎課程教指委組織九所首批“985”學校舉辦了“九校聯盟計算機基礎課程研討會”，并發表了“九校聯盟計算機基礎教學發展戰略聯合聲明”的會議決議。此次會議報告中明確表示引入計算機思維是大學計算機基礎課程教學的“核心任務”，并對計算思維進行詳細解讀，深入研究計算思維與大學計算機基礎課程的契合點，分析計算思維在大學計算機基礎課程教學中的體現方法與具體應用，成為了目前大學計算機基礎課程教學研究的關鍵[1]。

著名學者周以真教授提出計算思維是運用計算機科學的基礎概念及你想那個問題求解、系統設計和理解人類行為等涵蓋計算機科學廣度的一系列思維活動。CMU Computational Thinking Center認為計算思維意味著通過創造和使用不同層次的抽象以有效理解和解決問題.；計算思維意味著算法化思維（thinking algorithmically），通過應用數學概念（如歸納）尋求更高效、公平和可靠的解決方案；計算思維意味著從效率、經濟和社會等角度理解規模的重要性。

計算思維不僅滲透到每一個人的生活里，而且影響了計算機學科的發展，創造和形成了一系列新的教學理念和教學模式。

2 大學計算機基礎課程教學內容改革的需求

目前，大學計算機基礎教育在教育理念、教學內容及教學方法等方面，還存在一些問題，面臨一些挑戰。計算機基礎教學一直以來存在著“計算機基礎課程就是講解Windows操作系統、Office辦公軟件等常用軟件操作的一門課程”等觀點，老師也主要講解常用辦公軟件的具體操作，而對培養學生運用計算思維來解決專業問題的能力沒有引起關注；教學內容采用模板式的教學目標、教學重難點，未能將教學內容與學生自身專業緊密結合，為專業提供服務；教學方法也只著重重要知識點的灌輸，忽視了對學生“計算思維”的養成訓練。

1）對計算機基礎教學具有片面認識

大多數人存在計算機只會常用辦公軟件操作就可以，計算機就是一般程序設計等不全面的觀點，高校對計算機基礎課程不重視，學時一度被壓縮，教學資源得不到充分配置，其次，學生學習計算機基礎課程的態度也不重視，覺得可學可不學，有的學校教師認為大學計算機基礎課程可有可無。

2）信息技術發展迅猛，知識體系龐雜，內容更新快

當今是信息社會，隨著信息技術的快速發展，對計算機課程的教學提出越來越高的要求，知識構成龐雜，教學內容需要緊跟時代腳步，更新變化非?？?，這與計算機基礎教學相對有限的學時和有限的教學目標形成了矛盾。

當前形勢對計算機基礎教學提出了更高要求，對計算機基礎教學的多樣化要求，和計算機技術內容新穎化也提出了更鮮明的要求?；诖?，我們不需轉變以前的觀念，需要選定相對合理、能夠體現計算機本學科核心思想及方法的重要內容，更加突出思維方法的訓練，用以滿足有限的課時應對教學改革的壓力和不斷更新的技術，擺脫以“操作技能”培養學生計算機能力造成的“危機”，更好地詮釋課程建設的目標，更好地體現計算機基礎教育特征。

3 基于“計算思維”的教學內容重組設計[2]

為了更好地將“計算思維”引入到計算機基礎課程的教學中，遵循教學內容要“再組織與優化”的指導思想，增加計算理論基礎的教學、加強算法與程序課程講解、計算機系統基礎突出重點，例如重點講解計算機組成、網絡、操作系統、數據庫、軟件工程等，進行典型案例設計、進行符合思維習慣的教學內容重組。兼顧原有的知識點，進行有針對性的提高，具體見如下表所示：

4 以“二進制計算”教學內容為案例設計

1）改革課堂教學方法

教學中以計算機系統基礎知識為主，增加少量的問題求解，通過對傳統框架下進行改革與提升，通過案例、研討、活動等手段推進計算思維的改革。課堂中采用的教學方法有以下幾種[3]：

啟發式教學，以學生為主體，采用多種方式，啟發、引導學生積極思維，探索問題，分析問題，解決問題，激發學習。

討論式教學，引導學生為解決某個問題進行探討，形成不同的觀點并得以進行知識的碰撞，促進學生靈活運用知識。

參與式教學，主要以學生為中心，直觀形象的教學手段。學生自己動手、動腦，積極參與發現問題，解決問題，其中以團隊協作的方式，通過數據收集、數據分析等方式來完成任務。

案例教學，通過對案例的選擇與分析，引入相關單元的核心問題和基本思路，講解討論核心內容，自學拓展知識內容，讓學生融會貫通。

2）教學內容設計

教學的主要內容包含：第一，進位制的概念及各進制之間的轉換方法；第二，計算機采用二進制的原因及二進制表示方法；第三，二進制計算問題的分析及解決。教學難點我們設定為數的表示范圍與計算思維的培養

3）教學過程設計

教學中具體教學過程：

① 提出問題：以“二進制計算”教學內容為例，提出問題。例如：什么是進制的概念？同學們了解過二進制的概念嗎？

② 明確教學目標：掌握二進制與計算。

③ 學情分析：提問評估學生學習本知識的背景知識。

④ 案例剖析：引入案例，進行案例分析，組織學生參與式學習，以“二進制數值表示的范圍和換算”為例，課堂可以設置數模轉換、進度管理、CPU工作方式等任務驅動。學生在這個環節為主體地位，自己動手、動腦主動參與進來。

⑤ 問題求解：重在算法和程序的體驗

⑥ 總結反思提高：注重學生的反饋信息，布置課后作業拓展提升。

課堂主要教學片段設計思路如下[4]：

5 小結

計算思維是人類三大科學思維方式之一，它作為一個問題解決的有效工具，正在改變著大學計算機基礎教育的教學模式[5]。

大學計算機基礎課程教學中，其內容設計中關鍵點是要落實計算思維的教學，我們可以對以前的知識進行重組和優化，并合理引入培養計算思維的新的知識點，進一步尋求一種切實可行的操作方法并具有適應性和普遍性，可以進行高校范圍內推廣嘗試。

參考文獻：

[1] 孔德宇，徐久成.基于計算思維的大學計算機基礎課程教學改革與創新研究[J]. 計算機教育，2014（9）.

[2] 李暾.計算思維教學的內容設計[J].計算機教育，2013（5）：24-28

[3] 彭國星.基于計算思維的“大學計算機基礎”課程教學改革[J].湖南工業大學學報，2013（7）.

[4] 劉越.以計算思維為切入點開展大學計算機基礎課程改[EB/OL]. （2011-05-04）.http：//www.enetedu.com/index.php/Coursewarefile/SupportResources.

[5] 何欽銘，陸漢權，馮博琴.計算機基礎教學的核心任務是計算思維能力的培養[J].中國大學教學，2010（9）：35-39.

[6] 何明，陳衛衛.基于計算思維的大學計算機基礎課程改革方法探析[J].計算機工程與科學，2014（4）：15.

[7] 王移芝，魯凌云.以計算思維為航標 拓展計算機基礎課程改革的新思路[J].中國大學教學，2012（6）：15.