基于计算思维的大学计算机基础课程教学改革的研究

摘要：分析了大学计算机基础课程的现状，以计算思维为切入点，以培养学生信息素养和可持续性发展的计算机应用能力为目标，针对目前大学计算机基础课程存在的问题，从教学内容、教学方法和考核方式方面，提出基于计算思维的大学计算机基础课程教学改革的具体方案。

关键词：大学计算机基础;计算思维;教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）06-0116-02

引言：

近几年，计算机课程教育领域关于非计算机专业大学基础课程的建设开展了积极的讨论、研究和实践，提出了与时俱进且宝贵的指导意见，提出以计算思维作为进行大学计算机基础教育和课程改革的出发点，培养大学生的信息素养和计算思维能力。自此大学计算机教育教学改革翻起了新的篇章。教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会在计算思维教学改革宣言[1]中指出：以计算思维为导向的计算机教学改革，将在很大程度上提升中国大学生的思维水平和认识境界，并以此提高整个社会对于现代技术的认知和理解。

一、大学计算机基础课程现状

自教指委要求面向非计算机专业大学生开设计算机基础课程以来，大学计算机基础课程的教学内容基本围绕计算机软硬件知识、操作系统、办公自动化软件的使用及计算机网络基本知识，采用课堂教学与上机操作相结合的教学方式开展教学。这种纯粹讲知识、教操作的教学方法导致学生只会机械地使用计算机，仅仅掌握了操作能力，不具备计算思维和可持续发展的计算机应用能力，无法达到社会和各领域对信息人才的要求。同时，随着计算机普及程度越来越高，信息技术知识和技能培养意识已在众多中小学阶段提前开展，因此，大学生在入学前基本已掌握部分计算机基础知识和基本操作技能，因此，在大学计算基础课程中，如果还是按部就班、一如既往地采用传统的教学内容，形式单一的教学和考核方法，很显然已经跟不上大学素质和能力教育的步伐，计算机基础课程改革势在必行。

二、计算思维

计算思维（Computational Thinking）是2006年由美国卡内基・梅隆大学周以真教授提出，计算思维是目前国际计算机教育界普遍关注的一个重要概念。周以真教授将计算思维[2]定义为：运用计算机科学的基础概念进行求解问题、设计系统和理解人类行为的一系列思维活动。

计算思维是一种综合性分析问题和解决问题的能力，如遇到复杂的问题能否通过约简、转化、分解等方法，把复杂问题分解成简单问题来求解;当面对一个问题时，如何对其进行建模，使其更容易实现;计算思维还可以是按照预防、保护、冗余、容错、纠错的方式，来进行系统恢复;在不确定情况下，利用规划、学习和调度，启发式推理来寻求解答。因此，计算思维是一种以高层次认知水平为主导的综合性思维能力。针对非计算机专业的学生，龚沛曾教授等将计算思维培养细分为计算思维意识、方法和能力3个维度[3]。

三、基于计算思维的大学计算机基础课程改革的方法

2010年7月，“九校联盟会议”在“第六届大学计算机课程报告论坛”中明确表示：引入计算机思维是大学计算机基础课程教学的“核心任务”。对计算思维进行详细解读，深入研究计算思维与大学计算机基础课程的契合点，分析计算思维在大学计算机基础课程教学中的体现方法与具体应用，成为了目前大学计算机基础课程教学研究的关键。

教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会在计算思维教学改革宣言中指出：以计算思维为导向的计算机教学改革，将在很大程度上提升中国大学生的思维水平和认识境界，并以此提高整个社会对于现代技术的认知和理解。

1.教学内容的组织。面向非计算机专业的学生，授课前应了解该专业和计算机结合的相关技术和领域，为学生简单介绍计算机在其领域的相关应用，引起学生的兴趣和重视。随着信息技术的重视程度越来越高，大一新生基本的入学前已掌握一部分的计算机应用技能，因此教学内容和不能再一成不变，需要有机调整。

（1）教学授课环节。目前大学计算机基础课程教学内容主要包括计算机软、硬件基础知识、信息在计算机内的表示、计算机网络基础及信息安全等、Windows操作系统及办公自动化软件Office 2010。在理论知识的讲解中，应提高深度和广度，不能纯粹地讲知识。以计算思维为导向，通过图灵机模型引入计算的本质，计算工具的演变改变了人类的思维方式和推动了科学技术的发展。在引入计算思维有关的系统设计和算法设计概念时，恰当地加入相关的案例分析，比如，通过猜数字的游戏，引入二分查找法;通过城市交通铺路的问题，引入图论中的最小路径算法等等。让学生通过具体的案例体会计算思维的理念，以提高运用计算机知识描述问题、抽象问题和解决问题的能力。最后，通过交互式使用计算机为切入点，引入操作系统中信息资源管理和交互方式使用操作系统。以及程序方式使用计算机，引入算法的概念，进一步讲解算法的设计与分析、程序设计语言和软件工程等与算法有关的概念。整个理论知识的讲解以计算思维为主线，与传统的理论教学相比，深度和广度都有了进一步的提高，符合以培养学生信息素养和可持续性发展的计算机应用能力为目标的教学大纲要求。

（2）实践操作环节。实践操作环节中应淡化操作细节的讲解，重点培养学生学习软件的能力。过去在讲这部分内容时，老师们都会很详细地介绍每个菜单甚至每个按钮的含义及使用方法，这种烦琐的满堂灌的方式，不仅会让学生产生厌烦的情绪，而且在上机操作时，部分功能和操作步骤又忘记了，还要再次强调，效果不佳。

基于Windows开的办公自动化软件Office 2010中的成员，其窗口界面、菜单组成等具有统一的风格，而且按功能组成了一个个选项卡，给学生介绍选项卡的功能含义即可，不必过多停留在细节操作上，个别需要注意步骤顺序的操作，比如Excel 2010中的高级筛选、分类汇总等需要进行讲解和演示。

以项目任务为主线带领学生一起来完成，让学生参与进来，师生共同完成。比如，Word2010讲解中，让学生首先明白word2010软件主要功能是基本文档的编辑和排版、表格的制作以及图文混排。然后，以求职简历的制作（或毕业论文的制作）为主线，将常用的功能融合进去，简单操作可以让学生上台演示，这种参与感可以大大提高学生听课的积极性和效率，遇到有难度的操作，可以结合问题导向的方法引导学生，然后再演示。通过布置上机操作作业，让学生通过上机操作，自己发现问题、解决问题。

2.教学方法的改进。采用多案例多项目驱动方法和问题导向相结合的教学方法。以计算思维为导向的课程内容[4]中由于加入了关于计算本质、自动化计算、计算机系统设计思想、算法设计及程序实现等内容，采用多案例辅助讲解，可以让学生充分理解计算机科学中一些基本的思想以及分析、解决问题和方法。比如在介绍由机械计算工具向自动计算工具探索过程中，可以以计算工具发展史上具有里程碑意义的计算工具为实例，通过介绍它们的设计思想和工作原理，让学生理解计算的本质以及人类对计算工具实现自动化不懈的追求，进而感受的自动计算的力量所在。比如在介绍常用算法时，以“百元买百鸡”、“鸡兔同笼”案例，介绍穷举算法。

在办公自动化软件的操作内容讲解时，设计具体的任务为驱动，并配合问题导向让学生主动思考问题的解决方法和步骤。比如，讲解Excel2010的图表建立与编辑时，以某服装公司的某些类型的服装销售量为数据清单，布置其任务是以此数据清单为基础建立图表，应该如何建立？步骤应该是什么？那么，图表是由数据生成的，所以图表制作的第一步一般是选择数据区域;然后需要使用建立图表的功能按钮或菜单项;最后确定图表的数值轴标题和分类轴标题等图表元素即可。

3.测评方法。多数学生缺乏主动分析问题和解决问题的意识和主动性，也缺乏利用计算机的良好特性或者计算思维方法去解决某些生活或工作中问题的能力。因此，在课程考核方面，以主张激发学习主动思考、以计算思维的角度主动分析问题和解决问题的意识为目的，采取多种考核内容相结合的方法，如课堂主动参与任务驱动环节的积极性、学生提交有关计算思维的体会总结报告、项目作业展示、上机操作的内容测试、学生共评、自评及教师评价等方式进行考核，力求客观、公平和公正。

四、结束语

通过对大学计算机基础课程现状的分析，提出以计算思维为导向的新时代课程改革的必要性，针对目前大学计算机基础课程存在的问题，从教学内容、教学方法和考核方式方面，提出基于计算思维的大学计算机基础课程教学改革的具体方案，最终实现以培养学生信息素养和可持续性发展的计算机应用能力的目标。

参考文献：

[1]教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会.计算思维教学改革宣言[J].中国大学教学，2013，（7）：8-10，17.

[2]周以真.计算思维.中国计算机学会通讯，2007，3（11）：83-85.

[3]龚沛曾，杨志强.大学计算机基础教学中的计算思维培养[J].中国大学教学，2012，（5）：51-54.

[4]战德臣，聂兰顺.计算思维与大学计算机课程改革的基本思路[J].中国大学教学，2013，（2）：58-62.