基于计算思维能力培养的计算机基础课程教学研究

胡 乐 杜晓静 何秋燕

（镇江船艇学院 江苏 212003）

0 前言

信息技术的核心是计算机技术，而《大学计算机基础》是培养学员计算机能力的一门基础课程。中国高等院校计算机基础教育改革课题研究组在2008年提出，对大学员计算机应用能力的三大要求是：操作使用能力、应用开发能力和研究创新能力。

随着信息化教育的普及，传统的计算机应用技术课程在中小学中已经得到了很好的推广，许多大一新生已经能够比较熟练的操作计算机了。如果还是主要教学员使用计算机，仅仅把计算机作为一个工具，不仅不能吸引学员，而且还会使很多学校的领导认为计算机基础这么课程可有可无，学时被压缩。

1 计算思维与大学计算机基础教学改革

周以真教授在Communications of the ACM杂志上给出计算思维(Computational Thinking)的定义：计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计和人类行为理解，它是涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。

根据周以真教授的设想，一个已经具备计算思维能力的人，如果他遇到了一个问题，他能够理解其哪些方面是可以计算的；能够使用相应的计算工具或技术进行评估，能够理解计算工具和技术所具有优点和缺点；能够用它去解决新的问题；能够抓住使用新的计算方式的机会；能够在任何领域应用采用相应计算方法。而对于已经具备计算思维能力的科学家、工程师以及其他专业人士来说，应该能够创新的计算方法来解决具体的专业问题，能够通过对海量数据分析而得到新的科学发现，能够提出之前没有想过或者由于问题的规模不敢提出但能够用计算思维进行处理的问题，能够使用专业的术语对问题及其解决方案进行解释等等。

2010年7月，首届“九校联盟(C9)计算机基础课程研讨会”就目前计算机基础教学存在的问题进行了研讨，并就如何提高计算机基础教学形成以下共识：1)计算机基础教学应注重培养大学员创新能力和提高大学员综合素质。2)把培养计算思维作为计算机基础教学的核心任务。3)进一步确立计算机基础教学的基础地位。4)加强基于计算思维的大学计算机基础教学改革探索。

2 计算机基础教学改革建议

2.1 转变教学观念、重建教学模式

在大学计算机基础课程中实施了“以计算思维为导向”的教学模式，突出了对计算机系统设计思想的理解和对计算思维能力的培养。计算机基础教育的核心是要潜移默化地使学员养成一种新的思维方式，学会运用计算机科学的基本概念对问题进行求解、系统设计和行为理解，即建立计算思维。为此，在计算机教学过程中，我们改变了传统的知识讲述方式，利用思维导图对知识进行归纳和演绎，有意识地以提出问题、分析问题、解决问题的“探究式”教学方法来介绍计算机系统设计的基本思想，强调计算机领域的思维方式(如并行、折衷、贪心、分治、回溯等)，体现知识之间的联系。

例如，在介绍计算机系统的存储管理时，我们采用了如下的思维导图：中央处理器—＞内存—＞虚拟内存—＞磁盘存储器，强调该例体现了计算机领域速度与容量“折衷”的思想。再如，在介绍计算机编码技术时，我们采用了如下的思维导图：“0”、“1”二进制编码—＞数值的编码—＞字符的编码—＞汉字的编码—＞声音的编码—＞黑白图像的编码—＞彩色图像的编码—＞视频的编码。这一思维导图能够帮助学员建立连贯的知识体系。通过对知识的归纳和演绎，突显了对计算思维能力的引导，使得同样的教学内容，达到了截然不同的教学效果。

2.2 加强教学方法与手段的研究

在理论教学中以培养学员应用计算机和计算思维解决实际问题的基本能力为核心，注重基础知识的教学，加强对问题求解、设计与实现模型的学习与训练。改变以往技能讲解学习为基础的培养方式。例如，在学习计算机网络中，我们从一台计算机到多台计算机与各种电子设备的集成入手。这时就会产生各个设备如何进行连接，尤其是当连接的设备距离较远甚至跨省市或国家时如何处理?再有各台设备所使用的操作系统平台不一样、利用电话又是如何实现数据间的通信处理等等一系列问题。这些问题就引出了网络的传输介质、连接设备与网络协议等概念。进而让学员学习相关知识，自然且易理解，进而达到举一反三的效果，

而实验内容则侧重学员的计算机基本技能的训练和综合应用能力的培养，按照基础实验、拓展实验和创新实验进行分层次教学。学员依据理论教学要求和自身的基础，选择必做以及选做的实验。通过分类分层的多元化教学模式和一系列实验训练。培养学员计算思维和数据获取等方面的能力，探讨新教学方式对学员学习的益处和改善点，以“技能一能力一思维”的三层培养目标为核心，加强计算机应用技能对各专业的学员专业研究与开发能力的支撑。全面提高学员的计算机文化素养。

2.3 增加实验内容的综合性和趣味性

传统教学策略在设计实验内容时，更多的是增加学员的感性认识和上机实验能力，缺少趣味性和综合性，忽视了计算思维能力的培养。由于大学员对新鲜事物好奇，有着丰富的想象力，因此，好的实验内容设计，要尽量趣味化，贴近生活，给学员留出创新思维的空间，强调问题抽象、求解思路和形式化描述。

在实验内容设计时，除要求学员完成一般基本的题目，还适当给出一些综合性的题目，要求学有余力的学员完成，并给予适当的指导。同时，网上学习中心平台还给出相关计算思维的文章和学习资料，要求学员在学习之余阅读，并提交学习的体会。

2.4 提高考核标准的基础性和实用性

以计算思维为核心的课程改革正在不断地探讨和深入，实施中还会遇到一些问题需要解决和面对。对于该课程的考核标准，我们认为应该体现“大学计算机基础”课程在高等教育中的基础性地位。对于技能性要求的内容，要求学员必须要达到考核标准，具备在信息化社会中熟练使用和操作计算机的能力，这些技能型知识的学习通过大学计算机基础实验课程来完成。对于思维性训练的教学内容，则应该精心设计考核内容，检验学员通过课程的教学获得了哪些思维方法，检验学员抽象问题、解决问题的思路。

3 结束语

将计算思维理念引入计算机基础教学中，培养学员运用计算思维来解决各类问题的能力，对当今大学教育来说是一个有力的挑战。大学计算机基础课程的改革探索就是为此所做的工作之一，由过去单纯介绍计算机知识，变为有应用目标地学习知识，将专业性很强的计算机科学知识点，变为逻辑上合理、学员易接受的知识单元，不仅增强了学员的学习兴趣，还有助于计算学科中各种知识的普及。实践教学也证明，课程的改革还能大幅度地提高教学质量与教学效果，对今后进一步培养学员解决实际问题和研发创新能力有重要的理论指导作用。

[1]中国高等院校计算机基础教育改革课题研究组.中国高等院校计算机基础教育课程体系2008[M].清华大学出版社.2008.

[2]Jeannette M W.Computational Thinking[J].Communications of ACM.2006.

[3]钦铭,陆汉权,冯博权.计算机基础教学的核心任务是计算思维能力的培养——<九校联盟(C9)计算机基础教学发展战略联合声明>解读[J].中国大学教学.2010.

[4]董荣胜,古天龙.计算思维与计算机方法论[J].计算机科学.2009.

[5]黄朝辉,陈志辉.基于计算思维的大学计算机基础教学改革探索.宜春学院学报.2013.

[6]唐鸣.大学计算机基础课程教学中计算思维能力培养研究.计算机光盘软件与应用.2012.