基于计算思维的计算机基础课程教学研究

2014-04-10项芳莉

宿州学院学报 2014年4期

项芳莉

黄山学院机电与信息工程学院，安徽黄山，245041

1 高校计算机基础课程教学现状分析

目前，我国已从小学开始普及信息教育，但是，从小学、中学到大学的学习过程中，计算机基础教学并未形成一个课程体系，因此，在高校计算机基础课程教学中，既面临大学新生学习起点差的现实，又面临课程内容不断更新的挑战。

普通高校非计算机专业通常开设计算机基础必修课和选修课。必修课一般是由计算机文化基础和一门编程语言构成，其中计算机文化基础课程所有专业均开设，旨在让学生学习计算机的相关基础知识，培养学生的实际操作技能，提高学生的计算机文化素养，为后续课程的学习打下良好的基础；编程语言是根据专业发展规划和专业特色选择适合本专业的程序设计语言，旨在培养学生的计算思维能力，即学生在掌握相关知识后，具备一定的代码读写能力［1］。但在教学过程中存在两大难题：一是由于学生学习起点的差异性与教学内容的统一性之间的矛盾，造成学生学习效果不理想；二是由于教材内容更新慢，并且缺少与各专业相结合的计算机引导课程，学生掌握的计算机知识不能满足专业学习的需要。如何解决这两大难题，高校的许多同仁都在积极探索，并取得了一些有益的成果，本文在借鉴先前研究成果的基础上，提出了基于计算思维的计算机基础课程教学理念，并进行了实践。

2 计算思维与计算机基础课程教学

2006年，卡内基梅隆大学（CMU）Wing教授首次提出“计算思维”（Computational Thinking）概念，并定义如下：计算思维是指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。Wing特别强调，计算思维是“人的，不是计算机的思维”，而且，“计算思维是人类求解问题的一条途径，但决非试图使人类像计算机那样的思考”［2］。Wing更是把计算机这一从工具到思维的发展提升到与“读、写、算”同等的基础重要性，成为适合于每一个人的“一种普遍的认识和一类普适的技能”［3－5］。

计算思维一直都存在，只不过Wing教授将其清晰化和系统化。对它的理解和学习也在不断的探索中。在改革之初，计算思维是启发式教学，它不是教学内容的全部改变，更不是教学工具的改变，而只是教学方法、方式的改变。

教师授课只是帮助学生学习的一种方式，学习的主体自然是学生，在统一的“教”的活动基础上，一定要有个性的“学”的成分和过程。计算思维的提出，为教师教学指明了方向，在教学中应更加努力地引导学生开展有效的学习。在当今人、计算机、网、物之间大互联的时代，所有内容的改变都需要人们用全新的计算思维去思考如何解决问题。因此，在计算机基础课程教学中引入计算思维，对学生的知识学习、能力培养及其成长成才都具有非常重要的意义和作用。

3 计算思维的引入

近年来，Internet的发展，大数据、人工智能的进步，人类获取和传播信息的能力以闻所未闻的规模发展，这说明在当前科学技术迅速发展的条件下，计算机技术被广泛地应用到其他许多学科领域之中，众多专业已与计算机技术融合发展和渗透。生活在富于变化的世界中，社会分工越来越细，大学生对计算机应用的需要日益强烈，而且因专业方向的不同而呈现多元化。因此，大学公共计算机基础课程教学面临新的挑战与机遇：一方面是各专业与计算机技术的联系，因为计算机科学是所有计算机应用的基础；另一方面是计算机基础课程自身的挑战［6－8］。

以往的大学计算机基础教学不分文理，笼统教学，计算机应用以Office为主，编程以C语言、数据库应用为主。课程内容与专业的关系不突出，学生学习没有兴趣。笔者认为计算机知识与应用能力已成为高校学生的知识和能力结构的重要组成部分，必须更新教学内容，引入“计算思维”，提高教学质量。

如何用较少的课时描绘一幅计算机科学的全景图，尽可能地为学生提供广泛的计算机科学知识，如何全面提高学生利用计算机技术解决实际问题的应用能力、思维能力与研究能力，如何在原有基础上更新教学内容，如何组织计算思维教学过程，这些都是每位从事计算机基础教学的工作者面临的机遇与挑战。

4 基于计算思维的计算机基础课程教学

4.1 教学内容的优化与更新

以计算思维为中心的教学内容改革并不是将课程体系和教学内容“推倒重来”，而是将课程教学知识点进行大幅度更新，加大和突出与思维训练有关的知识点，让计算机基础教学成为名副其实的传授基本知识、培养应用能力、训练计算思维的课程。

依据公共计算机基础课程与专业课程之间的关系，突出课程教学的针对性、应用性和适用性，将计算机基础教育采用三个层次更为合理，即面向全校开设的计算机必修课、选修课以及与各专业相结合的计算机课程。必修课在原有基础上更新教学内容，引入“计算思维”，提出更高要求，提高学生的学习兴趣，将基础和编程思想学到位；根据公共计算机基础课程与专业课程之间的关系，开设一系列计算机选修课程作为有益补充，如数据结构与算法基础、VB.net程序设计基础、数据库技术与应用基础（ACCESS）、C＋＋程序设计、数据库技术与SQL Server应用、科学计算软件（MATLAB）、统计分析软件、网页制作与网站建设、多媒体应用技术（PhotoShop、Flash ActionScript）、计算机信息安全技术、Internet实用技术、办公软件高级应用等；利用第二课堂、课外兴趣小组、专题讨论、竞赛活动等教学手段学习与专业相结合的计算机知识，进一步提高计算机应用的综合能力。随着计算机与通信技术在经济社会中的全面渗透，教学中贯穿“计算思维”是“授之于渔”的利器。

4.2 计算思维的融入与启发

“计算思维”无处不在，计算机文化基础的每一堂课中都应融入“计算思维”。计算机文化基础课介绍整个学科的全景图，包括计算机基础知识、操作系统概述、网络基础知识、计算思维、算法基础、数据结构、软件工程和数据库基础等。例如，在讲解磁盘工作原理时，让学生思考为什么硬盘、光盘等存储设备做成圆的，为什么老式的卡片、软盘已被淘汰？演示高速旋转的盘片、径向运动的磁头来对比老式磁带的工作方式，让学生体会到当今计算机的高效性、可计算性和可操作性。数据是贯穿整个教学过程的重要概念，什么是数据？数据在计算机中的表示是什么？数据如何存储和传输？用一盏可调节亮度的灯模拟元器件的工作，是不是两种状态最稳定，最容易实现？能代替此灯的材料有哪些呢？有半导体、超导体元器件、光芯片等，启发学生理解新概念计算机，它是从根本上改变由0和1主宰的信息世界。数据要存储，需要编码，编码则需要标准，谁定的？结论是必须学习各类标准。如果数据直接存储会怎样？多媒体数据必须作压缩和解压缩处理，引导学生理解压缩中运用变换思想；数据要处理，需要数据的呈现，数据类型不同，则用到的呈现软件不同，如文本类的可以使用记事本、写字板、WORD、WPS、APPLE PAGES等，声音图像方面有ADOBE系列，必须学习和简单了解；数据要传输，涉及的硬件是介质，软件是通信协议，有 HTTP、FTP、SMTP等；数据有序地组织和存放就构成了数据库，如何管理好数据库，需要学习专业的数据库管理软件，EXCEL也是管理数据库的软件之一；当一个大的集合作为一个数据看待时，集合中的成员是什么样的关系，涉及数据结构；传授算法基础教学中用到数据，引导学生对大批量数据进行处理，必须学习文件概念，否则，谁也不想再次输入枯燥的原始数据。

总之，当计算思维清晰化和系统化后，如何通过任务驱动、项目引领实施可操作的启发式教学显得尤其重要，这些内容也在探讨之中。

计算机智慧是人类智慧的结晶，教师将教学重点放在展现计算机智慧上，为学生提供感兴趣的材料，让学生学会利用计算机去解决更多问题。教学中采用抽象工具（abstract tools）循序渐进地教学。例如，程序设计重点不是语法和编程技巧，而是侧重于程序背后的思想——算法（求和、求积、最大值最小值平均值、排序、查找等）、算法的设计方法（迭代法、递归法等），这样的教学有助于多种语言的掌握和今后的学习，起到举一反三的效果。

4.3 学法方法的选择与运用

在任何一门技术课程的学习中，今天学习的细节可能并不是你以后所需要的东西，学习是为了进一步学习，所以教师应当引导学生阅读课堂上没有讲过的内容，帮助学生学会如何自主学习。要以“广度优先”为原则，对与计算机信息技术相关的基础知识作全景式介绍，为后续层次的学习打下基础，并以经典案例展开教学，同时加强实验与实践的教学。

4.4 教学资源数字化与网络化

积累优质的教学资源，建设教学资源库，该库应包括计算机史话库、图片库、重点难点讲解库、操作演示库、电子教案库、作业库、试题库、应用案例库、文献库、实验指导库和示范授课库。资源库为课程的教学和建设提供了有力的支撑和保证。教学资源数字化和网络化不仅使教师从低层次的重复劳动中解脱出来，而且提高了教学效率和质量。只有将好的教学资源有效地为教学服务，才会得到学生的肯定。