计算思维与教学方法研究

刘雨潇 程建军

摘 要： 计算机科学技术的发展日新月异，社会需求也因此不断变化，这对高校计算机通识教育提出了新的要求，即：“培养学生的计算思维能力”。以Access数据库与程序设计课程为例，深入分析该课程的特点，将培养学生计算思维能力作为课程教学目标，通过对教学内容取舍，教学过程组织，考核方式设计等各个教学环节的探索，提出了一种新的教学实施方案以供参考。

关键词： 计算思维； 教学方案； 教学内容； 教学过程； 考核方式

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2014）11-55-02

Study on computational thinking and teaching methods

——with Access database and program design as an example

Liu Yuxiao， Cheng Jianjun

（Hubei College of Arts and Sciences， Xiangyang， Hubei 441053， China）

Abstract： With the continuous improvement and development in the field of computer science， the social requirement has changed， which has brought new requirement for university computer general education： "computational thinking ability of students." In this paper， take the Access database and programming course as an example， the characteristics of the course are discussed. Take cultivating students' computational thinking ability as the goal， through choosing teaching content， organizing teaching process and designing evaluation methods， a new teaching program is proposed.

Key words： computational thinking； teaching plan； teaching content； teaching process； assessment methods

0 引言

计算思维（Computational Thinking）是美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授于2006年3月在美国计算机权威期刊《Communications of the ACM》杂志提出并定义的。其定义是：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 [1] 。计算思维的本质是抽象与自动化。抽象是通过简化、转换、递归、嵌入等方法，进而得出问题的求解方法；自动化是充分利用计算机运算能力来实现问题求解。

2010年7月，北大、清华、浙大等九校联盟在西安对计算思维与大学计算机通识教育课程教学进行了研讨，认为培养复合型创新人才的一个重要内容就是要潜移默化地使他们养成一种新的思维方式，即：运用计算科学的基本概念对问题进行求解、系统设计和行为理解。

1 数据库程序设计课程教学现状

随着计算机科学领域研究成果的不断发展和完善，计算机科学技术已经广泛应用于其他领域。社会需求的变化，使高校计算机教育的培养目标从以前的“研究计算机本身”逐渐转变为“计算机应用”，甚至是“应用计算机”。因此，如何把学生信息能力的培养提升到或者说聚焦到计算思维能力的培养上来，这对高校计算机教育是一个巨大的挑战。

教育部高等学校计算机基础教学指导委员会2011年出版的《高等学校文科类专业大学计算机教学要求第6版》中明确提出：“大学计算机通识教育的教学目标，不仅仅要强化基础知识和应用技能，更重要的是在此基础上培养学生运用计算机解决和处理问题的思维和能力，理解计算机在问题求解过程中发挥的作用，展现计算机科学的思维方式，提升创新实践能力[2]。”在《教学要求》的第三部分“课程体系及内容”中也明确规定数据库程序设计属于高校计算机公共课程类的核心课程。

但是，在该类课程的实际教学中，普遍存在教师为教而教，学生为学而学、为考而学的现象。尽管各个高校已经对数据库程序设计类课程进行了不同程度的改革，但是大多集中于简单的分类和分层次教学，并没有明确将培养学生的计算思维能力作为教学目标纳入教学体系。本文以Access数据库与程序设计课程为例，在教学内容取舍，实践教学设计、课程考核等各个教学环节重点体现计算思维这一导向。

2 课程实施方案

经过对Access数据库与程序设计这门课程特点的分析，结合多年教学经验，将该课程的教学方案归纳成四个部分，如图1所示。

[备课][理论教学过程 实验教学过程] [考核][以计算思维为导向][以问题驱动法组织教学过程][验证性实验

设计性实验

探索性实验][重新梳理各

个知识模块][重点定位于思维和知识的结合点上]

图1 以计算思维为导向的教学方案

2.1 重新梳理课程教学内容，确立和计算思维相关的各知识模块

在教学内容的设计中，重新梳理课程教学内容，确立和计算思维相关的各知识模块。以计算思维为导向选择、平衡、取舍教学内容。将教学内容重新归纳整理，形成若干个不同的知识模块，系统梳理各知识模块内所蕴含的可见、可实现思维，引出思考点，将知识传授转变为基于知识的思维传授。

例如，作为数据库与程序设计课程讲授基本内容的关系数据库就是采用关系模型抽象表达了现实世界中的事物以及事物之间的各种联系[3]。因此，在这里我们可以将关系模型及其相关概念作为一个知识模块，重点讲述现实世界中事物信息抽象为数据库中可存储数据的过程。再如，将以上抽象思维的结果在计算机上实现，也就是建立数据库的过程，这体现了自动化这个本质，也是将理论成果应用于技术实践的过程。

2.2 以计算思维能力的培养为导向组织理论教学过程

在课堂上采取师生互动的方式，采用问题驱动教学法。首先回顾前面学习过的内容，通过学生讲述，教师引导，归纳出问题所在，由学生提出问题的解决方案，教师和学生共同论证解决方案的可行性，最后达到解决问题的目的[4]。整个教学过程由学生发言→教师引出问题→学生提出解决方案→教师和学生共同论证方案可行性→教师归纳总结等几个环节构成。

例如：数据库创建完成后，用户需要对数据库中的数据进行访问，主要包括增加、修改、删除和查询等访问操作，其中，数据查询是数据库及其应用中最常见的操作。在课堂上，可联系现实中数据查询的例子，先由学生讲述，再由老师引导出一个具体的查询问题，然后由学生提出该查询问题的解决方法，之后由老师和学生共同论证该查询方法的可行性并实现该查询，验证查询结果的正确性，最后由老师进行归纳总结，讨论是否有其他的查询方法可解决该查询问题，并比较多种查询方法的优劣性。在教学过程中老师应当正确处理理论、技术、方法之间关系。从确定性，可行性，验证性角度出发，在问题的归纳、解决方案的提出、方案可行性论证等各个教学环节体现出计算思维能力培养这一导向。使学生在理论的学习中不断加深理解“计算机在求解问题过程中发挥的作用”。

2.3 以计算思维能力的培养为导向组织实验教学过程

将实验教学过程分为验证性实验、设计性实验和研究探索性实验三大部分。在验证性实验中增加基于知识的思维性内容，学生通过验证性操作领会计算思维的思维方法。在设计性实验中有意识地培养学生抽象思维的能力，将问题归纳转化为计算机能够解决的问题，利用计算机的运算能力完成问题的求解。在研究探索性实验中体现计算思维和各个学科的交叉，实验结果具有一定的不确定性，实现手段具有多样性，通过学生的探索和研究在更大范围内拓展创新意识，提升科学研究能力和创新实践能力。

例如，在验证性实验中创建一个“教学管理”窗体，在窗体上添加若干个“按钮”控件并实现“按钮”控件的各个功能。学生在完成实验的同时仔细体会窗体中事件驱动的机制。然后在设计性实验中要求学生自己动手创建一个“教学管理”窗体下的“学生成绩管理”子窗体，分别添加“成绩输入”、“成绩查询”、“返回主窗体”等“按钮”控件并完成其功能。最后，在研究探索性实验中要求学生结合各自的专业领域，看看能否使用Access数据库中的窗体实现各个专业领域中的数据管理功能。

2.4 将考核重点定位于知识和思维的结合点上

以涵盖思维的知识点作为问题提出，以处理问题所运用的思维为填充内容，以此构成思维与知识的完美组合[5]。考试内容在覆盖知识点的基础上体现学生计算思维的掌握程度，并向思维与专业领域相结合的方向上倾斜。

将考核方式分为平时成绩、实验成绩、课程设计和上机考试四部分。缩小平时成绩和机考成绩在在总评成绩中的比重，增加实验成绩和课程设计成绩的比重。在上机考试中重点考查学生对蕴含计算思维知识点的掌握情况。实验成绩的考核向设计性实验和研究探索性实验倾斜，重点考查学生运用计算思维的实际动手能力。针对某一个或若干个蕴含思维的知识单元，布置课程设计任务由学生在课后完成，课程设计的内容上要重点体现计算思维的思想，在设计中要体现计算思维的处理方法，在效用上要尽量体现学科交叉的特点。

3 结束语

计算思维作为三大科学思维方式之一，正在改变着大学计算机教育的教学模式，成为大学计算机教育振兴的一个新途径。在本文中，以Access数据库与程序设计课程为例探讨了一种新的教学方法，通过对课程各个教学环节的改革和探索，提高了学生运用计算机技术解决实际问题的能力，这样的探索同时也是践行教学改革，培养具有计算思维的应用型人才的一个有效途径。

参考文献：

[1]王志强，刘芳芳.基于计算思维的计算机基础课程改革研究[J].中国大

学教学，2013.6：59

[2] 教育部高等学校文科计算机基础教学指导委员会. 高等学校文科类

专业大学计算机教学要求（第6版）[M].高等教育出版社，2011.

[3] 程春玲，张少娴，陈蕾.基于计算思维能力培养的数据库课程教学研

究[J].中国电力教育，2012.8：81

[4] 吕俊.大学计算机基础教学中的计算思维养成[J].计算机教育，

2013.5：45

[5] 朱勇，杨洪伟，宋小强.大学计算机基础教学中计算思维的培养途径[J].

计算机教育，2013.5：37