面向思维培养的大学计算机基础课程教学改革研究

张丹　王建华　崔光佐

摘要：大学计算机基础课程教学是培养当代大学生创新能力和综合素质的重要环节。文章分析了当前大学计算机基础课程教学的新形势和计算思维培养的必要性，明确了面向思维培养的大学计算机基础课程的教学目标，依据思维培养的方法和大学计算机基础课程的特点，利用思维导图优化课堂的教学设计和教学过程，结合SAKAI网络教学平台辅助探究式和协作式学习，提出了一种面向思维培养的大学计算机基础课程混合式教学模式。

关键词：计算思维；大学计算机基础；混合式教学；思维导图；Sakai平台

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）13-3043-03

Research on Teaching Reform of University Computer Foundation Curriculum Oriented to Thinking Training

ZHANG Dan1，2，3， WANG Jian-hua2， CUI Guang-zuo3

（1. School of Engineering， Mudanjiang Normal University， Mudanjiang 157011， China； 2.School of Computer Science & Information Engineering， Harbin Normal University， Harbin 150025， China； 3.School of Educational Technology， Beijing Normal University， Beijing 100875， China）

Abstract： University computer foundation curriculum is an important part to develop innovative ability and comprehensive quality for contemporary college students. The new teaching situation of the current university computer foundation curriculum and the necessity of computational thinking training are analyzed， and defines the teaching goal of university computer foundation curriculum oriented to thinking training is defined. Then， according to the characteristics of university computer foundation curriculum and the methods of thinking training， the design and process of classroom teaching is optimized by Mind Mapping， and inquiry learning or collaborative learning is facilitated with Sakai platform. Finally， a blended teaching and learning model is proposed for university computer foundation curriculum oriented to thinking training.

Key words：computational thinking；university computer foundation curriculum； blended teaching and learning mode；mind mapping；sakai platform

1 大学计算机基础课程思维培养的必要性

随着计算机的日益普及和网络信息技术的飞速发展，计算机的操作和应用能力已经成为当代大学生必备的技能和素质。

2005年6月，美国总统信息技术咨询委员会（PITAC）向美国总统提交的《计算科学：确保美国的竞争力》报告中指出：21世纪，科学上最重要的、经济上最有前途的研究问题都有可能通过熟练地掌握先进的计算技术和运用计算科学得到解决[1]。2006 年，美国卡内基梅隆大学周以真（Jeannette M. Wing）教授明确提出了计算思维（Computational Thinking）的概念：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[2]。

2010年7月，我国首届“九校联盟（C9）计算机基础课程研讨会” 发表的联合声明指出：培养复合型创新人才要潜移默化地使学生养成运用计算机科学的基础概念对问题进行求解、系统设计和行为理解的新的思维方式，即建立计算思维；必须正确认识大学计算机基础教学的重要地位，更要把培养学生的“计算思维”能力作为计算机基础教学的核心任务[3]。

但在当前大学计算机基础课程的现实教学中，依然存在很多问题制约以计算思维为核心大学计算机基础课程的建设。

首先，部分教师和学生对大学计算机基础课程认识不足或者偏存在差。一直以来有很多人认为“计算机就是程序设计”，“ 大学计算机基础课程就是讲解Office工具软件”。这些片面的观点导致大学计算机基础课程普遍存在着“重操作、轻思维”的现象。有些教师甚至认为这些内容可以自学，不需要专门开课。学生则认为学习这门课只是学会了几种常用办公软件，因此学生常常被动学习计算机操作，对计算机科学和技术缺乏基本了解，更谈不上对计算思维和创新能力的培养。endprint

其次，大学计算机基础课程的教学内容涉及范围广、知识点多，系统性弱。一般情况下，大学计算机基础课程包含计算机发展、计算机系统、常用办公软件、计算机网络、信息检索、程序设计基础和数据库管理系统等知识模块，各个模块之间没有太多相关性。许多学生反映修完该课程后，很难有系统性的理解，获得的只是一些零散的概念以及对办公软件的基本应用能力，无法掌握利用计算机求解问题的基本思路和基本方法。

最后，当前大学计算机基础课程的教学过程虽然普遍采用计算机来辅助教学，但教师和媒体仍是教学的中心，学生仍是被动的接受者，并没有改变原来那种灌输式或填鸭式的教学模式。因此，当前大学计算机基础课程教学是包装在现代教育技术外衣下的传统教学模式。由于没有改变传统的教学模式，学生在学习的过程无法形成利用计算机求解问题的思维方式，也无法提高实际的计算机应用技能。

2 面向思维培养的大学计算机基础课程教学目标

大学计算机基础课程的授课对象是所有的在校非计算机专业学生，课程目标是使非计算机专业学生能够将计算机与信息技术应用到其所属学科，使其成为能够运用计算机信息技术与计算思维来完成实际工作的新型人才。因此，大学计算机基础课程不仅决定着学生计算机水平掌握程度，更是培养学生综合索质、计算思维和创新能力不可或缺的重要环节。

面向思维培养的大学计算机基础课程的教学目标包括基础知识与原理、基本操作技能、计算思维与能力三个层次的要求。

第一层次：大学计算机基础课程中的基础知识与原理包括计算机组成、数值运算、操作系统、汉字系统、网络结构、高级语言编程等传统大学计算机基础课程中的基本要求。这一层次以分析和认知计算环境的构成和基本原理为主，使学生在对计算机系统及环境有所了解，同时初步体会计算机问题求解的基本方式方法。

第二层次：大学计算机基础课程中的基本操作技能包括Window操作系统、Word文字处理软件、Excel电子表格、Powerpoint电子演示文稿、Visual Foxpro数据库程序设计、C语言程序设计、网络信息检索等常用操作与使用。许多学生在高中阶段已经熟悉掌握了这一层次中的部分内容，然而还有部分学生之前没有接受过计算机相关的教育。因此大学计算机基础课程的教学内容编排上，要避免这部分内容相比于高中阶段的重复教学，可以根据知识特点和学生的基础，设置与学生专业内容、生活实际相关联，或是其感兴趣的课题，开展研究性教学。

第三层次：大学计算机基础课程中的计算思维与能力包括问题阐释、问题建模、递归思维、并行处理、抽象分解、推理解答等意识和能力等。计算思维与理论思维、实验思维一起构成了人类的三大思维。计算思维培养学生发明和创新的能力及处理计算机问题时应有的思维方法、表达形式和行为习惯，要求学生能够对获取的各种信息通过自己的思维进行深层次的加工和处理，从而产生新信息。

3 面向思维培养的大学计算机基础课程混合式教学模式

面向思维培养的大学计算机基础课程混合式教学模式要以“理解计算机的基本工作原理；掌握基本的计算机应用技能；培养利用计算机进行问题求解的基本思路和方法”为主要教学目标，利用思维导图构建整个课程的知识结构，优化教学内容，充分运用Sakai网络教学平台，深化教学效果，综合采用研究式教学法、案例或项目驱动式教学法、讨论使教学法等，来完善大学计算机基础课程建设。

3.1 面向思维培养的混合式教学模式的组织

3.1.1利用思维导图优化课程知识结构

思维导图是英国著名教育学家、心理学家Tony Buzan开发的一种发散性思维可视化工具，它符合信息加工“双编码”理论的要求，将左脑的逻辑、顺序、条例、文字、数字以及右脑的图像、想象、颜色、空间、整体等各种因素全部调动起来，把一长串枯燥的信息变成有色彩、容易记忆、有高度组织性的图[4]。

思维导图把各级主题的关系用相互隶属与相关的层级图表现出来，把各知识点用颜色线条建立起记忆链接，通过联想和连线去帮助组织知识并使之结构化。

在混合式教学模式中，思维导图可以帮助教师从全局和整体的视角进行教学设计，根据课程教学目标确定教学重点和难点，构建课程知识结构，优化教学内容和教学活动。学生利用思维导图辅助学习，能够识别知识点和知识点之间的多种联系和思维顺序关系，帮助学生发现问题和探索答案。

3.1.2 构建深度的混合式教学模式

混合式学习（Blending Learning）就是要把传统学习方式的优势和E-Learning（数字化或网络化学习）的优势结合起来；也就是说，既要发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用又要充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性[5]。

混合式教学不是传统课堂教学和网络教学的简单混合，它强调根据课程的知识类型对教学方法、教学策略和教学活动进行统一的设计。教师分析课程及学习单元的教学目标，明确课程和单元的知识类型，创设丰富的针对不同教学情境的网络学习资源，跟踪和引导学生的学习行为，在课堂和网络学习的交互过程中使学生完成对问题的理解和对知识的应用。

在混合式教学模式下，教师将精细设计的案例或任务发布到网络教学平台，在课堂上引导学生进行观察分析、积极探讨，培养学生将案例或任务作为实际问题求解的过程性思维，树立学生用计算机求解问题的意识，最终形成发现问题、确定问题和解决问题的计算思维。

3.1.3 搭建Sakai网络教学平台

面向计算思维培养的混合式教学离不开网络教学平台的辅助与支持。网络教学平台的选择需要考虑教学对象、教育投资、课程类型、教学方式等许多因素，综合这些因素和混合式教学的特点，Sakai网络教学平台可以更好的完成教学目标、优化教学效果，成为了混合式教学的首选网络教学平台。endprint

Sakai网络教学平台是一个协同学习的开放源码环境，教师在平台上可以轻松地创建课程教学站点，利用通知、日程、新闻等工具可以发布教学日程安排；利用课程大纲、幻灯播放、作业、投递箱、花名册、等常规教学工具，实现教学大纲、教学内容和教学资源的发布，完成日常教学工作；利用答疑室、讨论区、邮件等工具可以方便教师与学生、学生与学生之间的在线指导、交流和协作；合理搭配练习与测试、报告、作业、成绩发布、调查、评价/评价知阵、分组等工具，可以实现多种评价方式，完成测验和测试[6]。

3.2 面向思维培养的混合式教学模式的实施

3.2.1 新生入学摸底测试

由于大学计算机基础课程的教学对象是非计算机专业大学一年级的新生，而这些新生对于计算机基础知识和应用的了解掌握程度差异很大，所以在学生入学开课之前，先对全校新生进行入学摸底测试。测试的内容、难度基本等同于大学计算机基础课程的要求。通过测试，对新生的计算机基础知识和应用各部分内容的掌握程度有所了解，为指导该课程面向计算思维提升有一定的依据。

3.2.2 探索面向计算思维的教学方案

依据学生的摸底结果和所属学科特点，将学生分成理工类和人文类，对于理工类增加C语言程序设计算法要求，偏重于基础算法及拓展知识，如高性能计算、并行算法等，对于人文类则增加Visual Foxpro数据库应用要求，更偏重数据中发现知识，如数据收集、数据管理、数据分析、数据可视化等。

具体教学采用“理论”+“实验”+“综合”的授课方式。理论课上教师不是简单地知识点讲解，更多的是集中在利用思维导图引导学生梳理新增知识点或技能和先前知识点或技能的关系，同时展示新知识点或技能的相关案例，引发学生的认知冲突，带着问题去实验课上寻求答案。而实验课上，教师提前在网络教学平台上发布教学安排，进行案例展示，提出最新的探究案例或任务，并投放相应的学习资料，学生依据教学安排，利用网络平台上的工具进行自主探究或合作讨论，将学习结果投放到平台上与教师和其他学上分享展示；在学期末的综合课上，教师发布与不同学生学习背景相关的复杂的学习案例或任务，学生将案例或任务作为实际问题进行求解，在求解的过程中比较全面的复习到之前多学习的知识和技能，最终形成计算思维。

3.2.3 改变考核评价方式

学生的思维培养和学习效果是一个动态连续的过程，因此考核评价不能简单的停留在最后的总评成绩分数上，而要通过形成性评价与总结性评价相结合的方式来评价学生的学习成果。形成性评价要主客观结合，主要包括学生出勤情况、学生作业展示、学生课堂表现、平时小测验成绩等方面；总结性评价包括学生综合课任务完成情况和最后的考试成绩。最后，将这些方面的评价按照一定比例系数组合，再组成对学生的最终评价，全面评价学生的学习效果。

4 总结

本文根据当前大学计算机基础课程教学的现状和计算思维培养的目标，提出了“思维导图”+“网络教学平台”+“混合式教学”的面向思维培养的混合式教学模式，并介绍了与这种模式相适应的“理论”+“实验”+“综合”的实施方式。通过为期一年的学习，学生能够在了解计算机基础知识与原理的基础上，掌握计算机的基本操作技能，初步形成了利用计算机解决问题的方法和思维能力。

当然，计算思维的培养不能指望一门“大学计算机基础”课程就完全实现，计算思维教学改革也不可能一蹴而就，但是，作为 21 世纪人类的必备技能，计算思维的培养势在必行[7]。

参考文献：

[1] 吴宁，崔舒宁. 以计算思维能力培养为核心的大学计算机基础课程教学内容改革研究[J]. 计算机教育，2012（7）：107-110.

[2] Wing J M. Computational Thinking[J]. Communications of ACM， 2006， 49（3）： 33-35.

[3] 九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明[J]. 中国大学教学，2010（9）.

[4] 东尼·博赞. 思维导图大脑使用说明书[M]. 张鼎昆，徐克茹，译. 北京：外语教学与研究出版社，2005：1-10.

[5] 黄荣怀，马丁，郑兰琴，张海森. 基于混合式学习的课程设计理论[J]. 电化教育研究，2009（1）：9-14.

[6] 张丹，王建华. Sakai平台应用研究[J]. 黑龙江科技信息，2011（15）：150.

[7] 甘才军，周娅. 计算机基础教学与文科生计算思维培养[J]. 计算机教育，2012（19）：20-23.endprint