计算思维与大学计算机基础课程设置
2014-12-16卢晓东
卢晓东
摘要:计算思维能力的培养,在大学计算机教育中受到普遍关注。通过分析目前“大学计算机基础”课程的内容设置,结合教学实践讨论目前存在的一些共性的问题,提出了一些教学改革的设想,将涉及计算思维的计算机软硬件的基本原理保留在理论课中,而将涉及更新变化快的计算机应用知识和技术放在上机操作实践中,这样既能在课时有限的理论课上专注于计算思维能力的培养,又能通过上机实践掌握最新的计算机应用技术。
关键词:计算思维;大学计算机基础;教学改革
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2014)32-7672-02
1 概述
2006年,美国卡内基·梅隆大学周以真(Jeannette M. Wing)教授在《Communications of the ACM》杂志上提出了计算思维(Computational Thinking)的概念,即“运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为”,并提出计算思维应是在阅读、写作和算术之外的另一个重要的基本能力,倡导在计算机基础教育中加强计算思维能力的培养,随后,国内外著名高校普遍对在非计算机专业学生中培养计算思维能力有了充分的关注和认可。
回顾国内大学非计算机专业计算机基础教学的发展历程,1997年,教育部颁发了“加强非计算机专业计算机基础教学的工作意见”(简称155号文件),明确提出高校将计算机课程纳入基础课的范畴,并且提出了计算机基础教学的三个层次(即计算机文化基础、计算机技术基础和计算机应用基础)。随后又颁布了“关于进一步加强高等学校计算机基础教学的几点意见”,提出了高校当前计算机教学的1+X体系,并给出了具体的教学基本要求。
如何将计算思维能力的培养融入到高校计算机基础教学中,已经成为一个重要的教学改革课题,现就计算思维能力的培养和大学计算机应用基础课程的教学设置,提出一些想法。
2 当前“大学计算机基础”课程教学中存在的问题
2.1 课时安排的问题
教育部关于“关于进一步加强高等学校计算机基础教学的几点意见”明确提出了“大学计算机基础”课程的教学目标,即“了解计算机的硬件结构与组成原理、了解操作系统的功能与其中一些重要概念、了解计算机网络、数据库、多媒体等技术的基本概念、技术和应用”。并且给出了具体的教学内容和要求,和课程实施建议,教学总学时64课时,其中讲课32-48课时,上机32-16学时。
在近年的教学实践中,教学内容和进度大致安排如下:
1) 理论知识
(1) 计算机概述,介绍计算机和电子技术的发展历史和二进制的基本运算,6学时。
(2) 计算机组成原理,介绍CPU、内存、输入/输出设备的基本工作原理,6学时。
(3) 计算机软件,介绍操作系统、算法和程序设计语言,6学时。
(4) 计算机网络,介绍数据通讯知识、TCP/IP协议作用、因特网服务,6学时。
(5) 数字媒体技术,介绍文本、图像、音频、视频的原理和方法,6学时。
(6) 信息系统与数据库,介绍信息系统的开发和数据库的操作,6学时。
2) 上机操作
学习Office办公自动化相关的软件的操作和使用,包括Word、Excel、Powerpoint、Frontpage、Access,共五个应用软件,上机30学时,平均一个应用软件上机操作6学时。
在上述教学安排的具体实践中,上机操作部分能较好的达到预期的目标,通过安排的教学内容的学习和练习,学生基本能掌握相应软件的基本操作,达到相应软件的使用要求,并且能达到相应的国家(或省级)计算机等级考试一级考试的操作要求。
在理论知识教学的实践中,存在一些问题,最大的问题就是预期目标和实际效果的脱离,从教学内容的安排中能看出,各章节计划课时平均只有6学时,其中还需要穿插安排上机操作的课堂讲解,所以实际的各章理论知识的课时不足6学时。在短短6个学时不足的课堂教学中,很难真正完成相应章节基本知识和理论的讲解,同时,学生也很难在这样短的时间里领会相应章节的基本知识和基本原理。
教育部“关于进一步加强高等学校计算机基础教学的几点意见”中提出,“大学计算机基础”课程应该类似于大学物理、大学化学等其他基础课程,内容较为稳定、规范和系统。
但是在实际教与学中很难达到这样的目标,仅就知识概念而言,“大学计算机基础”理论知识几乎涵盖了计算机专业的大部分知识概念,各章节在不足6学时里,仅仅概念的陈述都很难做到透彻,更不要说深入细致的讲解和反复的练习和巩固了。实际的教学状况往往是,教师在课堂上赶进度,而学生往往反映听不懂、或者听不透,来不及消化、理解和记忆,甚至使得一部分学生对课堂学习失去兴趣,对课程学习目标茫然。这种状况亟待解决,课程的学习效果,与课程内容的科学设置密切相关,有必要重新审视“大学计算机基础”课程内容的设置和安排是否合理和科学。
2.2 教材内容组织的问题
目前各高校“大学计算机基础”教材版本较多,基本都是按照教育部的颁布的对该课程的教学基本要求组织编写的,其内容基本都是计算机专业各门课程的简化和浓缩,其中涵盖了“计算机组成原理”、“数字逻辑”、“算法与程序设计”、“操作系统原理”、“计算机网络”、“多媒体技术”、“数据库原理与应用”等课程的基本知识和概述,这些课程中,每一门课程的学习都需要50-60课时以上的学习时间,“大学计算机基础”课程教材内容,相当于把300-400课时以上的多门课程的内容,压缩到一门课程中,要求在30-40课时中掌握,即使只是要求掌握最基础的部分,也是很难做到合理安排的。
目前各版本的教材的内容,基本就是大量名词和概念的简单罗列,知识体系不够完整和科学,加上计算机科学发展迅速,知识更新很快,一些课本知识很容易变为陈旧,很难做到像大学数学、物理、化学那样稳定、规范和系统,学生在阅读教材时,容易陷入“似懂非懂”的状态,或者只能是“走马观花式”阅读,很难做到对具体内容的透彻理解和掌握。endprint
如何组织好“大学计算机基础”课程的教材内容,做到像大学数学、物理、化学课程那样的稳定、规范和系统,这也是一个需要研究的课题。
3 结合计算思维能力的培养探讨“大学计算机基础”课程内容设置
大学课程教学的目的是为了让学生掌握知识和原理、提高解决问题的能力,所谓“学以致用”,即为了实际应用而学习,所以是否能解决实际问题,成为检验学习效果的一个重要考量,所以课程内容的设置,应该以“可理解的、可运用的、可验证的”作为选取思路。
其中“可理解的”知识,是指学生在已有知识储备情况下,确实能理解其含义。“可运用的”知识,是指该知识能解决一些典型问题;“可验证的”是该知识能用来举一反三,解决实际工作或者未来工作的一类或者几类问题。
计算思维能力的培养,之所以受到关注和认可,是因为计算思维强调运用计算机科学中的概念与方法来解决现实中的各种问题,符合“学以致用”的理念,当今世界,计算机技术在各行各业都有应用,各行各业的专业人员都需要学习和掌握计算机的使用,更需要运用计算机科学中的解决问题的方法和思路来解决各自专业中的问题,所以计算思维能力的培养和大学计算机教学的目标是一致的。
计算思维的核心是“抽象与分解”,结合大学计算机基础课程的内容,也需要“抽象和分解”,简单的说就是需要提取课程中的基本原理,重点介绍,化简和舍去无用的枝叶,以是否能解决实际问题作为目标,改革课程内容的设置。
将课程内容的设置分为两部分,理论课讲解不变的理论,实验课实践最新的计算机应用。具体来说,针对理论学习和实验操作有如下两个建议:
3.1 在理论课中保留不变的理论
对计算机科学来说,不变的部分是计算机组成原理,即“程序存储控制”原理,几十年来没有变化,算法的基本思想几十年来没有变化,而这些基本原理正是计算思维中的重要思想方法,将这些计算思维的基本原理,作为理论知识,通过课堂详细讲解,要求达到理解和能运用计算思维解决和分析实际问题的程度,即在理论课上只讲计算机组成原理和算法的基本思想。
3.2 把变化快的计算机具体应用技术安排在上机操作中
计算机科学的应用技术,往往更新较快,例如,计算机网络应用、多媒体技术应用、数据库应用,这些知识内容变化快,新的技术不断涌现,旧的技术很快淘汰,对于这部分内容不必详细讲解,只需通过安排相应的实验操作,尽量选取最新的应用技术,让学生在实践中去体会和掌握。同时,对于新的技术应用也可结合不同专业应用的需要,以开设选修课的方式进行安排。
3.3 教材内容的组织
对于教材内容的组织来说,同样分为两个部分。要求理论教材内容少而精,充实符合计算思维的计算机科学基本思想,即计算机硬件的基本原理和软件(算法)的基本思想。将变化更新快的计算机应用技术部分,放在上机操作指导当中,在上机操作课中,简单介绍概念,强调通过实际操作,解决实际问题,来体会和了解和认识计算机最新的应用技术。
4 小结
本文探讨了将计算思维融入当前的“大学计算机基础”课程教学当中,尝试提出一种教学改革思路,即在理论课上保留和加强计算思维能力的培养,而将计算机应用技术和知识放在实验操作中去学习和体会。
参考文献:
[1] Wing, Jeanette M.Computational thinking[M].Communications of the ACM,2006,49 (3).endprint