基于计算思维的大学计算机教学改革与实践

刘永娟 劳 毅 徐奕奕 莫海宁 陈集炎

（广西科技大学，广西 柳州 545006）

基于计算思维的大学计算机教学改革与实践

刘永娟 劳 毅 徐奕奕 莫海宁 陈集炎

（广西科技大学，广西 柳州 545006）

现在的大学计算机基础教学，应该训练和提高当今大学生的计算思维和计算文化素养。本文分析了目前大学计算机教学中存在的问题和面临的困难，提出了提高学生计算思维能力的大学计算机教学改革和实践措施。

计算思维；计算文化；改革与实践

1 引言

随着计算技术的发展，人们的日常工作和生活已经离不开计算技术，因此计算思维必然与实证思维和逻辑思维一样，成为一个现代公民必须掌握的基本思维模式。同时，由于人和社会的活动越来越依赖计算机和各种通讯设备，这些大量的数据存在已经迫使我们必须从新的角度看待个人的权利和隐私、社会的结构和行为以及国家的经济安全和政治稳定，从这个意义上讲，计算思维教育已经不仅是个人能力提升的问题，而且是影响到国家的发展战略和安全的一个严重而急迫的大事。国内外一些专家敏锐地捕捉到这一影响全球未来的新动向，在各大会议上提出了加强计算思维研究和教育的建议[1-3]。

2 大学计算机基础教学中面临的挑战

2.1 课程定位的误区

大学计算机基础这门课以往主要讲授一些计算机操作系统和一些应用软件的基本操作和计算机硬件基础知识。随着我国信息技术教育在中小学的不断普及，加上计算机已经走进了千家万户，智能手机的普及等等，对大学生来说已经非常容易掌握计算机基本操作，因此，有些学校认为这门课可有可无。而且，不少人甚至错误地认为计算机专业学生才需要掌握计算机理论知识，对非计算机专业的学生而言，只需掌握计算机基本操作和基础知识就够了。

课程地位认识的误区导致在教学方面就是各高校普遍压缩该课程的学时，甚至有些院系专业的教学计划中已经将该课程取消；导致学生普遍认为该课程非常简单，这门课程可有可无，学生逃课现象严重。

事实上这门课程的一个重要的课程地位就是培养大学生的计算技术和计算文化素养，为利用计算技术解决专业相关的问题打下良好的基础。想要利用计算技术解决专业相关的实际应用必须要有一定的计算技术理论知识做基础。因此，我们对这种错误认识需要足够重视，并积极采取一些应对措施，确定“以计算思维为核心，在计算文化的引领下，逐步重构大学计算机基础教学”的改革思路，把“大学计算机基础”相关课程定位于“具有大学水准的基础性课程”，改革当前大学计算机基础教学内容、教学目标和教学模式，将其地位提升到与大学物理、高等数学同一位置。

2.2 学生“差异性”和积极性对教学的影响

一方面，大学一年级的学生入校时对计算机基础知识的掌握程度参差不齐，不利于教学的组织。另一方面，大学计算机基础理论部分的教学内容，对大学一年级学生而言学生普遍感觉讲授内容就如计算机专业知识的大拼盘，与实际结合不紧密，与自己所学专业也不够贴近，学完感觉内容多、抽象且难度较大，上完课程却还是不会用，导致学生的学习积极性也不高。

2.3 师资投入不足对教学的影响

首先，随着高校的扩招，高校承担计算机基础教学工作的教师大都教学任务繁重，加上学校重自然科学的研究，轻教学，使得教师大都忽略了教学理论的钻研。其次，缺乏优质的师资队伍，专任教师人数少，还有相当一部教学工作量由其他部门的教师、或如行政、实验室人员担任，教学队伍复杂。再者是计算机学科发展非常迅速，教师也将疲于跟踪和更新教学内容。长期以来存在着将变化较快的计算机技术作为计算机基础课程的主要教学内容的认识和做法；缺乏从计算是人类普适的通用的思维模式这一高度着重培养学生思维方式的认识和做法。

2.4 课程考核机制对教学的影响

多年来，大学计算机基础课程一直由区教育厅组织统一考试，通过率成为大学计算机基础教学的指挥棒，也逐渐变成教学质量的唯一终端监测工具。教师围绕通过率这一目标组织教学，计算机基础教学变成应试教育。以往统考的内容，偏重知识的记忆，笔试题型为客观选择题型，没有主观或开放性的题型，甚至是侧重于计算机工具技能掌握的机试也变成死记操作步骤的考试，对学生综合素质和创新能力的考核普遍不足。教师的教学和学生的学习局限于统考大纲划定的范围和考试的重点，不利于学生思维能力的培养和解决问题能力的提高。根据区教育厅《关于停止全国高校计算机联合考试广西考区考试的通知》（桂高教[2014]63号）文件精神，从2014年下半年开始，计算机基础课程由各高校自行组织考试。由统考变自行组织考试，对我校计算机基础教学来说，即是机遇也是挑战。

以上问题引起了我们对于现有的计算机课程深刻的反思：授之“鱼”不如授之“渔”，即在新的教学过程中，学会一门技术比理解一门技术更重要。我们在教学过程中要让学生学会从演化的角度，而不是静止的角度来看待问题和分析问题；我们应该注重引导学生面向问题时，养成建立模型的习惯，从本质和规律上把握问题的关键；我们要教会学生在使用计算机解决问题时，要习惯于资源（能源、时间、空间、带宽、体积、用户等）受约束条件下的解决方案，而不是一般的统而化之、不讲成本、不顾环境、不考虑用户体验地解决问题方式。也就是说，我们要加强对于学生使用计算机解决问题的基本思维和方法论方面培养，如何让学生像计算机科学家一样的思考，这才是当前教育所缺乏的内容。

3 培养大学生计算思维的有效措施

3.1 注重计算思维理论研究

自然和社会系统内部禀赋着丰富的属于计算的演化规律，特别是随着计算机技术的进展，人们进入了“计算”时代。计算伴随着电子计算机的出现迅速发展，成为新兴交叉学科，影响到几乎一切科技领域，计算思维成为重要的影响人类认识世界和改造世界的思维方法。我们把计算思维划分为三个层次，计算思维的培养并不是要代替对于技术、知识和能力的培养，相反，它与技术、知识和能力培养呈现递进的关系[4]，如图1所示。

图1 计算思维的三个层次

3.2 围绕“计算思维”能力提升为本的教学理论研究，加强教学的针对性

教学方法如何融入前沿性和时代性，激发学生兴趣，培养计算思维能力，传播计算文化正能量，跨越具体知识型/技能型教学与未来计算能力需求之间的鸿沟成为我们应重新思考的重大问题。注重在新的教学理论指导下，坚持以计算学科中的基本问题和知识作为导向，引入计算技术中一些经典案例激发学生对计算技术的兴趣，围绕计算思维的练习来强化学生的理论知识，通过围绕计算思维而设置的实验来加强学生对计算思维的了解和运用。

3.3 将理论研究转化为教学成果，全面更新和精心设计教学内容

以优质教材的建设为核心，在教学实践和理论研究的基础上，总结经验，推出教材《计算思维——计算学科导论》，从理论与方法论的角度阐述有关计算和计算机最基本的特征和问题，学生如果能够从基本层面掌握这些内容，自然会对他们将来正确应用计算机解决问题产生本质上的影响。

3.4 探索新的教学模式，提高认知能力

大学计算机基础教育不应当仅限于计算机基础知识和软件技能的传授上，枯燥的课程会抵消学生对计算机的兴趣，造成思维的僵化，不利于学生在计算学科的继续学习，因此，在大学计算机基础教育中，教学的模式也要灵活多样，既有教师课堂上的讲授，有学生的上机实践操作，又要有课后MOOC的学习。还可以使用例如翻转课堂、小论文、小组讨论学习等教学方式。教师要侧重引导学生对计算思维和传统思维进行横向比较，发现计算思维的优越性，启发学生的计算思维，开拓思维空间，使学生自觉自愿地去接受计算思维，从而培养了学生的计算思维。引导学生“像计算机科学家一样思考”，并能在今后的专业学习中，拓展解决专业领域问题，具备更加全面、更加灵活、更加新颖的解决问题的方法与能力。

3.5 多样的考核方式

摒弃传统的“一张试卷定乾坤”的考核方式，提出基于分组讨论、组间竞争、多头评价的有效性分组考核方法，增加论文、作业、课堂表现及参考阅读等成绩考核中的比重，综合考核学生的主动学习能力、团队协作能力、查阅文献、表达、反应能力以及创新思维能力，既不放弃“知”的考核，更看重学生“习”的考核。

3.6 加强网络教学平台建设

与超星尔雅和电子工业出版社合作“计算思维MOOC平台建设”,网站提供了大量的教学电子资源，学生可以在任何时间任何地点进行自主学习，极大的提高了学生主动学习积极性和灵活性，同时也满足了不同层次的学生的学习需要，同时，网络教学平台减轻了教师一些负担，也对教师们也起到了“传”、“帮”、“带”的作用，也满足了教师教学的需要，可以整体快速提高这门课程的师资队伍的素养。

3.7 从计算思维到计算文化的提升

人和社会的活动越来越依赖计算机和各种通讯设备，计算文化凸显。计算思维教育和计算文化弘扬已经不仅是个人能力提升的问题，而且是影响到国家的发展战略的一个严重而急迫的大事。因而，拟在上述研究和实践基础上，发现计算之美、提炼计算文化现象、把握计算文化的核心价值，将视角从计算思维放眼到计算文化，突破在高校传统的计算机教学中，只谈技术、不谈文化，只讲物质的设备，不讲非物质的文化的“普遍现象”。

4 结束语

我校首先在2011级开了选修课，然后在2012级至2014级进行“计算思维导论”课程试点班教学，2015级开始在全校范围内全面普及计算思维的教学。取得了较好的教学效果，同时也受到了同行和学生的一致好评，学生参加广西区教育厅组织统一考试取得了90以上的通过率，参加各种软件应用大赛也获得优异的成绩。如何将这些新的教育理念落到实处使广大学生真正受益，挑战和机遇同在，值得我们继续深入的去研究和探索。

[1]Jeannette M.Wing.Computational Thinking[J].Communication of the ACM．2006，49(3)：33-35．

[2]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)，4，9．

[3]董荣胜．《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》呼唤教育的转型[J]．中国大学教学，2010(10)：14-15．

[4]唐培和，徐奕奕．计算思维——计算学科导论[M]．北京：电子工业出版社，2015：4-5．

[5]宋艳辉，浅议知识时代信息管理专业学生知识能力的培养．电脑与电信，2015，4：77-78．

Reform and Practice of University Computer Teaching Based on the Computational Thinking

Liu Yongjuan Lao Yi Xu Yiyi Mo Haining Chen Jiyan
（Guangxi University of Science and Technology,Liuzhou，545006，Guangxi）

More attentions and more measures should be taken to improve students’computational thinking skills and computational culture accomplishment.The problems and difficulties existing in current university computer teaching are analyzed in this paper.University computer teaching reform and practical measures to enhance students' capabilities of computational thinking are provided.

computational thinking；computational culture；reform and practice

G420

A

1008-6609(2015)12-0016-03

刘永娟，女，广西贵港人，硕士，副教授，研究方向：网络性能分析与协议设计。

广西新世纪广西高等教育教学改革工程项目重点项目：“计算文化引领下的计算思维课堂教学改革与实践”，项目编号：2015 JGZ137；“计算思维视角下大学计算机基础课程颠覆式教学改革与实践”，项目编号：2014JGZ133；“计算思维”与计算机基础教学改革与实践，项目编号：校发[2014]21号文；“计算思维MOOC建设与实践”，项目编号：校发[2014]43号文；“基于计算思维能力培养的大学计算机基础课程考核方式改革”，项目号：校发[2014]44号文；《VB程序设计》教材建设项目支持。