大学视频公开课建设的探索与实践

申艳光等

摘 要：计算思维是目前国内外计算机界广为关注的一个重要概念。结合“心连‘芯的思维之旅”精品视频公开课建设的实践，探索了以计算思维为切入点、以信息素养的培养为导向的建设思路，并从课程宗旨和目标、教学方法与手段等方面进行了阐述。

关键词：精品视频公开课；计算思维；课程建设；CDIO；大学计算机基础

我校“心连‘芯的思维之旅”课程属于科学文化素质教育类课程，它指的是适合高校教学选用、社会影响力大、受众面广的大学生科学文化素质课程及学术讲座。本课程分为“计算思维、问题求解、算法类问题中的思维、系统类问题求解、数据思维”五讲，课程通过通俗易懂的语言和丰富的案例，在问题求解等方面进行了讨论，内容丰富，通俗易懂，力求揭示计算机科学的内在之美，开启思维之泉，激发学生对计算机科学的兴趣和热爱。该课程于2014年入选第五批“精品视频公开课”名单。

一、开设本课程的初衷

2008年11月，河北工程大学被教育部确定为我国第一批18所CDIO（Conceiving-Design-Implement-Operate，构思-设计-实施-操作/运营）试点高校之一，积极进行CDIO教育模式本土化、特色化的探索。计算机公共基础课成为CDIO试点课程，在全校范围内尝试采用CDIO模式进行教学。

作者在河北工程大学从事非计算机专业计算机基础课程的一线教学工作二十余年，特别是自2009年实施CDIO课程改革与实践后，我们深切地感受到：很多学生缺乏用计算机知识去解决问题的意识，尤其是缺乏如何充分利用计算机的优良特性解决实际生活和工作中的问题的意识和能力。那么如何解决这一困惑呢？

我们认为，大学计算机基础教学工作不应该仅仅是为了让学生学会应用计算机，更重要的应该是学会正确掌握计算思维的基本方式，这种思维方式对于学生从事任何事业都是有益的。并非每一个学生都要成为计算机科学家，但是良好思维的培养，可以造就具有良好知识修养，敢于创新，善于创新的一代新人。计算机教育工作者应该从单纯知识和技能的培养层面提高到意识和思维的培养层面。

近几年来，在我国非计算机专业计算机课程教育领域开展了颇具声势关于计算思维的研究与实践。教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会发表了计算思维教学改革宣言[1]，国内一些知名学者也参与其中，他们的研究成果[2-8]，为我们的课程建设提供了宝贵的指导。以计算思维为切入点进行大学计算机基础教育和课程改革，拉开了新一轮大学计算机教育教学改革的序幕。

CDIO教学大纲的第二部分为个人能力、职业能力和态度，包括：工程推理和解决问题的能力（大纲2.1），工程思维、实验和发现知识的能力（大纲2.2），科学思维和系统思维（大纲2.3）[9]。其中，科学思维包括实证思维、逻辑思维和以抽象化和自动化为特征的计算思维。因此，计算思维的培养将十分有利于提高工程师的科学思维能力，符合CDIO理念的要求，是提高大学生信息素养和工程能力的有效途径。

我校的“Visual Basic程序设计”是河北省精品课程，面向全校近40%的非计算机专业学生开设，是我校影响面大、师资力量强、授课效果好的一门计算机课程。我们尝试在此课程中增加了关于计算思维和信息素养培养的相关内容，最终形成“心连‘芯的思维之旅”课程，将思维训练融入课程教学的各个环节中，经过三年的逐步改进和完善，于2013年正式开放。

二、课程的宗旨和目标

本门精品视频公开课的宗旨是培养学生的计算思维与信息素养能力，让学生了解和掌握如何充分利用计算机技术，对现实世界中的问题进行抽象和形式化，达到求解问题的目的，从而提高学生的思维能力，扩展思维宽度，提高解决实际问题的能力。

本课程的目标，一是通过让人们了解这种计算机学科独特的思维方式，为人们提供适当的方法，找到求解问题的途径，使人们能够借助计算机技术，逐步达到人工智能的目标，并为人们将来创新性地解决生活工作中的问题奠定基础；二是致力于使计算思维成为公众的常识和人们普遍的思考方式，真正融入人类的日常工作和生活之中。

三、课程的教学方法和手段

精品视频公开课科学文化素质教育类课程建设以大学生的需求为导向，以普及知识为目的。因此，视频公开课应该通过视频的展示，力争在较短的时间内把看似抽象的内容讲得简明易懂，生动有趣，力争使受众快乐学习，享受学习。

1.教学设计思路

思维的培养比技能、能力培养抽象，如何将抽象的思维培养具体体现在教学中呢？我们的教学设计思路主要有以下两点：

（1）课程要强调基础性和系统性，内容要少而精，尽量使用科普性的通俗易懂的语言，深入浅出，引人入胜。

（2）努力将科学思维的要素、方法融入案例中。通过丰富的案例引出计算思维及其相关知识和基本信息素养，分析计算思维在案例中的应用，建立思维方式，体验计算思维的应用。

2.教学方法

（1）问题启发式教学法。设计问题，通过提问、设问等方式，积极和学生进行思想交流和互动，活跃课堂气氛。通过教与学的互动过程，通过学生的自我学习和领悟，使计算思维最终沉淀于学生的脑海里，内化为一种思维能力。通过问题的逐步深入，引导学生从一个较浅的理解层次逐步过渡到较深的理解层次。通过不同视角和递阶的讨论，引导学生学会如何确定思考的方向，进而建立起科学的研究习惯。

（2）案例教学法。通过设计具体案例，分析计算思维在案例中的应用，潜移默化地将计算思维的思想融入其中。通过较小的问题求解案例来展现复杂的思维，并重视问题的讨论，力求让学生了解如何将现实问题抽象为一个数学建模问题或者一个形式化问题。比如，通过一个现实的摆渡问题的例子，来讲解现实问题只要通过人类的思维活动将其形式化、程序化和机械化后，就可以交给计算机轻松地完成。

（3）迁移学习法。迁移学习可以从现有的数据中迁移知识，用来帮助将来的学习。迁移学习的目标是将从一个环境中学到的知识用来帮助新环境中的学习任务。迁移教学法是教师依据迁移规律设法为新知识的构建提供联系的认识桥梁，通过迁移来发挥旧知识在学习新知识中的铺垫作用。比如，通过现实生活中摸扑克牌的例子，引入插入排序算法。又如，讲解图论的最小路径法后，马上引导学生思考此算法是否可以应用在以下领域中：像城市的各种市政管网规划，公共交通网络的规划，物流的最小成本分析， 汽车导航系统以及各种应急系统等。

本文结合我校“心连‘芯的思维之旅”精品视频公开课建设的实践，研究和探讨了如何做好精品视频公开课建设的若干问题。本课程从一定程度上实现了计算思维与大学计算机基础教育的融合，能够有效地提高学生的信息素养，能够为学生将来创新性地解决专业领域问题奠定基础，也为计算机教学工作者提供了一种新的视界和思考。计算思维的培养将有利于提高工程师的科学思维能力，符合CDIO理念的要求，是提高大学生信息素养和工程能力的有效途径。

视频公开课更为直观地反映了教师的水平，所讲授的内容不仅要扎实，更要有新意，能够产生启发作用，激发学生或听众的创新意识。可以预见，精品视频公开课作为高校课程建设的一种新的探索方式，将对传统的大学教学形成一定的冲击力，对构建人才培养新模式、新方式，展示新时期教育改革和“本科教学工程”建设成果，启发学生创新思维，将发挥重要的示范作用。

参考文献：

[1] 教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会. 计算思维教学改革宣言[J]. 中国大学教学，2013（7）：8-10，17.

[2] 李廉. 计算思维——概念与挑战[J]. 中国大学教学，2012（1）：7-12.

[3] 何钦铭，陆汉权，冯博琴. 计算机基础教学的核心任务是计算思维能力的培养[J]. 中国大学教学，2010（9）：5-9.

[4] 陈国良，董荣胜. 计算思维与大学计算机基础教育[J]. 中国大学教学，2011（1）：7-11.

[5] 龚沛曾，杨志强. 大学计算机基础教学中的计算思维培养[J]. 中国大学教学，2012（5）：51-54.

[6] 牟琴，谭良. 计算思维的研究及其进展[J]. 计算机科学，2011，38（3）：10-15.

[7] 李国杰. 计算思维不仅仅属于计算机科学家[N]. 大众科技报，2009-8-2（B01）.

[8] 王飞跃. 从计算思维到计算文化[J]. 计算机学会通讯，2007，3（11）.

[9] [美]克劳雷等. 重新认识工程教育——国际CDIO培养模式与方法[M]. 顾佩华等译. 北京：高等教育出版社，2009：237-239.

[资助项目：教育部“本科教学工程”地方高校第一批本科专业综合改革试点项目（ZG0051）；河北省高等教育教学改革项目（103029）]

[责任编辑：余大品]