计算机基础教学中计算思维能力培养探索

赵森严，刘 涛

（安徽工程大学 计算机与信息学院，安徽 芜湖241000）

1 引 言

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之广度的一系列思维活动[1]。Jeannette M.Wing还指出计算思维是每个人的基本技能，不仅仅属于计算机科学家。换而言之，计算思维是每个人都应当具备的一种思维方式。自从计算思维的概念被提出后，其相关的研究已经取得了较大进展。文献[1]就计算思维的概念以及本质做了详细的阐述，给计算思维与大学计算机基础教育的融合提供了理论依据。文献[2]指出计算思维能力培养的核心问题是求解能力的培养，大学计算机基础教学是大学通识教育的一个重要组成部分，更是培养大学生养成用计算思维方式解决专业问题，成为复合型创新人才的基础性教育。同时就如何围绕计算思维设计大学计算机基础课程教学内容提供了一些指导性意见。但是培养学生具有一定的计算思维能力却是十分复杂的工程，如何在教学过程中培养学生的计算思维，如何让学生养成面对问题时应用计算思维的方法去分析问题，解决问题等等，这些还没有被完全解决。因此，把计算思维引入大学计算机基础教育中来具有必要的，积极的意义，应该在平时的教学中有意识培养学生的计算思维能力，让学生认识到学习计算机知识不仅仅是把计算机当作工具使用，更是一种思维的训练，在潜移默化中提高了自己的计算思维能力，还可以让学生试着把计算机处理问题的这种思维方式拓展应用于其他领域。另一方面，以计算思维为基础，更新教育理念，再造教学模式，结合课程内容建设新的课程体系，通过有意识的培养学生计算思维能力，使他们学会从计算思维的角度观察处理问题，不仅有利于课程深度以及广度的提升，而且有利于高校对计算机基础课程的改革形成一种基于计算思维的新视角。

2 原有教学存在的问题

2.1 教学模式陈旧化

目前，我国大学计算机基础教育的模式依然停留在原有的授课方法上，即采用课堂讲授加上机实验课这种模式，这种单一的教学方法往往会导致教师在尽心尽力讲授一个抽象复杂的问题时，由于问题晦涩难懂，学生感觉听不懂，学不会，造成许多学生对计算机缺乏兴趣，更不愿意进行更深层次的思考，当进行上机实验课时，例如C 语言程序设计实验，诸多的语法知识还没有深刻理解又加上抽象逻辑思维编程，使得学生遇到问题不知如何下手，学生在上机时无所事事，课后的实验报告也只是相互抄抄，没有进行深刻的分析。这是基础教学中存在的普遍问题，长此下去将会极大阻碍计算思维能力的发展，不利于教学。因此，在计算机基础教学中必须探索新的教学模式，调动学生的思维，培养他们具有缜密的计算思维体系。

2.2 教学目的性不明确

计算机基础教学目的应该让学生能够了解通常的计算机处理问题，对于文科生来说需要让他们在熟练掌握常用办公软件操作基础上，重点培养将来从事社会职业所必须的实用文档的编辑、表格的制作和计算机演示文稿的制作与优化，建立对工作中出现的实际问题的处理以及获取必要的信息的实际能力。对于理工科的学生来说需要让他们熟练掌握编程语言、编程技术、基本算法以及程序设计的思想和方法，培养学生灵活应用高级程序设计语言进行程序设计和运用计算机求解实际问题能力。但是，目前一些院校把计算机基础教学与国家等级考试挂钩，所有的教学工作都是围绕等级考试来进行的。学生只要等级考试通过就可以拿到相应的学分，这就导致学生对计算机应用的学习缺乏兴趣，失去主动学习的积极性。于是老师的教学只是教授某一个软件的一些功能，并没有从计算机的整体系统出发，把计算机当作简单的工具来教学。例如，很多学生学完《计算机基础》这门课后，把它等同于OFFICE 的操作。现有的程序设计的考试多以笔试为主，上机考试往往有相应的题库，导致学生只顾做大量的模拟题和真题，不注重上机实践，无法反映出学生的实际操作能力，更谈不上培养计算思维能力。

2.3 教材内容单一化

目前，计算机基础课程包括《计算机基础》、《程序设计》、《微机原理及应用》等课程，这些课程的相关教材内容单一，而且课程教材之间的融汇性较差。学生对教材知识的学习只是浮浅的认识，无法从更深层次上去认识和理解计算机科学。例如：《微机原理与应用》中对汇编语言程序设计的讲解还是按照概述、程序格式、伪指令、上机过程、程序设计基础这些内容介绍的，这样学习起来学生不易明白，因为汇编语言相对于其他高级语言来说比较抽象，实验结果检验起来比较麻烦。其实教材在介绍汇编语言的同时，可以与学生学过的高级语言例如C 语言进行一些相关的对比，通过与自己学过的熟悉的语言相比较，可以极大增强课程的理解性，增强学生的学习兴趣，进而培养他们的计算思维能力。所以当务之急是应该探索一系列基于计算思维能力培养的教材。

3 计算思维能力培养

3.1 引导式教学

要学会并且学好计算机科学必须具有高度的抽象思维能力，即具备将实际问题抽象为数学模型同时将该数学模型转换为计算机语言的能力，因此在平时的计算机教学中，那就需要老师不仅要讲授基本的知识点，更要着重地培养学生按照计算机解决问题的方式去分析问题解决问题的能力。引导式教学的实践将摒弃传统课堂教学的方法，即满堂讲的模式，教师的作用只是引导学生学习，结合问题相关理论进行讲授，先引导他们按照自己的思维去解决问题，让学生有一个自我理解，自我思考，自我解决问题的自主思维过程。课堂的教学侧重于方法的介绍，具体实现则让学生自主完成，有意识的去培养学生的推理、逻辑思维能力，逐步地让他们拥有计算思维能力。引导式教学实际上让学生对问题的认识从表面的感性认识到深刻的理性认识，在这一过程中使得学生的对问题的认识不断提高，从而能从多方面，多角度以及从更抽象的级别认识、分析、解决问题。但是学生自主思考问题往往需要一段时间，如果问题太难，太大往往学生思考时间过长还得不到任何效果，那么教学任务难以完成，所以教师在课堂上对知识点相关问题的选取与把握上显得尤为重要，要恰到好处。这样学生可以在课堂内把知识点消化吸收。

3.2 任务式教学

任务式教学其本质包含着问题学习方法，任务式教学不宜在课堂上实施，而是在课下实施。在任务式教学中教师需要把握任务的数量以及难度，交给学生的任务要有一定的应用价值，让学生觉得学以致用，这样才能激发学生的学习兴趣。例如在OFFICE 的学习中，我们可以给学生布置一个综合的大作业，其中包括一个长文档的排版、简历的制作、用PPT 制作一个演讲稿，利用EXCEL 制作一份财务报表等。当学生完成任务，对OFFICE 中各个空间熟悉之后，教师可以安排一些提高性的任务，例如让学生设计电子请帖，这不仅需要学生熟悉文字处理软件，还需熟悉Photoshop、Flash 等绘图软件的使用。由于学生觉得知识有用，便会自行查阅资料，从而完成设计、排除困难，最终实现完成任务。在这一过程中学到的知识融会贯通，使得学习变成了一种创造性的学习，而不是被动的接受式学习，更不是简单地知识堆砌式学习。任务式教学一方面调动学生的学习积极性，一方面拓宽了知识领域，让学生形成了完备的计算机知识体系以及计算思维体系，为他们后续的知识学习提供了有效的方法。

3.3 多平台化教学

计算机基础课的上机实验往往在Windows 平台下进行，学生对于不同的操作系统以及不同的程序设计语言却是一概不知，为了拓宽学生的知识领域，可以跨平台实验教学，有利于学生形成完备的计算机知识体系，同时培养他们的处理能力以及计算思维能力。例如：上机实验可以在Windows 和Linux 两种操作系统平台下进行。汇编程序设计上机实验中, 在学生完成实验的基础上可以要求他们将汇编语言翻译成学过的高级语言 （C 语言等），让学生认识到不同的计算机语言只是在表现形式上有所不同，其内涵却是相通的，有了这样的举一反三的训练，在学习新的计算机语言时不再会产生畏惧心理，而且这一过程训练了计算思维能力。

4 总 结

培养学生计算思维能力首先需要充分调动学生认识与实践的主观能动性，本文总结了传统教学中存在的一些问题，提出了引导式教学、任务式教学等多种教学方式，旨在激发学生的学习兴趣，在遇到问题时学会从计算机解决问题的角度去认识、分析和解决问题，同时在学习过程中学会举一反三。经过一年的实践，将这些教学方式融合于计算机基础教学中去，有效地培养学生计算机应用能力以及他们的计算思维能力。

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

[2]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].中国大学教育,2010(9):5-9.

[3]马义德,张在峰，等.微型计算机原理及应用[M].北京:高等教育出版社,2004:144-146.

[4]董荣胜,古天龙.计算思维与计算机方法论[J].计算机科学,200936(1):1-4.

[5]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.