以计算思维为中心的农科院校计算机课程改革探索

苏中滨++刘文洋

摘 要：为了充分发挥大学计算机相关课程在现代农业复合型创新人才培养中的作用，本文提出要以计算思维为中心，改革农科院校计算机课程。探讨了农科院校计算机课程改革面临的主要问题与基本解决思路，并介绍了积极主动的大学计算机改革策略。

关键词：计算思维；农科院校；计算机教育；课程改革；问题；策略

目前，我国的现代农业正处于高速发展之中，包括现代化数字农业装备、生物信息学、农业信息化在内的各个学科急需具有计算思维能力的复合型创新人才参与建设，计算思维对农业科技创新的引领作用将愈加凸显。但我国自行培养的这方面人才十分匮乏，究其原因，是农业科学以实验科学和实证思维为主，理论科学和逻辑思维为辅，计算科学和计算思维则相对缺乏。为了充分发挥大学计算机相关课程在现代农业复合型创新人才培养中的作用，我们课题组对以计算思维为中心的农科院校计算机课程改革进行了探索。

一、农科院校计算机课程改革面临的主要问题与基本解决思路

1.学生的层次水平存在明显差异

农科院校的新生，在计算机水平方面可谓参差不齐。由于农科院校的专业特点，相对于其他类型的高校，农村生源和贫困地区生源的比例相对要更高。很多农科院校的农村学生，在高中阶段虽然学习了信息技术相关课程，但由于师资条件、硬件建设条件、升学压力导致的学习倾向等原因，在计算机基础知识和应用能力等方面，仍然和城市学生有较大差距。因此，必须积极推进分层式教学，可在大一新生入学之初，进行计算机基础能力测试，对于成绩优异的学生，可以免修部分计算机基本操作的实验课程。

2.高校普遍存在的学风问题

我国自1999年以来，各高校的招生规模快速扩张，高等教育毛入学率由1998年的9.8%增长到2011年的26.9%，高等教育总体规模跃居世界首位。中国教育结构从“金字塔”转变为“梯形”，以往处于“金字塔”顶端的高等教育人数显著增长[1]。根据马丁·特洛教授提出的按毛入学率将高等教育划分为精英、大众、普及3个阶段的理论，可以说，我国的高等教育已经进入了后大众化时代。

为了适应我国高等教育的庞大规模，高等教育的管理者和工作者不断对教育教学体制机制进行完善，但实践中仍然遇到众多问题。例如，在学生结束高中阶段的学习，进入高校之后，为什么会出现普遍厌学的问题，其原因值得从事高校教学的教育工作者反思。探究产生不良学风的原因，主要有社会风气、学生缺乏学习的主动性、学习方法简单、学习兴趣不足等多种原因。

应对学风问题是一个高等教育工作者需长期面对的课题，必须从入学开始就抓好学风教育，要提高低年级学生的适应能力，引导他们了解和热爱自己的专业、掌握正确的学习方法，尽可能地在课程的设计中考虑如何培养学生的兴趣。

3.如何正确处理计算机教育与计算机娱乐的关系问题

计算机是现代社会常见的娱乐工具，最为典型的是计算机游戏。近10余年来，高校中不乏沉迷游戏、耽误学业的学生，很多教师和家长甚至担心游戏会毁掉相当一部分学生。

然而时至今日，游戏在娱乐产业中已经居于主导地位，是一大类流行文化的代表。众所周知，电影被称为娱乐之王，但目前游戏行业的销售额已经超过了电影。高等教育工作者对于游戏，不能一味地排斥，而是应该对其有客观公正的认识，要引导学生正确地对待。

特别是在大学计算机相关课程的教学中，更应帮助学生分析游戏的利与弊：游戏有它的未知性和神秘性，因此人们玩游戏时，能集中注意力，做好准备来应付突如其来的游戏事件；反之，在传统的教学中，教师总喜欢将现成的东西告诉学生，学习的过程只是机械的记忆过程，这样的教学使学生缺少思考和想象的空间，缺少许多期盼，也缺少了好奇与激动[2]。如果教师能够模仿游戏的优势来设计教学，并利用学生对游戏的兴趣引起其对与游戏有关的计算机技术的兴趣，则能够更为有效地促进学生学习和成长。当然，大学生虽已在认知能力方面具有一定基础，但是自我控制能力未必足够，游戏对于学生的诱惑力绝对不可小视，必须正确引导学生。

二、实施积极主动的大学计算机改革策略

1.引入学生感兴趣的教学案例

兴趣是最好的老师，如果学生兴趣爱好狭窄，他将不能有效地采用恰当的、适合自己实际情况的记忆方法，对任何事物，包括高校中的课程，都缺少兴趣与好奇心[3]。

课题组进行大学计算机相关课程改革的思路之一，即是试图将大学计算机教育从枯燥的工学类课程教学风格，改良成一种轻松活泼、寓教于乐的教学风格，使教学内容趣味化。

例如，为了能够充分地调动学生的学习主动性，在东北农业大学的“大学计算机”课程的课堂教学中，播出了日本放送协会（NHK）联合美国多家游戏设计、测试企业制作的游戏技术介绍视频。在该视频中，包含了利用图形引擎技术替代传统代码编辑器开发游戏的内容，使设计者不需要过多的学习即可上手设计工作，教师对此段视频进行评述，即可引起学生对面向对象程序设计、可视化程序设计的兴趣；在该视频中也出现了测试小组对游戏进行严格测试的镜头，教师可借此机会向学生介绍软件工程中的生命周期概念，并讲授测试的重要性以及测试的分类，由于依靠视频能有效调动起学生的学习兴趣，所以学生能够较好地对相关概念进行掌握；同时，视频也介绍了游戏制作的复杂步骤，使同学们了解到游戏涉及了系统工程和众多高新技术，引导他们产生对先进科学技术进行探索的兴趣。

2.重点突出，培养学生计算思维能力

为了能够在新生入学的第一个学期就开始培养计算思维，在“大学计算机”课程中，课题组选择和设计了一组算法介绍案例。对于相关案例的选择，必须充分体现出以培养计算思维为核心的特点，案例不需要过多，但一定要讲授得详细。例如“哥尼斯堡七桥问题”，教师们都知道是一个理解图的连通性的好例子，但是如果只是泛泛地介绍结论，并不能很好地帮助学生理解。东北农业大学开展的教学实践中，对“哥尼斯堡七桥问题”使用了启发式教学，让学生对“哥尼斯堡七桥问题”进行尝试性的解决，然后再对欧拉提出的连通性推导方法进行较为详细的介绍，帮助学生形成对于图论的第一印象。endprint

“程序设计基础”课程则是训练学生计算思维的一类直接有效而且可操作性强的平台[4]，“程序设计基础”课程的核心任务是提高学生对问题求解的抽象能力、抽象思维和抽象表示能力。教师可以引导学生将在“大学计算机”课程中初步培养的计算思维思想灵活应用，以促进程序设计类课程的学习。例如在“大学计算机”课程中，课题组引入了“汉诺塔”案例帮助学生了解递归算法，到了“程序设计基础”课程中，则可以引导学生练习设计解决“汉诺塔”问题的递归程序。

“程序设计基础”课程必须充分发挥实践课程的优势，而不是一味地向学生灌输理论知识。课题组在教学改革实践中侧重将部分案例的算法思想教授给学生，而对于程序设计的语法仅介绍了最为常用的部分。学生课后进行了自学，充分发挥了自主学习的优势，掌握了直接教授和要求自学的知识，完成了程序设计。

培养计算思维能力也要突出系统思维，如果练习仅是由各个功能单一的模块组成，则不能起到培养学生整体系统思维的效果。因为教学的对象毕竟是非计算机类专业学生，所以课题组选择了小规模的数据库管理软件，逐一介绍各个模块的功能、原理和算法思路，并要求学生进行模仿式的程序设计，完整地设计功能相似的软件系统，以帮助学生建立整体性、系统性的计算思维。

3.拓宽学生获取知识的方式

高校中的图书馆、无处不在的互联网，学生有充分的接触知识的机会，可是教师们发现很多学生的学业不能够高质量地完成，甚至连书本上的知识都无法熟练掌握。这样的事实显然说明，很多情况下没有能够充分提高学生的自我学习能力。与此相对的是，如果能够通过引导学生学习兴趣，充分调动学生的学习主动性，完全可以在课堂教学中实现有选择性的讲授，同时将部分学习内容放在网络课堂上。

以东北农业大学的课程改革为例，我校的大学计算机相关课程现行体系是“1+X+Y”模式，其中“1”指的是大学一年级第一学期的“大学计算机”课程，为必修课；“X”为第二学期的5门限选课，主要包括了程序设计类课程和农业院校的特色课程“数字农业技术应用”；“Y”为若干门任选课。由于在课堂教学中特别是第一学期“大学计算机”的课堂教学中，强调以引导兴趣为主，而对于锻炼计算思维能力的案例，又使用了少而精的策略，可以说与同类院校相比，课堂教学中传授的知识是相对偏少的。

因此，东北农业大学的课程改革十分重视泛在化学习平台的建设，将与教材相比更为完善的教学内容、丰富多样的教学案例和多媒体课件、视频都在网络泛在化学习平台中提供给学生，使他们能够利用课余时间展开进一步的学习。泛在化学习平台主要包括在线测试系统、在线作业系统、在线试题库系统、在线学习论坛（可用于学生自主交流和教师答疑）、辅导答疑系统、交流模块（该模块主要有聊天室、邮件、论坛和文件检索等功能）、资源模块（包括视频资源、其他资料工具软件）、自主学习支持工具模块（此模块主要向学生提供一些自主学习辅助工具，如监控管理、记录本工具、学习导航等）。

在课题组展开的大学计算机相关课程教学改革实践中，通过对教学实践前后的学生进行多次调查问卷，可以认为学生的思维能力特别是计算思维能力在教学中得到了有效的发展，抽象表达能力有了显著的提高。同时课题组发现仍存在一些问题，主要表现为教学手段不够丰富，教师对新的教学方法不够熟练，师生对新的教学模式不太适应，特别是在以培养计算思维为中心的教学模式中，需要围绕算法的设计、验证和思考过程，重点设计师生的交互。这些都是课题组下一个阶段需要解决的重要问题。

参考文献：

[1] 李琳. 我国高等教育后大众化阶段的特征[J]. 文教资料，2013（8）.

[2] 肖樟树. 游戏教学法在计算机教学中的应用[J]. 中国校外教育，2011（12）.

[3] 张国忠. 遗忘规律的探索与运用[J]. 继续教育研究，2002（6）.

[4] 臧劲松. 培养学生计算思维的程序设计课程教学[J]. 计算机教育，2012（2）.

[本文为2011年度黑龙江省教育厅规划课题“高等农业院校建立学生计算思维能力培养体系的研究”研究成果之一，研究项目编号：GBC1211016]

[责任编辑：余大品]endprint