大学计算机基础实验教学改革与实践

罗　敏, 刘帮涛, 尹德辉, 李敏军

(泸州医学院　生物医学工程系，四川 泸州　646000)



大学计算机基础实验教学改革与实践

罗敏, 刘帮涛, 尹德辉, 李敏军

(泸州医学院生物医学工程系，四川 泸州646000)

介绍了计算思维的概念、意义和重要性。针对泸州医学院生物医学工程系学生培养目标、特色和在大学计算机基础实验教学中存在的问题，提出了重视教学理念，增加设计型、综合型实验，分层教学和完善实验效果评价体系、制度等一系列基于计算思维的实验改革与创新方法。实现了建立、培养和应用计算思维的一种新模式，更好地提高了学生的创新意识和实践能力。

计算思维；实验教学；分层教学；教学改革

文献[1]提出，计算思维是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，其本质是抽象(abstraction)和自动化(automation)。抽象是通过简化、转换、递归、嵌入等方法，将一个复杂问题转换成许多简单的子问题并进行求解的过程，这是任何科学发现的必然过程；自动化是充分利用计算机运算能力来实现问题求解，以弥补人的计算缺陷，这将丰富计算机的应用范围[1]。因此计算思维是一种形式规整、问题求解和人机共存的思维。文献[2]提出，计算思维是运用计算机科学的基础概念求解问题、并用最有效的办法实现问题求解。文献[3]提出，计算机科学界最具有基础性和长期性的思想是计算思维。目前，计算思维的培养成为国际和国内计算机教育界关注的热点。在我国，2010年《九校联盟(C9)计算机基础教学发展战略联合声明》的核心要点也强调“需要把培养学生的‘计算思维’能力作为计算机基础教学的核心任务”。而且从国家层面上讲，大学计算机基础教育这门课程的定位就是基础课程，也就是与数学、物理同地位的基础课程[4]。既然它是基础课程，课程的教学方法和教学理念就应该像数学与物理一样，将学科的基本理论、基本思维讲给学生。计算和计算思维是计算机基础课程的基本理论和基本思维，科学家已将计算思维和理论思维、实验思维并列为人类三大科学思维[5]，为此，就应该将计算思维的基本概念和基本理论讲授给学生。因此，在大学计算机基础教育中强调和深化“计算思维”的培养，既有助于计算机基础教育学科的健康、持续发展，又有助于国家战略型人才的培养。

大学计算机基础实验教学是大学计算机基础教育的重要环节，是高等院校实现人才培养目标的重要教学环节, 是培养大学生计算思维能力的重要载体。大学计算机基础实验教学中灌输计算思维，目的是培养学生像拥有阅读、写作和算术基本技能一样拥有计算思维能力，并能自觉地应用于日常的学习、研究与将来的工作中。如何调整传统实验教学内容和改进传统实验教学方法，以培养计算思维思想，以适应现代医学专业发展的需要；研究并探索一套针对医学专业大学计算机基础实验的教学方法和体系，具有重要的理论意义和现实价值。

1　实验教学存在的问题

泸州医学院所有本科专业在一年级第二期都开设了大学计算机基础课程，将其作为学生学习信息技术的基本课程。目的是培养学生的信息素养，掌握使用计算机解决问题的能力，为今后的专业学习打好基础。核心任务是培养学生运用计算机科学处理医学等问题时应具备的一种科学的思维方式，并能将这种思维有效地运用到处理医学专业问题的实践中。在我院大学计算机基础实验教学过程中发现了以下4个方面问题。1)由于是非计算机专业，学生实验目标不明确，部分同学实验兴趣不大。2)虽立足于大学计算机基础设计了许多实验，遗憾的是内容过于详细而步骤过于完整，有很多内容几乎就是教材的翻版，仍然是重“教”而轻“导”，未能体现计算思维思想。3)大学的计算机基础教育中计算机文化层次的教学内容逐步下移到中小学。但由于各地区发展的不平衡，大学新生入学时所具备的计算机知识差异性很大。如果按照“大而统”教学，必定产生有的学生“吃不饱”，有的学生“受不了”的矛盾现象。导致基础好的学生不愿学，基础差的学生学不懂。4)忽视综合提高训练，对学生分析问题和解决问题的能力训练不够，未能实现计算思维的培养。因此 ，积极探索出在大学计算机基础实验的计算思维的培养途径，全面展示计算机学科独有的思维魅力已迫在眉睫。

2　基于计算思维的实验教学改革方法

2.1树立重视实验教学的理念

2.2增大设计型、综合型实验的比例

在开设原有验证性实验、认识性实验和感知性实验的基础上，紧扣教材和实验大纲，联系理论教学，增开课程内容相互渗透的设计型、综合型实验，目的在于培养学生初步具备处理问题的综合能力，借此了解运用计算思维处理问题的过程，如在实验课上开设与医学有关的综合实验。通过让学生掌握数学软件，如Matlab的基本知识和应用，针对流行病学中的“传染病模型”和“心脏血液交换模型”[6]等，利用软件求解模型，得到模型的图像表示等。使学生在实验中很自然地将医学课程的相关内容融会贯通，从而提高他们的综合应用能力。为进一步培养和提升学生运用“计算思维”意识处理专业问题的创新综合能力，可增设一些具有研究开发性质的实验，旨在通过实际操作提高实际处理问题的动手能力和初步的科研能力，培养敏锐的思维能力。这类实验应具有结果的不确定性、实现手段的多样性及创新性等特点。实验内容的来源除由教师根据培养目标安排之外，也可由学生结合专业需求自行确定、设计并完成。通过培养学生自我学习能力、科学研究能力和创新能力，进一步培养学生的计算思维思想。

2.3注重实验分层教学

开课前，教师结合学生掌握计算机基础知识的情况，根据不同层次分组，每小组指派一到两名学习情况好、组织能力强的学生担任组长，让其负责该组的部分学习指导和管理。各个学习小组都必须首先完成一些基础的、共同的题目，让学习者模仿该类问题的求解方法，初步掌握计算思维方法。对层次不同的学习小组，在掌握基础知识的前提下，教师再根据实际情况，分设不同的题目，学习小组的学生在完成必做题目后，根据各自的兴趣爱好，选择题目进行实践。在实践过程中遇到困难尽量组内讨论、研究，在组内无法克服的情况下再由教师参与讨论和指导。引导学习者综合应用其知识和能力，对问题进行分解，针对问题提出解决方案，提高综合运用计算思维方法的能力。

2.4完善实验效果评价体系和制度

对于学生实验效果的评定，要本着认真、严格和规范的基本原则，制定相关的评测方法和制度，并严格执行。应该重视过程性评价，主动监控、分析学习者的学习过程，及时地提出有针对性的意见。从而对学习者所提出的解决方案进行评价和指导，判断学习者计算思维能力的掌握程度。评价的主体包括其他学生、教师和学生本人，主要依据下列信息进行评价：1)实验学习广度和深度信息,包括实验报告的质量、其他学习者提供资料的浏览学习情况、各评价主体的评语等；2)学生之间的交互信息，包括学生参与讨论情况、对他人实验的评价、在学习过程中的相互协作等；3)学习主动性信息，包括学生在实验过程中提出的问题、教师给予的指导、对问题的解决和掌握情况等，这些可以反映学习者的主动性[7]。考核更应注重治学态度、实验过程、分析问题和解决问题的能力以及实验结果等多种因素在成绩评定中的影响，综合各种因素共同决定学生的实验课成绩，对学生计算思维进行综合的评测。

3　结束语

大学计算机基础实验教学是计算机教学的重要组成部分，也是建立、培养和应用计算思维重要环节，它在高校教学体系中有不可替代的重要地位。在大学计算机基础实验教学过程中：应调整传统实验教学内容和改进传统实验教学方法；根据学生的差异实施不同的方案，贯彻对学生因材施教的原则；完善实验效果评价体系和制度。加深学习者对理论教学内容的理解，培养综合分析、发现和解决实际问题的能力，培养观察、判断以及实际操作能力，更好地提高学习者的创新意识和实践能力。

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

[2]李国杰.计算思维不仅仅属于计算机科学家[N].大众科技报,2009-08-02(B01).

[3]孙家广.计算机科学的变革[J].中国计算机学会通讯,2009,5(2):1-4．

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

[5]朱亚宗.论计算思维[J].计算机科学,2009,36(4):53-55.

[6]姜启源.数学模型[M].2版.北京：高等教育出版社，1993.

[7]赵娟,姜有辉. 基于计算思维的个性化实验教学 [J].计算机教育,2012(16):107-110.

Experiment Teaching Reform and Practice of University Computer Foundation

LUO Min, LIU Bangtao, YIN Dehui, LI Minjun

(Department of Biomedical Engineering, Luzhou Medical College, Luzhou 646000, China)

This paper introduced the definition and significance of computational thinking. Aiming at the training objectives of Lu zhou Medical College, we analyzed the problems in the experiment teaching in the course of university computer foundation. Using computational thinking, the experimental reform and innovation methods were proposed, including the attention to the teaching idea, the increase of the design type, comprehensive experiment, hierarchical teaching, improvement of experiment evaluation system, etc. Thereby, this new teaching model will improve students’ computational thinking pattern,innovation consciousness and practical ability.

computational thinking；experiment teaching; hierarchical teaching; teaching reform

2014-05-23；修改日期: 2014-07-07

泸州医学院教学改革基金(12ZC055)。

罗敏(1979-)，女，硕士，讲师，主从事计算机基础教育和计算机安全技术方面的工作。

G642.0；TP3

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.01.042