信管专业计算机科学概论课程的教学改革实践

马金平+沈照功

摘要：文章分析了信管专业计算机科学概论课程教学中存在的问题原因，提出了把培养学生计算思维能力作为主要目标的教学改革方案和实施措施。把培养计算思维能力与专业培养目标相结合、授课教师掌握一定的管理科学专业领域知识、选择管理科学领域中的实际问题作为教学案例等是促进教学改革成功的重要因素。

Abstract： This paper analyzes the existing problems and reasons of the course of Introduction to Computer Science in Information Management Major， puts forward the teaching reform plan and the implementation measures to cultivate students ability of computing thinking as the main objective. There are some important factors to promote the success of teaching reform， such as combining the computational thinking ability with the professional training objectives， teachers with some knowledge of management science， choosing the practical problems in the field of management science as teaching cases and so on.

关键词：计算思维；计算机科学；教学改革；信管专业

Key words： computational thinking；computer science；teaching reform；information management major

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）29-0205-03

0 引言

自1993年青岛大学信管专业开始招生以来，主讲该门课程的教师前后更换过多位，课程名称也改过多次。无论谁讲这门课程，都感到“老师难讲，学生难学”。自2011年秋季学期开始，笔者接手讲这门课程。在此之前，笔者主讲过多门计算机方面的课程，自认为讲授该课程应该没有任何问题。但是，在2011年秋季一上课就遇到了其他老师遇到的同样问题。自2013年秋季学期开始，笔者以计算思维为导向，对该门课程的教学内容和教学方法进行了尝试性改革，经过几轮的教学实践与逐步改进，教学效果获得了明显的提升。

1 计算思维与信管专业人才培养

近年来，不断有以计算思维为切入点的计算机课程教学改革成果发表出来[1]，说明了计算思维对计算机课程教学改革产生了巨大的推动作用。什么是计算思维？计算思维是与形式化问题及其解决方案相关的一个思维过程，其解决问题的表示形式应该能有效地被信息处理的代理执行[2]。“计算思维是人类科学思维中，以抽象化和自动化，或者说以形式化、程序化和机械化为特征的思维形式”[3]。计算思维呈现的基本对象是“符号、算法（程序）、模型和系统”[4]，采用的基本方法是“抽象（离散化、符号化、模型化）、自动化（程序化）”[4]。由此可见：用计算思维的思路解决问题的过程与管理信息系统开发过程有很多相似之处。管理信息系统开发过程包括：系统需求分析、系统框架设计和详细设计、编写代码与调试、系统实施等步骤，其实质就是把现实世界的“一个物理系统”转变为计算机虚拟世界的“一个数据系统”的过程，从而实现系统的自动化运行。计算思维把这个过程提升为与演绎思维、逻辑思维同等重要的分析与解决问题的普遍方法，对管理信息系统开发具有重要的指导作用。因此，培养信管专业学生的计算思维能力对于提升他们的管理信息系统开发与应用能力具有重要的意义。计算机科学概论课程对学生计算思维能力的培养起着奠定基础的作用。

2 计算机科学概论课程教学中的问题分析

在计算机科学概论的多年教学中，之所以出现“教师难教，学生难学”的局面是由有多种主客观因素综合作用的结果。

2.1 生源问题

由于生源不同，新生的计算机基础参差不齐。部分生源除了具有office的操作能力外，还有部分学生具有一定的编程知识；而也有少数生源不熟悉计算机的基本操作，有的甚至很少接触计算机。这就造成教学起点、课程内容的覆盖范围和深度难以掌握。

2.2 对计算机的认识问题

在管理科学领域，很多学者形成一个根深蒂固的概念，就是普遍把计算机简单地看成是解决管理问题的工具，而不是解决问题的思维方法。在他们看来，只有采用数学建模才是管理科学方法，计算机编程不是处理问题的科学方法，仅是技术工具而已。把新生的计算机课程等同于学习计算机操作，是很多学校在开设计算机基础课程时的普遍做法。

2.3 灌输式的教学模式

正是由于对计算机这种工具论的错误定位，导致教师把计算机科学概论课程当成一种工具教授学生，学生也就作为工具来学习。教师在教学过程中采用灌输式讲授计算机工具怎么用的，而不是引导学生从如何解决问题的思维方法上学习计算机课程。其结果还可能导致部分学生形成学习计算机的障碍，为后续专业课程的学习埋下隐患。

2.4 没有贯穿整个课程的一条主线

现有的计算机概论课程内容基本都是对计算机学科涉及的各个领域按章进行概括介绍，是一个名副其实的“压缩饼干”。没有一条能够贯穿整个课程的一条主线，使得学生形成不了对计算机系统的整体认识。

3 计算机科学概论课程教学改革方案的设计

3.1 教改指导思想与目标

指导思想：把以培养学生的计算思维能力为核心任务，并将其与信管专业的培养目标紧密结合，采用计算机科学领域知识解决管理科学领域问题的计算思维模式和方法作为教学改革的主线，对计算机科学有相对完整的认识和了解。目标是使得学生：①建立起用计算思维的思想方法解决管理科学问题的意识；②具有用计算机科学方法对管理系统进行抽象建模的初步能力；③具有初步的求解管理科学问题的算法分析与设计能力；④了解算法实现的方法。

3.2 理论教学内容设计

按照上述计算机科学概论课程的教改指导思想与目标，对课程内容进行重组如下：

第1章 绪论：主要介绍本课程涉及的核心概念和发展状况，它们之间的内在联系，使得学生建立起对这些概念的初步认识和整体把握。包括：计算思维的概念、理论与方法、计算思维的发展；计算文化、计算科学及发展；计算机科学的框架体系；管理系统及其复杂性、管理系统建模的概念。布置大作业，要求学生随着课程的进度逐步完成大作业。

第2章数据的表示与存储：这一章首先要从用计算机科学方法解决复杂管理科学系统问题的视角，强调复杂管理科学系统建模过程就是把现实世界的“一个物理系统”转变为计算机虚拟世界“一个数据系统”的过程，并用数据及其之间的关系，存储“数据系统”的。包括：管理系统模型与计算科学中的数据存储问题；数和数制；数的机器表示与运算；存储设备；多级存储体系；用位模式表示信息。

第3章数据操控：采用与第2章类似的视角介绍计算机科学中对数据进行操作控制的方法过程。包括：计算科学中数据的操作处理问题；CPU基础与存储程序；机器指令；数据的输入与输出设备、计算机结构体系。

第4章管理系统抽象建模一一系统建模：从把“一个物理系统”如何转变为“一个数据系统”的视角，介绍计算思维中的抽象方法。包括：管理系统抽象建模的概念和步骤；管理系统分析过程；UML建模语言与应用；系统设计建模初步。

第5章管理系统抽象建模一一数据建模与数据库系统：以第4章为基础，介绍管理系统的数据建模问题，如何通过数据模型描述“一个数据系统”的。包括：海量数据的存储问题；数据结构；实体联系模型、数据模型；数据库系统。

第6章计算思维的算法：这一章要使得学生树立用计算思维中的算法分析设计方法解决复杂管理系统问题的意识。本章主要例举实际管理科学中的算法问题作为案例介绍。包括：管理科学的算法问题；算法的概念和表示、算法分析与设计、常用的排序和查找算法；算法的有效性与正确性；算法的复杂性。

第7章计算思维的自动化：要使得学生认识到，对于绝大部分管理科学问题的求解，即使设计出了好的算法，靠人工在有限的时间内是无法求解出来的，必须使用计算机编程实现自动化计算，才能够获得结果。突出实现自动化的重要作用，建立起对计算思维的整体认识。包括：计算机如何执行算法；程序设计语言；算法的实现与编程；程序的执行。

第8章计算机科学的新发展：为了拓展学生的视野和激发学习的兴趣，对计算机科学快速发展的几个领域进行介绍。包括：人工智能、云计算、大数据、物联网、计算机视觉等。

上述内容教学总学时32学时。

3.3 实验教学内容设计

实验教学分为两个部分：①分类实验教学。对于计算机操作基础比较差的学生，要求他们在课下自己熟悉计算机的windows操作和Office的基本操作；②采用综合实验方法。布置大作业方式，进行一个实际管理系统的建模、算法设计、算法编程。在Micosoft Visio平台上，用UML建模，绘制算法流程图，采用自己熟悉的编程环境（包括用Excel）写出程序。实验课总学时32学时，采用周末时间集中上机实验。

3.4 教学方式的改革

采用问题导向式的教学模式[5]：以学生为主体，教师为主导，把知识点以问题的形式呈现，教师围绕问题来组织教学，学生以问题为主线进行探索、构建知识、培养技能和拓展知识视野。通过解决问题的活动过程来培养学生解决问题的计算思维能力。

4 计算机科学概论课程教学改革方案的实施

4.1 教师要牢固树立计算思维意识

首先教师自己树立计算思维的意识，破除把计算机作为工具的思想。在授课过程中，要引导学生把现实世界的问题，通过抽象建模，算法设计和编程等过程，转变为计算机虚拟世界的替代系统，并通过观察替代系统的自动化运行，反馈分析求解现实世界系统的解。

4.2 强化案例教学

教师要在上课前，要选择构思出具有实际应用背景的管理系统建模和管理科学算法的案例各2个，发给学生。其中用2个案例贯彻整个课堂的教学过程。另2个案例作为学生与教师课堂教学同步的课下大作业。通过案例教学，引导学生如何用计算思维的方法提出解决问题的思路、方法步骤。

4.3 革新教学手段

我们通过建立QQ群和微信群，校园网络平台与移动教学终端配合，实现了教师随时随地与学生进行交流互动，并将各种形式的教学材料上传到校园网络平台实现共享，拓展了“教与学”和师生互动的空间与时间。

4.4 处理好与其他课程的衔接关系

为了和本课程的教学改革相呼应，管科系将管理学课程提前到大一第一学期与本课程平行开设，对本课程的教学改革起到支持作用。同时，目前我们也正在制定后续计算机课程的教学改革方案，使得对学生计算思维能力的培养能够延续到其他计算机课程的教学中。

5 教学改革实践的体会

截止目前，我们已经进行了三轮的教学改革实践。主要体会体现在几个方面：①要把培养学生的计算思维能力与信管专业的培养目标结合，使得学生初步具有运用计算思维的思想解决信管专业领域问题的意识；②给信管专业讲授计算机科学概论课程的教师，应该具有一定的管理科学专业领域知识，便于培养学生运用计算思维的思想方法解决管理科学领域问题的能力；③案例教学不仅要有常用经典算法案例，而且还要例举与信管专业领域相关的典型案例，有助于对学生计算思维能力的培养。

参考文献：

[1]龚沛曾，杨志强，朱君波，等.以计算思维为切入点的计算机基础课程联动改革与实践[J].中国大学教学，2015（11）：53-57.

[2]Jeannette M.wing.Comlmtatienal Thinking[J].Communicafiom of the ACM，2006，49（3）：33-35.

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

[4]蒋宗礼.计算思维之我见[J].中国大学教学，2013（9）：5-10.

[5]李贤阳，杨志坚.基于计算思维的问题导学型教学模式研究[J].教育与职业，2015（33）：87-89.