基于计算思维的大学计算机基础教学平台研究

张兴竹，钱林红

（文山学院 信息科学学院，云南 文山663000）

自美国卡内基梅隆大学的周以真教授提出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科学之广度的一系列思维活动这一概念以来，国内外学者开展了大量用计算思维解决学术和工程问题的探索[1]。2010年“第六届大学计算机课程报告论坛”中明确指出：引入计算思维是大学计算机基础课程教学的核心任务[2]。国内高校纷纷运用计算思维指导新一轮的计算机基础教学改革，循序渐进地构建基于计算思维培养的新的教学体系，以期从技能培养到能力培养过渡到计算思维培养。

使用计算思维解决问题是将问题抽象，通过恰当的方式表达出来，使之成为能够利用计算机处理的形式，计算思维的研究和应用依赖计算机的发展，计算机课程是培养计算思维的最好课程[3]。《大学计算机基础》课程主要目标是培养学生使用计算机解决问题的能力，是培养非计算机专业学生计算思维的重要基础课程。

随着互联网的兴起，线上学习模式特别是移动端学习成为越来越多学生的选择，合理利用网络资源，开发符合学生水平的计算机基础学习平台，提高学生的学习质量是当前高等教育信息化改革的一个重要方向[4]。以计算思维指导的大学计算机基础课程体系建设过程中，搭建符合计算思维培养的课程在线学习平台来辅助教学，提升学生的学习水平，是研究的重点问题。

1 计算思维模式下传统教学模式的不足

大学计算机基础是针对高等院校非计算机专业本科生开设的一门公共必修课程，随着信息技术日益渗透到各个学科和专业领域，在计算思维视野下，大学计算机基础课程的主要目标之一就是培养学生的计算思维，这是一个新的挑战，传统的教学模式已经不能满足培养计算思维的需求。

1.1 任务驱动教学模式存在的不足

任务驱动教学模式由教师设置隐含教学内容的学习任务，学习者通过自主探索和互动协作，找出任务完成的方法，通过任务驱动学生自主学习。但传统的任务驱动教学中，老师设置的任务在一个班级中通常是统一的，这就造成基础较差的学生无法正常完成任务而产生挫败感，而同样的任务对于层次高的学生没有难度，不能引导学生去进行学习探索，这样任务驱动教学模式就偏离了用探索解决任务来激发学生兴趣、驱动自主学习的目的。

对任务驱动教学模式的理解上存在偏差，如有的教师先讲授学习内容或进行任务操作演示，然后将这些内容或操作当作任务交给学生去完成，这样的任务等同于作业，无法体现任务驱动教学的内涵。学生仅仅是机械地完成这些任务，完成了技能的训练，而忽视了思维能力的培养[5]。

基于计算思维的任务驱动教学模式，应在计算机基础课程中融入计算思维中的递归、并行、转化、抽象等概念，设置多个相关任务供学习者选取，启发学习者使用计算思维的内容和技巧解决遇到的问题。在任务设置时同一个知识点设置不同难度的任务，让学生自主选取自己能够完成的任务，避免学生对于难度较大的任务产生挫败感；同时鼓励学生循序渐进地完成难度更大的任务，每个任务完成后学生要提交作品，老师再进行评价总结。通过解决任务的过程，达到完成预定教学目标的目的。此外，为了体现每个学习者的学习进度和保存学习轨迹，需要保存学生完成任务后所提交的作品及评价。

1.2 开放式网络教学模式的不足

利用互联网上的开放式网络资源，学习者可以在任何地点按自己的学习进度进行学习，不同层次的学生可以选择不同程度的课程单元进行学习，在线自主学习模式可以让学生预习内容，提高课堂效率，同时也是课堂教学的补充，没掌握这部分内容的同学可在课后自行加强学习。不同专业的学生也可以结合自己的专业特点来重点加强计算机基础课程中某些内容的学习。例如在office软件的使用中，理科专业多数需要使用公式编辑器，音乐专业更注重音频处理。开放式网络学习提供了充分的资源供学习者选择学习。

目前，开放式网络学习资源除了各高校的精品课、公开课外，还包括MOOC（massive open online course）、微课等课程资源。目前名校的在线开放课程具有名校的强大吸引力、创新的课程模式、联通主义学习理论、开放与移动特性等优势[6]。但是也存在一些问题：

1）学习者与老师、学习者之间缺乏面对面的交流，另外，因为这些课程规模较大，老师无法照顾到每一个学习者。如果学生在学习过程中有疑问或在自己实验过程中遇到问题，往往不能得到快速的解决，影响学生持续学习的热情。

2）在线课程内容与本校具体的教学大纲不完全吻合，现有的教学模式中授课内容仍然要依据具体的教学大纲和教材。而计算机基础教材的滞后性使得课堂内容与在线开放课程内容不一致。

3）考核方式单一，在线开放课程的主要考核方式为在线测试，测试成绩一般由计算机评分，测试合格则通过该课程的学习。这种考核方式较适用于理论知识的考核，不能体现培养计算思维的理念。

4）学生缺乏学习的积极性，在线开放课程需要学生在课外时间主动参与学习，但是在线学习会受到网络游戏、社交工具等很多的干扰，将学生的兴趣从课程的学习引导到其他方面。

针对开放式网络学习的不足，一种新的课程类型——SPOC（Small Private Online Course）被提出，这种网络课程与在线开放课程的区别在于限制了学习者规模和设置了准入条件，从而增加学生的参与度，提高课程质量。SPOC可能会成为一种更受欢迎的模式。因为SPOC创建的混合教学环境，既融合了大规模开放课程的优点，又弥补了传统教室课程的不足[7]。采用基于SPOC的混合线下课堂教学和线上开放学习的教学模式，是在计算机基础课程中培养计算思维的一种有效手段。

1.3 平时考核加上机考试的弊端

目前我院大学计算机基础课程现行的考核方式以上机考试为主，内容主要为考查计算机基础知识的客观题和考查Word和Excel操作的操作题。课程总体考核以上机考试综合平时作业及课堂表现。虽然较以前增加了平时作业考核的比重，强化了对过程的评价，但是仍然以考试成绩为主导。不能全面地评估学生在课程学习中取得的成果。在这种考核系统下学生只是被动地完成作业，重视考前突击而忽视平时的学习过程。只注重知识点的死记硬背和软件操作的具体方法，现行考核方式无法对学生应用计算机技术解决问题的思维能力进行考核。

考虑到计算机基础课程即要对计算机基础知识掌握情况进行考查，又要对学生实际解决问题的能力进行考核，需要一个对两者综合考核的系统。在确保考核客观准确的前提下，还要考虑考核实施的便利性和评分的准确性，同时还要兼顾考核的公平性，避免出现抄袭答案和作业的情况。

2 计算思维下的教学平台

由于传统任务驱动教学、开放式网络教学模式不符合计算思维培养的需求，平时考核加上机考试也无法对学生应用计算机技术解决问题的思维能力进行考核。基于计算思维的大学计算机基础课程对教学过程提出了新的要求：任务驱动教学需要教师根据学生的具体层次来设置任务；混合教学模式要求记录学生的学习进度和学习参与度；健全的考核系统要从理论和应用两方面来进行考核。

为了使这种教学和考核方式可行，需要设计一个教学平台来支持大学计算机基础课程教学的实施。根据本校的具体课程内容及学生的实际情况，以计算思维为指导，构建符合自身需求的计算机基础课程教学平台，整合课程、教师和学习环境资源。

2.1 教学平台整体实现模式和实现方案

考虑到在线教学平台需要具备访问的便利性，在设计模式上采用B/S模式，该模式不需要在用户端安装和更新系统，用户只需要通过浏览器打开教学平台的网页即可使用各种功能。大学计算机基础课程是我校非计算机专业学生的必修课，面对如此规模的学生用户，选择B/S模式可以使教学平台的布置和维护成本降低。

针对当前越来越多的人选择移动端接入互联网的情况，大学计算机基础教学平台要兼顾计算机端和移动端的体验。整个在线教学平台的前端采用基于Bootstrap和HTML5构建自适应网页，采用ajax和jquery技术提升用户体验。后端采用JSP+Apache+Mysql实现，保证系统的可移植性。

2.2 教学平台构成

平台主要组成部分为：大学计算机基础课程资源子系统，用于提供教学资源共享；综合考核子系统，分为基础知识考核和应用考核两个模块；在线交流子系统，用于实现学生与教师、学生与学生之间的互动交流。具体构成如图1所示。其中课程资源包括教学课件、微课视频、练习题和优秀学生作品展示等内容，除了教师提供的课程资源，学生也可以上传资源比如自己录制的微课视频等。考核子系统由教师指定考核方式，是基础知识考核还是应用考核，并由计算机自动完成成绩评定并保存每个学生的每次考核成绩。交流子系统中的师生交流通过留言板的形式实现，更大范围内的交流通过论坛完成。

图1 大学计算机基础教学平台结构图

每个子系统的具体组成和功能如下：

1）课程资源子系统：课程资源是课程内容的载体，主要有教学课件、微课视频、练习题和学生作品展示。

课程资源由授课教师提供，课程共用的资源由教学部门统一设置，用户登录后都可以访问这些公共资源；教师还可以根据班级的具体情况增加一些额外资源，这些资源只能由相应班级的学生使用；另外学生可以上传自己制作的资源，经过教师审核后可以开放成为班级共用的资源。练习题在学生练习后由计算机自动评分并给出试题评析，学生可以自己评估对知识的掌握程度。同时将学生优秀作品进行展示，鼓励学生应用计算机技术创新性地解决实际问题。

2）综合考核子系统：由基础知识考核和应用考核两部分组成。每一教学单元统一预设测试题目和考核任务，教师可以使用默认形式进行考核，也可以自己设置测试题目和考核任务。

基础知识考核部分的测试题目主要采用选择题的形式，此部分要和课程资源中的练习部分联系，要求必须在完成指定次数的练习并且练习成绩合格后才能参加每一单元后的测试。为保证考核结果的正确性，减轻教师的工作量，测试评分由计算机自动进行。并且每次测试后进行成绩统计分析，供授课教师查看。

应用考核部分针对每一教学单元设置不同难度的任务供学生选择完成。这些任务由任务情境和相关素材组成，学生登录考核页面后，可以看到不同难度的任务和任务描述，学生选择要完成的任务下载相关素材，完成任务后将任务相关文档上传到系统中。完成难度越大的任务学生获得的成绩越高。此部分的实现是考核子系统的难点，要实现计算机对文档的自动评分，同时要避免通过简单复制文档的抄袭行为。

3）在线交流子系统：结合线上线下的混合教学模式需要提供一种在线交流形式，以便学生在利用网络资源自主学习遇到问题时，能够通过及时地与教师交流解决疑问。学生通过留言板与老师交流，同时课程论坛提供了所有学习计算机基础课程的学生交流环境。

3 结论

本文以计算思维为指导，分析了计算思维培养对大学计算机基础课程提出的新要求，并针对这些新要求，探讨了基于计算思维的大学计算机基础教学平台的设计，该平台提供丰富的课程学习资源，面向各专业的不同需求有针对性地培养学生计算思维。结合传统课堂教学与在线学习的优点，满足不同层次学生的需求，提高计算机教学效率和质量。

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

[2] 九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明[J]．中国大学教学，2010（9）：4.

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

[4] 梁林梅，刘永贵，桑新民.高等教育信息化发展与研究论纲叨.现代教育技术，2012（1）：5-9.

[5] 钟柏昌.任务驱动教学的反思与重塑[D].南京师范大学，2004.

[6] 孔德宇. 基于计算思维的大学计算机基础MOOC课程模式研究[D]. 河南师范大学，2015.

[7] 康叶钦.在线教育的“后MOOC时代”——SPOC解析[J].清华大学教育研究，2014（1）：85-93.