基于计算思维能力培养的大学计算机基础课程教学改革探索

于宁　戴红　安继芳　常子冠

摘 要： 为推动以计算思维能力培养为核心的大学计算机基础教学全面改革，结合我校城市型、应用型大学的定位属性，进行了面向应用，基于计算思维能力培养的计算机基础课程教学研究，提出了将计算思维理念与面向应用相结合的改革思路。以“理论够用，适度扩展；实验导学，逐步渗透”为原则重构大学计算机基础课程内容，并借助中国大学MOOC与Blackboard网络教学平台，开展传统课堂教学与SPOCs课程混合式教学实践。

关键词： 计算思维； 面向应用； 混合式教学； 教学改革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2017）09-72-03

Abstract： In order to promote the comprehensive reform of basic computer teaching in university with computational thinking ability as the core， combined with the location attributes of city type and application type of our university， the application-oriented and computational thinking ability training oriented teaching of basic computer course is researched， and the reform idea of combining computational thinking with application-oriented is put forward. With the principle of "sufficient theory， moderate expansion， experimental guidance and gradual infiltration"， the content of basic computer course in the university is reconstructed， and the blended teaching practice of traditional classroom teaching and SPOCs （small private online courses） course is carried out via the Chinese university MOOC and Blackboard network teaching platform.

Key words： computational thinking； application-oriented； blended teaching； teaching reform

0 引言

計算思维曾经是数学家、计算机科学家、软件工程师等人的专利。随着计算机的普及和其应用领域的爆炸性发展，计算能力的瓶颈不断被突破。计算这种智力活动的门槛被打破，计算思维不再是少数人的专属，它逐渐普及开来，先是成为所有理工科大学生的必备技能，进而拓展为所有大学生的基础素质，最终一步步拓延为全人类的集体直观[1]。

教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会在经过大量调研与深入研究后，于2015年11月推出《大学计算机基础课程教学基本要求》，确立了推进大学计算机基础课程教学改革的总体目标，即计算思维能力的培养将成为今后大学计算机基础教学的新常态。这是新的历史时期大学计算机基础教学的基本任务和基本要求。北京联合大学是以本科教育为主的高等院校，学校基于市属综合性普通高校的定位属性，将学校发展目标确立为建设高水平、有特色、首都人民满意的城市型、应用型大学。针对我校的定位及发展目标，结合教指委课程指导意见，在面对非计算机专业学生的计算机能力培养上，如何在有限的学时内使学生既掌握必要的工具，也让计算思维诸要素融入他们的能力结构中，更好地帮助他们建立计算机问题求解意识，是对非计算机专业的计算机教育的挑战[2]。也是一个有待深入研究的问题。

1 以计算思维能力培养为引领，信息应用能力为目标的计算机基础课程教学改革

1.1 由“基于知识的技能传授”向“基于应用的思维能力培养”的转变认识

自20世纪80年代，非计算机专业的大学计算机教育经过30余年的发展，逐步形成了大学计算机教育理念和课程体系。计算机教育发展初期，是以基于知识和的技能传授为目标的，即将计算机视为工具，培养的是软件工具的使用能力。虽然这种使用现代计算机工具的能力非常重要，但时代对大学生计算机应用能力要求不断提高，大学生不仅要具有熟练操作计算机的能力，还要掌握必要的计算机技术以及运用其解决与计算机相关的综合性业务问题的能力，这就将大学计算机应用能力提高了一个层次。

思维是人类认识世界、改造世界的最重要的主观来源，人的一切活动都是建立在思维活动的基础上。古人云：“善思则得，善诱则通，诱思交融，百炼成钢。”，“学以思为贵”。北京师范大学资深教授顾明远先生在谈到“中国的经济转型和教育转型”时提出：教育的本质在某种意义上来讲就是培养学生的思维，培养学生思维的改变。美国著名心理学家、教育家R. J. 斯腾伯格在《思维教学》一书中指出：教育最重要的目标就是引导学生的思维，这也是教育最令人欢欣的目标。可见思维能力培养在学习过程中的重要性。

计算思维是在计算机技术飞速发展的时代，运用计算机科学领域的思想方法形成解决问题方案的过程中，所包含的一系列思维活动，是一种以数学、计算机科学为基础的理性思维方式。大学计算机作为通识型课程，应该像数学、物理一样成为大学生认识世界、改造世界的三大基本思维方式。提倡计算思维的培养，训练这种思维能力，从而使学生具备使用计算机技术解决实际的能力，推动各个领域的信息化发展。大学计算机教学内容由“基于知识的技能传授”向“基于应用的思维能力培养”的转变是时代发展的要求，对提升大学计算机教学水平、培养复合型创新人才具有十分重要的意义。endprint

1.2 确定以计算思维能力培养为引领，信息应用能力为目标的计算机基础课程改革思路

陈国良院士指出，计算思维无处不在，当计算思维真正融入人类活动的整体时，它作为一个问题解决的有效工具，人人都应掌握，处处都会被使用。自然，它应当有效地融入我们每一堂课之中[3]。

计算思维自提出以来，得到了广泛认可，研究型大学已率先将计算思维能力培养落实到计算机系列课程中并进行教学实践。我校是一所市属应用型高校，面对95%以上的非计算机专业的学生，其计算机教育是面向应用的方向。在新一轮课程改革中，确立以计算思维培养为引领，信息应用能力为目标作为大学计算机课程的根本任务。这样的教学定位，不仅符合我校人才培养要求，也摆脱了以操作技能为培养目标所带来的不足，更好地诠释当前大学计算机基础教育发展趋势。

计算思维培养与应用能力提升是相辅相成的。学生的计算思维的形成，必须建立在学会使用计算工具的基础上并借助于实践经验的沉淀和实践能力的提升[4]。计算思维能力培养首先从建立“计算”的意识开始，认识和了解计算机的基本概念和功能，从而掌握应用计算机技术解决问题的思路和方法，而在应用计算机过程中不断理解计算思维，逐步训练，逐渐具备计算思维的能力，从而全面提高分析问题、解决问题的能力。

2 以计算思维能力培养为引领，信息应用能力为目标的计算机基础课程教学设计

综合计算思维培养和应用技能培养相结合的教学目标，重构和梳理教学内容，实施问题驱动、实验导学、传统课堂+SPOCs混合教学等模式，引导学生学会用计算思维去思考问题和解决问题。

以计算思维为引领，信息应用能力为目标的计算机基础课程教学设计从教学内容是什么、传授给学生什么、以什么样方式呈现三个方面展开教学研究与探索。

2.1 教学内容是什么——大学计算机基础知识体系及所涉及的计算思维概念

大学计算机是我校各类专业通识教育必修课程，是学习计算机知识和信息技术的入门课程。参照教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会编制的大学计算机基础课程教学基本要求，结合我校的定位和培养目标，按学科知识的内在结构重新梳理大学计算机课程知识框架和所涉及的计算思维概念，如图1、图2所示。

2.2 传授给学生什么--理论够用，适度扩展；实验导学，逐步渗透

课程内容主要包括理论知识和实验环节，传授给学生的是计算思维意识的培养和实际应用技能的训练。

在有限的学时内，围绕计算机学科中通用的、普适的、核心的基础知识，从计算机素质教育、基础知识、硬件基础、软件基础等不同角度构建理论部分的教学内容，本着“理论够用，适度扩展”的原则，课堂讲授核心内容和求解问题的方法，引导学生理解知识背后所涉及的计算思维核心概念，逐步建立起利用计算机技术解决问题的思路，并理解问题的可计算性、可求解性。

实验教学设计采取“实验导学，逐步渗透”原则，从工作和学习需求出发，设计真实、应用性强的任务，使学生掌握操作平台和相应办公软件的使用方法。如设计图书排版、论文排版、旅游景区宣传片、学生记分册统计和分析等任务，体现学以致用的理念。为满足不同起点学生在同一课堂学习均有提高，分级设计不同层次的任务，在完成基本任务后，可以进一步完成如制作数学试卷答案、自动问卷系统、学生综合测评等综合性任务。通过任务驱动、实验导学使学生在操作中加深对基础知识的理解，提高实际应用能力。在课程教学中对各种文字处理系统、各种电子表格系统、各种数据库系统、各种程序语言环境等做一定的总体分析，俯瞰可复用知识的本质，其抽象、概括的思维意识会得到训练和提高[5]。

2.3 以什么方式呈现——开展多元化混合式教学

为解决学生基础不同、学时压缩与教学内容不断更新之间的矛盾，必须提高教学实效，以恰当、合适的方式将教学内容呈现给学生。

借助中国大学MOOC与Blackboard网络教学平台，开展传统课堂教学与SPOCs混合教学模式，解决课程教学资源共享问题，实现学生的多通道学习、重复学习、不受时空限制地自由学习、碎片化学习。让学习能力强的学生学习到更多内容，让基础弱的学生学习得更扎实。

混合式学习设计理论是教育理论和实践发展共同的必然要求。 这主要表现在三个方面：混合多种学习方式的课程设计是班级授课制的必然要求；是促进学生课外学习的需要；是发展学生专业技能的需要[6]。在混合式學习模式下，参照斯腾伯格提出的思维三元理论，即运用三种促进思维发展的教学策略开展课堂教学：第一种策略是以讲授为基础的照本宣科策略。适合呈现新知识、新信息；第二种策略是以事实为基础的问答策略。教师通过提出问题，引出事实；第三种策略是以思维为基础的对话策略。通过师生之间、生生之间的直接交流对话，展开对问题的讨论。三种教学策略各有各的实用性，关键是要运用得当，要综合运用各种策略。

课堂教学之外，构建北京联合大学网络学堂的教与学资源，以课堂教学内容再现、学习支持和服务、自测和作品欣赏、拓展学习为主要内容，为课堂学习的强化和延伸提供支持。利用互联网开放课程资源，构建基于中国大学MOOC平台的北京联合大学《大学计算机基础》SPOC课程，如图3所示。拓展学习的深度和广度，强化辅导和自主学习能力培养，促进混合式教学和参与式学习。

在教学模式上，将系统化的课堂教学和学生的线上学习相结合，不同的教学内容，给予不同侧重的教学设计。对于理论内容，将课内学习和课外拓展相结合；对于实验内容，将线上演示和课外体验相结合，使学生更好地整合知识，形成学习的能力。

3 结束语

面向应用，基于计算思维能力培养的大学计算机基础课程教学改革正在我校展开，我们重点从教学内容是什么、传授给学生什么、以什么样方式呈现三个方面入手，研究并制定基于应用的思维能力培养的课程设计。在新一轮教学中，继续探索思维能力培养和应用技能训练相结合的教学内容，全面采用混合式学习方式进行教学实践，不断总结教学成效，改进存在的问题。这项工作是一个长期的过程，任重道远，需要我们不断探索。最终目标是学生学会使用计算机这个工具，并能利用计算机技术解决实际问题，为本专业服务。

参考文献（References）：

[1] Vonng.博客园[EB/OL].http：//www.cnblogs.com/Vonng/

p/4245130.html.

[2] 李晓明，蒋宗礼等.积极研究和推进计算思维能力的培养[J].

计算机教育，2012.5：1

[3] 陈国良，董荣胜.计算思维与大学计算机基础教育[J].中国大

学教学，2011.1：7

[4] 黄建成.基于计算思维的大学计算机基础教学改革—从学生

能力的视角出发[J].教育观察，2017.3：110-112

[5] 衷克定，玛丽亚木·玉苏甫江.“大学计算机”课程的计算思维

能力形态及其取向[J].中国大学教学，2013.5：43-46

[6] 黄荣怀，马丁，郑兰琴，张海森.基于混合式学习的课程设计理

论[J].电化教育研究，2009.1：9-13endprint