计算思维在大学计算机基础教学中的实践与探讨

2018-03-28王文溥

长治学院学报 2018年2期

王文溥

（长治学院计算机系，山西长治 046011）

1 引言

计算机教学实践中，很多教师注重软件操作方法的教学，技能上强调把计算机作为一种工具使用。如大学计算机基础课程，就是学习操作计算机，使用一些工作、学习、生活中需要的办公软件或网络聊天等工具就行了，对于计算机工作原理，只是在教材中以操作步骤形式重点描述即可，缺乏对问题的分析和解决思路的探究，造成学生学习了计算机软件后，只能完成简单操作，而没有深入掌握用该软件解决复杂问题的本领，暴露出传统大学计算机基础课程重操作不重思维的教学弊端。需要从计算思维角度出发，创新实践，实现教学过程“技能培养”向“能力培养”转化。

2 大学计算机基础教学现状及问题分析

2.1 教学内容和课程设置存在不足

实际教学中，大部分学生只对实际操作感兴趣，对理论知识学习缺乏学习动力，暴露出教学内容与学生专业联系不紧，且落后于日新月异的信息技术发展。而在课程设置上，有时又会因专业学习需要，课时被挤占，造成学生对大学计算机基础学习的态度问题。

2.2 教学方法和教学手段比较单一

大学计算机基础教学时，一般都采用多媒体教学，让学生在机房上机完成相关实验内容，而后教师上机进行指导。不仅教学方式方法单一，且只是让学生学会一些常用软件的操作，学到的知识和技能在实际中应用不广。

2.3 教学思维和教学模式还有缺陷

大学计算机基础教学往往注重学生掌握计算机应用方面的表现，对学生计算机技术发展思想和理论知识掌握缺少评价，教学上习惯让学生应用已有技术手段解决问题，启发学生用科学思维方式探究解决问题方案缺少，培养创新精神不足，尤其是教学模式上缺少对学生分层、体现专业导向。

大学计算机基础教学关键还要注重对计算思维的深入理解和应用，要从教学过程进行改变。一要使教师从原有的“工具论”教学观念中解脱出来，转而对大学计算机基础知识进行系统设计和行为理解上的求解，帮助学生从解决问题的思路上开展有效学习活动。二要改变以往以演示和操作为主的教学模式。通过选取满足计算思维能力培养的教学内容，结合实际引入新的教学模式，使“一言堂”教学转变为引导式教学。三要改革不合理的评价体系。通常教师把学生通过计算机等维考核作为教学质量衡量标准，使教学不自觉会围绕计算机考试大纲为重点实施教学，忽略了计算机基础理论知识学习掌握，偏离等级考试本质内涵，也就使学生利用所学知识去解决实际问题的能力偏弱，造成学用脱节现象。

3 计算思维与大学计算机基础课程关系

计算思维是运用计算机科学概念进行问题求角、系统设计、行为理解的系列思维活动，它与大学计算机基础课程有着紧密联系。一是求解的思维方法，通过约简、嵌入、转化和仿真方法，帮助学生用抽象思维求解理论问题的能力、用计算机语言解决抽象问题的能力等，即：大学计算机基础课程核心内容就是计算思维能力训练。二是设计和控制的思维方式。通过多维度分析推广的类型检查方法训练，形成与计算机并行的思维方式，既具备从最坏情况进行系统恢复的思维方式，包括预防、保护、冗余、容错、纠错等方式，又具备对庞杂的任务系统进行有效设计和控制的思维方式。这是大学计算机基础教学基础性、普适性目标，即：突出计算思维能力引导。三是规划、学习和调度的思维方式。体现在一种时间和空间之间，以性能效率和存储空间的平衡进行折中的思维方式。包括对某些问题建模、启发式推理等，与大学计算机基础课程存在的本质性、传导性内在联系，是优化现有课程体系的依据参数。

4 计算思维嵌入大学计算机课堂的实践

大学计算机基础教学不仅要培养学生对计算环境的认识，更要突出培养学生掌握问题的计算求解方法。一是结合基础理论与工具使用，培养学生计算思维能力。教学过程中，教师应以引导手段让学生发现问题，如：学习网络知识时，可通过“手机上网的WIFI网络和4G网络有何不同？”、“机房的计算机是如何网络连接实现数据共享的？”等问题，让学生发现问题，激发学生自主思维活动，从而尝试去解决问题。二是让学生在实践中掌握所学知识与技能，达到计算思维能力训练目的。实践教学中，要帮助学生从计算思维角度理解计算机基础理论，需要把知识点进行编排和改造，使计算思维融入“大学计算机基础”。可按照“思维方式－抽象研究－基础理论”为主线的教学层次，帮助学生掌握“合理抽象、高效实现”为特征的知识体系，使学生较好理解计算机基础知识与抽象问题的求解关系。如：在网络基础课程中，可从普通邮递信函在得地邮局之间的传递方式，引导出多个计算机终端进行连接的问题，启发学生实现多台计算机或电子设备的网络集成办法，通过认知、掌握多个计算机设备连接，乃至跨省市、国家等远距离的连接，激发学生对连接抽象问题的思考和研究，从而引出计算机网络基础知识中的网络概念、网络分类、网络协议和网络设备等基础概念，进而介绍传统思维方式与计算思维方式的差异，引出计算方法和程序设计语言等学习内容，并教育学生以计算思维方式设计算法和程序。三是把计算思维与学生创新能力培养相结合，引导学生实现理论到应用过渡。通常，大学计算机课堂是以教师对教材内容的讲授为主，通过课题贯穿、循序渐进及多视角教学或多媒体课件进行知识传播时，进行思维引导。因此，在理论课时要做好驱动设计，融入计算思维中的递归、并行、转化、抽象等概念，以趣味性鼓励学生完成自主选取的任务。如：“二进制”部分，可设置以游戏方式进行教学，让学生通过使用二进制表示二值图像、计算人的生日、计算ISBN等，从中体会二进制与实际生活的关联。又如：构建以计算思维为核心的计算机基础教学平台，以单机、主机、多机环境演示计算机硬件环境；以无线网络蓝牙、云报务、物联网等营造网络环境；建立课程网站进行多元化计算机软件演示平台，促进个性化、实量化的交互教学互动，在实践中锻炼和提高学生运用计算思维思考和解决问题的综合能力。

5 计算思维的大学计算机基础教学创新

构建基于“计算思维”下的大学计算机基础教学体系，应根据学生的专业学习和个性需求，创新采用有助于学生计算思维能力培养的教学方法，选择不同教学模式对学生进行引导和启发，激发学生学习兴趣，提升其计算思维能力。

5.1 内容选取注重情境化，与实际应用相联系

当前，一些算机名词、设计细节使大学计算机基础教学比较琐碎，有些并不适合教学，应进行适当梳理，突出学生理解、掌握应用计算机解决实际问题即可。如；程序设计课，应突出计算机程序设计的思路，引导学生运用计算思维，而对程序语言本身不必过于强化。又如：对磁盘数据应注重存储原理、工作过程和格式化方法，对磁道、扇区、柱面等与计算思维关联不紧的知识，不必深究。还有与数据库的查询、信息编码和传输等核心思路和基本技术不太相关联的知识，都应根据学生应用需求进行适当删减，只要求学生了解就行，从而减少计算机理论枯燥，让学生有更多精力利用计算机工具进行计算思维、个性求解和创新能力训练。

5.2 方法训练注重个性化，与专业技能相结合

根据学生专业背景、理论基础和接受能力采取不同类型的计算思维能力培养训练，可结合学生专业特点，针对性让学生学习与专业关联紧密的计算机知识。如：程序设计，对于非计算机专业学生是学习难点，教学时可加入可视化的编程语言（RAPTOP），帮助学生了解算法和抽象思维。通过学习以计算思维为导向的问题求解，即：问题求解（寻找路径）－解决方案（一笔画算法）－算法优化（使用编程语言、实现优化）－总结归纳（找到通用方法）。由此，从算法构造角度，让学生领悟计算思维之美。

5.3 学习评价注重综合化，与系统应用相关联

考核环节应综合采取不同的方法进行考察，突出学生应用计算思维去分析问题和解决问题的能力。可由基础考核和应用考核两部分组成：基础考核可在教学单元统一预设测试题目和考核任务，教师用默认形式进行考核，也可让学生设置测试题目和考核任务，以完成指定次数练习且练习成绩合格为标准；应用考核由任务情境和相关素材组成，在教学单元设置不同难度任务供学生选择完成，任务难度完成越大，学生成绩越高。由此，既可面向各专业的不同需求有针对性地培养学生计算思维，又体现考核的公平和公正。