计算思维导向的“大学计算机基础”课程教学改革的研究

付菊

摘要：新工科背景下，计算与各学科表现出深度融合的趋势，在“大学计算机”课程中引入计算思维，在高等教育界已达成共识，本文以计算思维为切入点，分析了“大学计算机基础”课程存在的问题和课程改革的趋势，提出以学生为中心、以教师为主体、以能力为根本的改革思路，从教学内容、教学方法和考核方式等三方面，提出了基于计算思维的“大学计算机”课程教学改革的方案。

关键词：计算思维；大学计算机基础；教学改革

中图分类号：G424 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）08-0099-02

1 “大学计算机基础”与计算思维

近年来，移动通信、物联网、云计算、大数据这些新概念和新技术的出现，越来越多的事务都被数字化而成为可计算的对象，已经呈现出计算与各学科深度融合的趋势，各学科的高端研究正由传统的学科问题向体现“自动化/计算化→网络化→智能化”的方向发展，体现这种融合的“新工科”的正在成为国家战略，新工科需要的是计算思维教育，而不仅仅是计算机的使用[1]。

早在2010年7月，C9（九校联盟会议）在“第六届大学计算机课程报告论坛”中明确表示：引入计算思维是大学计算机基础课程教学的“核心任务”[2]。2015年教育部大学计算机课程教学指导委员会（下称教指委）制定的《大学计算机基础课程教学基本要求》，明确指出“大学计算机基础”课程要培养学生的计算思维。教指委在计算思维教学改革宣言中也指出：以计算思维为导向的计算机教学改革，将在很大程度上提升中国大学生的思维水平和认识境界。在“大学计算机基础”中进行计算思维的训练已成为必然趋势[3]。

2 “大学计算机基础”课程的现状

“大学计算机基础”是教指委指定的公共基础必修课，培养大学生信息素养的重要环节，是学习其他计算机课程的基础，面向大学一年级新生开设，课程目标是培养学生的信息技术素养，提高学生的计算机应用水平和计算机问题求解能力。但由于传统课堂教学时长的限制、无差别的教学方式和学习个体的能力差异都使得学生对相关知识的理解和应用不尽如人意。

传统的“大学计算机基础”教学内容仍旧停留在所谓“狭义工具论”的层面，就是教学生怎么将计算机作为工具使用，教学内容的组织上以各种软件的使用为重点，对学生思维能力和创新能力的培养不足，教学内容基本围绕计算机系统基础知识、Windows操作基础、Office的使用、数据库技术基础及计算机网络基本知识，采用课堂讲授与上机练习相结合的教学方式开展教学。这种讲练脱节的教学方法导致学生只会简单地使用计算机，不具备计算思维和可持续发展的计算机应用能力，不能满足新形势下大学计算机课程面向计算思维教学改革的需要。同时，随着计算机普及程度越来越高，中小学阶段已开设信息课，学习工具软件的使用，大学生在入学前已具备一定的计算机的基本操作技能。国务院《新一代人工智能发展规划》指出，实施全民智能教育项目，在中小学阶段开设人工智能相关课程，逐步推广编程教育。因此，在“大学计算机基础”课程中，如果不改变授课内容、教学方法和考核方法，显然已经跟不上时代的快速发展。

近几年来，全国高校的计算机基础改革主要围绕着两个主题展开：一是以计算思维为切入点，提升课程的内涵；二是应用MOOC/SPOC改进教学方法和手段。目前，各大高校的“大学计算机基础”课程都在进行各种形式的改革，主要表现为三种模式。模式一，内容基本不变，改进教学方法。模式二，内容小范围调整，突出重点、适当增删。模式三，内容提升，大幅度更新。通过调研，西安交通大学、北京理工大学、哈尔滨工业大学、同济大学、西北工业大学等985高校普遍采用模式3，这些高校在教学内容上共同的特点是严格按照《大学计算机基础课程教学基本要求》展开教学，以理解和运用计算思维为教学目标，培养学生使用计算系统进行问题求解的框架和过程。为实施以计算思维导向的教学改革，大多数普通高校采取模式一或模式二，对课程内容进行微调，在计算机基础课程增加算法和程序设计，或改变教学方式，通过MOOC开展混合式教学。在有限的教学学时情况下，如何设置教学内容，采取什么样的教学方法，如何有效进行评价，探讨“大学计算机基础”课程与计算思维的契合点，研究计算思维在“大学计算机基础”课程教学中让计算思维落到实地，成为目前各高校“大学计算机基础课”程教学研究的关键。

3 计算思维导向的“大学计算机基础”课程教学改革的思路

树立“以学生为中心、以教师为主体、以能力为根本”的改革思路，通过对计算机基础课程的教学内容、教学方式、评价和考核等方面的改革，提高学生的计算机应用能力和综合创新能力，适应当代社会发展对大学生计算机能力越来越高的新要求。根据教育部《关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见》和《高等学校非计算机专业计算机基础课程教学基本要求》，贯彻分层分类教学、因材施教、强化计算机应用能力和创新能力培养的原则，有序地推进计算机基础课程的改革。分类教学即按不同的专业大类要求分别设置相应的教學内容。分级教学即对新生进行入学摸底测试，通过的学生可以选修更高层次的课程，以达到因材施教的目的。

3.1 教学内容的改革

针对目前的“大学计算机基础”课程重应用轻理论的不足，整合、拓宽、深化教学内容，加强计算思维培养和提高计算机实际应用能力，在原有授课内容计算机系统、操作系统基础、网络基础知识的基础上，增加计算思维、问题求解与算法、程序设计初步、新技术等新知识点，提升计算机基础课程的内涵。去掉Office的内容，明确计算机与各专业的交叉知识点，特别是计算机新技术在该专业领域的应用，使计算机基础课程的教学内容体现专业特色，使学生能够从自己专业领域的角度审视信息技术，更好地规划专业学习课程。

具有计算思维的学习者应该能够理解问题的计算特性并善于利用计算机解决问题，学习程序设计语言是计算思维落地的最好方式[4]。结合专业特点和课程融合的需求，不同专业选择不同的编程语言进行讲授，机电大类的专业后续专业课需要C语言作为工具，且C语言在嵌入式、高并发服务器、大型游戏、网络安全、智能制造等领域应用极广，为了加强课程间的衔接和融合，对机电大类专业讲授C语言。Python是一门“万金油”语言，简单易学，在Web应用开发、数学计算、图形界面开发、系统网络运维、游戏开发等方面应用广泛，其他理工科可以专业选择Python语言进行教学。以Scratch为代表的可视化图块式编程工具，相比于传统编程设计软件操作难度低、内容丰富，引导学生在解决问题的过程中培养学生的计算思维能力，文科和艺术类的专业可以选择Scratch语言进行程序设计的学习。

实验内容根据不同的能力目标，设计模仿型、验证型、探究型、设计型的实验任务。结合专业特色，按照案例方式组织实验教学，提高实践教学内容的广度和难度，实验内容应培养学生的计算思维意识，加强学生对计算机的应用能力训练，逐步形成应用计算机技术分析问题和解决问题的能力，在实践过程中自然而然地体会计算思维[5]。减少操作系统的设置、Office应用、Internet 的基本使用等技能性知识的训练，加強计算机应用能力的训练，如问题求解与算法、与程序设计初步、网络安全设置、信息表示等。此外，根据专业的不同，数据库技术基础、网页设计、多媒体技术基础、图像处理作为选做内容。

3.2 教学方式的改革

学生计算思维能力培养应体现在教学的每一个环节，在课堂教学中，教师要引导学生对问题进行抽象、分析，使学生逐步建立问题求解的思路，进而引导学生进行问题探讨。传统的大学计算机基础课程教学注重知识的灌输，学生处于被动学习状态，利用MOOC资源和SPOC平台，线上线下相结合，开展混合式教学，有利于调动大多数学生的学习热情，实现以学生为中心的教学方式，翻转课堂无疑是基于“MOOC+SPOC”的混合教学模式的最佳教学方法。[6]翻转课堂的内涵在于个性化和差异化的学习环境，突出学生的主体地位。翻转课堂使教学流程由“先教后学”转变为“先学后教”，这种通过以“自主、探究、合作”为特征的学习方式，其本质是构建个性化的学习模式，学生通过课前自主学习来发现问题，课上在老师的引导下学生以小组为单位研讨问题，得出解决问题的思路，课后进行反思和总结，从而实现高阶学习，培养学生的计算思维能力。

3.3 课程考核方式的改革

作为课程改革的导向，课程考核的内容和方式至关重要。考试内容应突出学生运用知识分析问题、解决问题能力的考核，减少单个知识点的考核。考核方式与授课方式结合，重点考查学生抽象分解问题能力、批判性思维、团队协作、交流沟通等各方面综合能力，让教学目标从“知识与技能培养”改变为“计算思维能力培养”。建立形成性评价与终结性评价相结合的新的课程考核评价体系，注重学生全过程的考核。改变考核成绩的构成，加大对学习过程，如课堂教学表现、课堂互动、小组讨论、单元测试、上机作业的考察比例，增加网络学习、课程论文、思维导图等形式的考核，降低期末考试的占分比例。

4 反思与总结

“大学计算机基础”课程是计算机基础教学的第一门课程，也是培养学生计算思维能力的关键，如何正确理解计算思维的实质，如何在教学内容和教学方法中融入计算思维，改变适合计算思维导向的课程考核方式，对教师是一个挑战。一方面，教师要改变教学理念，加强计算思维导向的课程改革的学习和研讨，需要在授课内容的重构上达成共识。另一方面，“大学计算机基础”是公共基础课，各高校普遍采用大班授课，计算思维导向的教学过程的组织，合理公正的评价每位学生，全过程的考核都将会大大增加教师的工作量，在一定程度上影响教师的积极性。

参考文献：

[1] 战德臣.大学计算机——理解和应用计算思维[M].人民邮电出版社，2018：14.

[2] 何钦铭， 陆汉权， 冯博琴. 计算机基础教学的核心任务是计算思维能力的培养[J]. 中国大学教学， 2010（9）： 5-9.

[3教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会.计算思维教学改革宣言[J].中国大学教学，2013（7） ： 8-10，17.

[4] 吴宁，崔舒宁. 以计算思维能力培养为核心的大学计算机基础课程教学内容改革研究[J].计算机教育， 2012（7）：107-110.

[5] 战德臣， 王浩. 面向计算思维的大学计算机课程教学内容体系[J]. 中国大学教学， 2014（7）.

[6] 苏小红，赵玲玲，叶麟，等.基于MOOC+SPOC的混合式教学的探索与实践[J].中国大学教学，2015（7）：60-65.

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