计算机基础与计算思维相结合的“计算机导论”课程知识体系构建研究

马思根 刘文江

摘  要： “计算机导论”作为计算机类学生的第一门专业基础课程，构建好这门课程的教学知识体系，为后续课程打好专业基础，并培养学生的计算思维和创新能力，激发学生的专业学习兴趣，显得尤为重要。文章从分析国内高校“计算机导论”课程教学的状况出发，结合我校在该课程近几年教学范式改革中探索出的经验，提出了计算机基础与计算思维相结合的课程教学改革方案以及课程的教学知识体系。希望能为承担该课程教学的同行提供借鉴。

关键词： 计算机基础; 计算思维; 计算机导论; 课程知识体系

中图分类号：TP311.1-4;G642.0          文献标志码：A     文章编号：1006-8228（2019）05-87-04

Abstract： "Introduction to Computer" as the first professional basic course for computer majored student， it is particularly important to construct the knowledge system of the course for teaching， in order to lay a good professional foundation for the follow-up courses， cultivate students' abilities of computational thinking and innovation， and stimulate students' interest in professional learning. Based on the analysis of the current teaching situation of "Introduction to Computer" course in domestic universities， and combined with the experience of teaching paradigm reform in our university， this paper puts forward the teaching reform direction of combining computer foundation with computational thinking， and the knowledge system of the course for teaching， hoping to provide reference for colleagues who undertake the same course teaching.

Key words： computer foundation; computational thinking; introduction to computer; knowledge system of the course

0 引言

计算机导论是计算机类专业大学一年级新生的第一门专业基础课，该课程肩负着引领学生进入计算机学科大门，系统地向学生介绍计算机学科基础知识，构建学科专业知识体系框架，并提高计算机实践应用能力的基本教学任务。同时，课程还必须跟踪计算机学科的发展趋势及最新进展，开展探索性学习，培养学生的计算思维能力和专业素养，强化学生的创新能力和创新意识，激发学生探索计算机科学的兴趣等教学职责。

近年来，我国高校为了提高教学质量，各种教学改革在不断推陈出新。在大学计算机教学中有目的地引入计算思维，并且加以适当的训练，有利于提高学生对计算机科学的理解和认识，有利于训练学生的科学思维[1-5]。可见，计算思维能力的培养已成为国内外计算机教育的重点研究课题[6]。因此，计算机导论课程教學要在介绍计算机基础知识、训练计算机基本应用操作技能和指导专业学习方法的基础上，还要着重培养学生具有计算机学科的思维能力，使学生领会从事本学科工作的价值所在和计算机学科的力量[7-8]。课程的知识体系构建不仅针对课程教学本身，还要从计算机类专业学生整个大学的计算学科思维能力构建出发，只有站在这样的高度去构建课程教学知识体系才更科学。

1 计算思维及其特征

计算思维（Computational Thinking）被认为是继实证思维（以物理等学科为基础）和逻辑思维（以数学为基础）之后第三种最重要的思维模式。计算思维就是运用计算机科学的基本概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等，它涵盖了计算机科学广度的一系列思维活动[9-28]。这是周以真教授给计算思维的定义，同时她还给出了计算思维更详细的七种描述和六大特征，其核心是计算思维强调思维方法，思维方法是人的，不是计算机的。也就是说，虽然计算思维是用计算机学科中的算法与策略来分析和解决问题，但是跟一般思维技能类似，是一种计算机可以执行的解决问题方法，在这种方法或运算逻辑规范下，不同的输入数据会得出与其对应的相对独立的输出结果。因此，从计算机科学的视角出发，计算思维严格来说只是算法思维逻辑，是用系统的方法描述解决问题的策略或思路，与具体计算机硬件和软件本身无关，可以针对某个算法思维逻辑，开发出可运行于其他不同硬件及操作系统平台上的程序或应用软件系统。计算思维适用于学习和从事各种专业的人们，而不仅限于计算机类专业人才。

2 以往课程教学内容及其存在的不足

计算机文化基础课程教学在我国高校已有三十多年的发展历史，现在已经发展成为类似英语、高等数学、政治理论、法律基础等课程一样普及和重要的基础课程。三十多年来，计算机基础课程始终跟随社会经济发展的需要不断进行改革，调整课程教学内容和方式、方法，以不断适应人才培养的需求。

一直以来该课程无法形成普遍共识的课程教学知识体系，没有像高等数学、大学英语那样在全国普遍认可的统一教材及课程教学内容和实施方案，但是大体上离不开以下几种情况：①有些高校把面向非计算机专业学生开设的计算机文化基础课程与专门为计算机类专业学生开设的计算机导论课程的内容雷同;②有些高校把专门为计算机类专业学生开设的计算机导论课程与面向非计算机专业学生开设的计算机文化基础课程完全割裂开来，两门课程的内容几乎完全不一样;③有些高校对计算机导论与计算机文化基础课程进行了教学内容上的区分，但前者主要强调计算机理论基础，即计算机原理，后者主要强调计算机应用，即Office办公软件操作，两门课程均未适当引入计算思维的教学内容。不管是哪种情况，均不能体现计算机技术学科发展，没有提升学生处理问题，特别是利用计算机知识和计算思维解决各种专业问题的能力，也没有很好的适应社会经济发展对人才培养的需要。

近年来，虽然不少高校明确在计算机基础教学中把计算思维能力的培养作为核心任务[13]，加强以计算思维能力培养为核心的计算机基础教学课程体系和教学内容的研究[29-31]。并不断加强以计算思维能力培养为核心的计算机基础教学课程体系和教学内容的改革与创新[32]。但是，通过考察这些高校的计算机导论课程教学内容和知识体系不难发现，不少高校在强化计算思维能力培养的同时，却忽略了计算机基础知识和专业学习方法的导入，而且在实践教学部分没有做到不断提升运用计算思维来处理问题的综合能力，造成了学生后续专业课程学习的困惑，没有为后续课程建立应有的专业基础。可见，计算机导论课程不仅要给计算机类专业学习打好计算机学科基础，还需要培养学生具有“计算思维”能力，还更要使学生因具有计算思维而提升其学科创新能力。

3 课程知识体系的构建与实施

计算机导论课程的知识体系构建应以计算机基础理论、计算思维和实践能力培养为主线，采用“理论基础+计算思维+实验提升”的培养方式，既要为计算机类专业内不同专业、不同层次学生打好计算机专业基础，又要能提升不同层次学生的自主学习的积极性和探索性。

课程知识体系中的理论基础部分以理解计算机基本原理和计算思维学科概念及原理为目标，从认识问题、理解问题、组织问题、解决问题为出发点，再到计算思维的理解和建立过程。强调认识和理解计算思维的本质，为通过计算思维程序设计实验来实现计算思维的基本过程做铺垫，避免理论知识体系的大跨度跳跃[4]。理论基础包括计算机系统基础、数字系统及数据表示、网络基础知识、规模数据的有效管理、复杂问题的处理和计算思维基础等。实验提升部分是在理解计算机理论知识的基础上，以培养计算思维能力为目的，从认识、组装计算机硬件，到软件系统安装，强化各个实践操作环节，培养学生利用计算机解决专业实际问题的能力，包括硬件系统组装及维护、日常信息管理、操作系统管理、网络与数据共享应用到计算思维程序设计等环节，课程知识体系如图1所示。

基础理论部分主要是通过学生预习、教师课堂讲授、课后学生作业巩固等环节，让学生对计算机学科的发展，计算机基本概念、原理及组成，计算机类专业的基本知识体系，计算机学科方法和计算机思维等有一个广而不深的理解。实验操作环节是课程教学的重要组成部分，更是应用提升部分，在实验操作的各环节设计时，应坚持“分层指导、分组实验、互助学习、理论与实践并重、课内与课外互补、必做实验与选做实验相结合”的原则，建立多层次的实验教学体系。同时，通过网络媒体资源、QQ和微信等其他灵活的沟通交流方式指导和督促学生自主学习，培养学生们的自主学习习惯。课程实验采用课内集中、课外分散，按组实验和自主实验相结合的方式开展。其中，集中实验根据课程进度，安排到统一的实验室;分组实验可在课内集中实验时进行，也可由组里成员商定实验时间，并分工协作完成实验相关内容;自主实验的自由度较大，学生可以利用自己的电脑或学校内外公有实验室完成实验任务。具体实验项目分为计算机硬件和软件系统组装实验、Office办公软件及基本图像处理訓练实验、Windows 10系统管理实验、网络基础应用实验和计算思维训练实验等。在确保实验质量的基础上，根据学生的能力和层次适当增加一些综合性、创新性实验。整个实验开展过程采取分层次、循序渐进的模式，由浅入深、由简单到综合、再由综合到创新，课内课外结合[33]，做到不同层次的学生兼顾，并鼓励基础好的优秀学生发挥自主创意、独立或组队完成水平较高的创新性实验[34]。

4 结束语

我校在计算机导论课程教学范式改革过程中，对2015级学生开始引入计算思维，将其作为课程教学的重点。平衡好计算机基础与计算思维的教学内容，包括在实验操作环节的衔接和提升，这是此课程知识体系构建的核心。通过几年的课程知识体系构建和教学实施，使计算机导论课在保证原有计算机基础教学知识内容的基础上，着重计算思维的培养，其过程贯穿于计算机基础日常管理、网络与数据共享、计算思维基础程序设计，以及综合创新性实验等各节。其实，面向计算思维的计算机导论课程知识体系构建与实践，就是将计算思维通过计算机基础理论的教学与实验，并辅助以专门计算思维程序设计实验，使得计算思维教学渗透到学生的日常学习思维活动中，进而为提升其自身创新思维和创新能力奠定基础。

参考文献（References）：

[1] 教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会.高等学校计算机基础教学发展战略研究报告暨计算机基础课程教学基本要求[M].高等教育出版社，2009.

[2] 李廉.计算思维——概念与挑战[J].中国大学教学，2012.1：7-12

[3] 董卫军，邢为民，索琦.以计算思维为导向的程序设计课程改革与实践[J].工业和信息化教育，2013.6：60-64

[4] 董卫军.面向计算思维的“计算机导论”课程内容重构与实践[J].工业和信息化教育，2014.6：26-30

[5] 侯薇.关于程序设计与计算思维关系的思考[J].信息与电脑（理论版），2014.1：97-98

[6] 教育部高等學校文科计算机基础教学指导委员会.高等学校文科类专业大学计算机教学要求（第6版—2011年版）[M].高等教育出版社，2011.

[7] 崔晓松，刘德山，孙美乔.计算机科学导论课程教学改革探究[J].中国信息技术教育，2009.22：22-23

[8] 张铭.计算机思维给计算机教学带来的挑战[DB/OL].百度文库，2015-04-04，https：//wenku.baidu.com/view/072b6636e518964bce847c41.html.

[9] Wing J M. Computational Thinking[J]. Communications of the ACM，2006.49（3）：33-35

[10] 董荣胜，古天龙.计算思维与计算机方法论[J].计算机科学，2009.36（1）：1-4，42

[11] 董荣胜.计算思维与计算机导论[J].计算机科学，2009.36（4）：50-52.

[12] 李志文.医药计算机应用基础实验教学中的计算思维能力培养[J].实验室研究与探索，2012.8：349-351，380

[13] 杨建磊.我国高校计算机基础课程改革目标的新定位——基于计算思维理论[J].甘肃科技，2012.15：84-85，77

[14] 冯坤山，朱云飞.浅谈计算思维[J].中国科技纵横，2012.11：175

[15] 杨海琼，王茂基.基于计算思维培养的离散数学教学探讨[J].科教导刊（上旬刊），2013.11：97-98

[16] 赵铭伟，朱鸣华，杨微.以计算思维为导向的课堂教学设计初探[J].教育教学论坛，2013.48：161-163

[17] 朱勇，杨洪伟，宋晓强.大学计算机基础教学中计算思维的培养途径[J].计算机教育，2013.5：35-38

[18] 范莉莉，王忠群.在《编译原理》课程教学中探索专业素质和能力的培养[J].现代计算机（专业版），2010.7：68-71

[19] 姚怡，吴金春，李向华，余益.从博弈论的角度探讨当前的大学计算机基础教学改革[J].大学教育，2014.1：41-43

[20] 张云秋，王桂荣.文科计算机程序设计实验中计算思维的培养[J].电子制作，2013.21：111

[21] 郭珉，闫勇，常新功.以能力培养为核心的Java程序设计课程教学探索[J].高等财经教育研究，2013.16（4）：31-35

[22] 伍丁红.信息化时代大学计算机基础教学改革思路[J].湖北经济学院学报（人文社会科学版），2013.10（11）：163-164

[23] 王雷.针对计算思维在计算机课程教学中的贯穿[J].赤子（上中旬），2014.21：163

[24] 程静，梁树军.计算思维引导下的计算机基础教育改革的研究与实践[J].中国电力教育，2014.30：56-58

[25] 周香英，钟琦.计算思维视野下大学计算机课程的MOOC教学模式研究[J].赣南师范学院学报，2014.6：81-83

[26] 韦美雁.计算思维培养与《数据库原理与应用》教学[J].湖南科技学院学报，2014.35（10）：92-93

[27] 刘贵松，房秀芬，陈文宇.基于计算思维能力培养的计算机图形学知识体系[J].实验科学与技术，2015.13（2）：160-162，191

[28] 王颖超，安志龙.浅议计算思维在艺术类院校计算机基础课教学中的应用[J].北方文学（中旬刊），2015.2：199

[29] 冯博琴.对于计算思维能力培养“落地”问题的探讨[J].中国大学教学，2012.9：6-9

[30] 吕腾，闫萍，王秀珍.以计算思维为理念的大学计算机基础课程教学探讨[J].科教文汇（下旬刊），2015.3：62-63

[31] 李淑琴，丁濛，孟坤.计算机博弈教学中的计算思维能力培养[J].计算机教育，2017.5：22-24

[32] 傅向华，周虹.计算机游戏设计中的计算思维能力培养[J].计算机教育，2013.13：48-51

[33] 王丽君，倪海英.高校计算机基础课程分类分级教学改革探讨—以江西师范大学为例[J].江西教育学院学报（综合），2010.31（3）：53-55

[34] 宋雪亚，王传安.应用型高校大学计算机基础教学模式改革探讨[J].赤峰学院学报（自然科学版），2013.14：222-223