大学生计算思维素养形成与教学改革

陆广泉　周远华

摘 要 根据广西本科院校在学习“计算机应用基础”课程所遇到的问题及一线的教学经验，强调大学生计算思维素养形成的重要性，从融入计算思维于教学、健全线上线下课堂结合的教学体系、探索计算思维于课堂的教学等方面提出改革的建议，最后，对本文内容进行总结，提高学校的教学水平并提供给其他课程的教学改革提供借鉴。力争达到学生掌握基本的计算机知识、养成终身学习、并在将来解决问题过程中运用计算机思维的能力。

关键词 计算思维 教学改革 计算机基础 计算机应用基础

中图分类号：G642                                   文献标识码：A    DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2021.01.014

Abstract According to the problems and teaching experience of Guangxi undergraduate colleges in learning "computer application foundation"， this paper emphasizes the importance of the formation of college students' computational thinking literacy， and puts forward reform suggestions from integrating computational thinking into teaching， improving the teaching system of combining online and offline classroom， and exploring the application of computational thinking in classroom teaching. Finally， this paper summarizes the content of this paper， improve the teaching level of the school and provide reference for the teaching reform of other courses. Strive to achieve students to master basic computer knowledge， develop lifelong learning， and use computer thinking ability in the process of solving problems in the future.

Keywords computational thinking; teaching reform; fundamentals of computer; computer application foundation

1 計算机基础课程教学改革的现状与重要性

1.1 国际人工智能、大数据等技术现状

美国把人工智能和大数据研究提高到了国家战略层面。在先进的制药产业，运用机器学习技术，采用大数据和模式识别的方法来识别化合物的相关靶点关系，并得出有效的模式结论。此外，美国希望在科研教学、环境科学、工程技术等多个领域获得突破。

欧盟在大数据研究方面，研究数据价值链，加大“大数据”和“开放数据”领域的研究的资金投入。构建开放的数据政策生态;促进科研实验数据共享以及数据的再次利用。英国则通过政府制定政策，开放交通运输、气候变化和人们健康的核心数据库;而英国皇家学会则考虑科研数据在各研究团体及工作用户等群体中进行共享。法国政府则以教育为目标，把培养软件制造商、信息系统设计师为目标，并对这些行业进行计划投资。此外，法国在制定政策上，大力支持大数据相关的产业，要求政府部门和企业协作，投资3亿欧元来推进大数据与人工智能领域的发展。

1.2 国内计算机基础教学现状分析

随着人工智能和大数据的发展，我国越来越重视中小学信息技术教育，全国各地高校的学生中，80%以上的中学阶段进修了信息基础课程，主要得益于个人计算机在家庭的普及。广西地区高校对计算机基础课程教学重视程度不够。由于计算机基础属于非计算机专业的公共课，而不是通识课程，教学停留在传授知识层面，使大部分学生忽视了该课程，而且学生觉得，计算机基础知识与专业知识学习不相关，助长了知识脱节和偏离。

由于计算机基础考试题型、题目相对固定，使得学生应试心理严重，促使学生通过刷题、死记硬背或强行记忆来进行学习。这样，造成教学范围狭窄、教学内容相对固定，学生修习完课程，不会举一反三、积极性难以提高，这都影响着计算机基础课程的教学。

针对广西高校计算机基础教学方面存在的不足，本文研究大学生计算机思维素养形成与教学方式改革，让学生进一步提高这一素养，为将来运用计算思维解决实际能力做准备，也给教师提高课堂教学质量提供新的方法和思路。

2 当前计算机应用基础课程教学存在的问题

疫情突然暴发以来，许多高校不能按时间开学，纷纷延迟或推后开学。为了不影响或减少疫情对学校日常的教学和科研活动的影响，全国各地院校热衷于借助爱课程（中国大学MOOC）、学堂在线、智慧树网、网络视频会议、超星学习通等网络平台进行线上课程资源开放，并指导学生按教学进度进行学习、讨论及互动交流，这一外部环境的变化，使得我国的本科网上教育技术急速扩大。特别地，2020年2月17日，据超星学习通平台监测显示平台当天访问量，在早上8：00达到200万的访问量，而在11：00暴增至900万访问量，需要启动阿里云、华为云、超星三家服务器同时运行，并要求各高校错开开学高峰，并暂停教师上传资料和直播测试等影响访问的操作。可见，在应对突发事件过程中，许多教学活动必须依赖于互联网线上平台进行授课。因此，具有灵活性的混合式教学改革势在必行。传统的线下教学虽然有其优点，但存在许多弊端。具体表现如下：

2.1学校对计算机应用基础课的重视程度不够

非计算机专业的学生和教师、学校普遍认为计算机应用基础课是一门公共基础课，没有上升到通识教育的范畴。一方面，教师认为非计算机专业的学生，只需掌握基础的计算机知识，对计算机原理、核心理论部分没有高要求，只是随意提到要点，从而导致学生在学习这部分知识的积极性不够。[4]另一方面，绝大部分非计算机专业的学生认为只要学会常用的打字、浏览网页、娱乐、观看视频就等于掌握了计算机的基本知识。没有把计算机应用基础当作一个必备的学习工具、辅助将来工作及学习的利器来进行掌握。

2.2各个专业学生的计算机水平不一，难以进行因材施教[5][6]

学生的知识体系各不相同，如相对于文科相关专业学生，理工科的学生在学习计算机过程中，动手能力和理解能力上要好一些。而针对地域性差异，来自城市里的学生，其计算机水平相对于来自农村的学生要高一些。在传统线下内容讲解时，容易忽视个体差异，集体教学难以做到因材施教。

2.3教学方式落后单一，忽视能力的培养

传统的知识讲授式线下教学，以课本内容和PPT为主，知识单一，不够丰富，形式上以教师讲课、学生听课为主要教学活动。

2.4考核方式过于简单，不够灵活

传统的教学，很难监控或掌握学生学习过程的表现。只通过期末考试，布置练习来了解学生的知识掌握情况。

3 计算思维素养与计算机基础教学改革与建议

计算机思维是21世纪人们需要培养、形成的解决问题的方法，其根本是学生通过学习计算机基础知识、工作原理之后，可以运用计算机作为辅助工具，解决实际应用中的问题。因此，在教学中，只有把计算机思维讲解清楚、利用案例教学与任务驱动等方式培养学生在生活中运用计算思维解决专业相关问题的能力，提高学生的自信心和信息技术水平。

3.1 融入计算思维于计算机基础教学

“计算思维”最早由美国卡内基*梅隆大学计算机科学系主任周以真提出，是指采用计算机科学的基础概念进行求解问题、设计系统以及理解人类行为等涵盖计算机科学领域的一系列思维活动。计算思维的核心是“构造”。计算思维主要有三个阶段的迭代过程：（1）抽象（Abstraction）。抽象主要是将现实生活中复杂难解的应用问题，抽象成为可计算问题。抽象主要根据问题，对其进行形式化描述，将原问题转化成可解的问题，即，问题的表示。（2）自动化（Automation）。即，将自然语言描述的问题转化成为计算机可执行的语言。问题转换后，需要执行与求解，因此，需要将自然语言的描述性问题转换为计算机语言，可以使问题充分得到解决。（3）分析（Analyses）。即分析解决方案的执行和评估，检验所设计的模型是否可行、是否有效。因此，把计算思维贯穿计算机基础教学中，利于培养和训练学生的思考问题的能力和自制力，提高课堂教学的质量。

3.2 健全线上线下课堂结合的教学体系

爱课程（中国大学MOOC）、学堂在线、智慧树网、网络视频会议、超星学习通等平台资源的涌现，给计算机基础教育带来了新的生机和挑战。（1）甄选的教學内容结合实际应用，将培养计算思维能力作为课程学习核心，以案例驱动及实践操作为载体，将计算思维的培养融入网络教学和课堂教学中去，突出面向应用、突出实践能力的培养。（2）根据我校专业的不同，对知识点进行切割，利用不同专业授课进行选择，并运用计算思维来更新计算机基础课程内容和知识体系，通过这一内容更新，侧重学生利用计算思维解决专业（下转第35页）（上接第32页）问题和研究创新能力的培养。侧重层次教学，避免千篇一律的内容设计。

3.3 探索计算思维教学的新方法

在“互联网+”时代，涌现了翻转课堂、移动终端学习、网络微课学习、在线会议等新兴教育技术给计算机基础带来机遇与挑战，如果将新兴的教育技术结合到教学中，是一线教师应该思考的问题。作为教育工作者，在教学中，采取传统教学、线上知识内容传授的混合授课模式，探索教师传播知识的新方法以及学生主动学习能力的培养，发挥学生的主动性、教师的引导和引领作用，拓宽计算思维能力的培养。（1）构建丰富的教学资源库。依托现有的智慧树平台，运用大数据与网络技术将优秀的教育资源共享给各个学校和培训机构，是一种新型、先进的在线教育模式。在现有的教学资源库中，更新教学资源，融入计算思维教学。教师可以通过QQ、钉钉、微信等平台与学生进行互动、探索课程学习中的疑问，达到对教学资源的优化。（2）构建微信公众平台。搭建计算机基础知识视频、图片和文本信息的推送平台，有助于学生充分利用碎片化时间，打破教学的时空限制。（3）知识点的粒度化设计。把计算机基础课程中的知识点重新设计，针对不同的专业、如数学、物理、音乐、舞蹈等差距较大的专业，做差异化教学资源整合。

4 小结

本文针对目前计算机基础教育存在的现状进行分析，将计算思维融入教学改革中，探索并健全线上线下课堂结合的教学体系改革、探索计算思维教学的新形式，采用这些新方式进行教学，获得了教学质量的提升，让学生能够在学习计算机基础知识的同时，运用计算机高效的解决问题的能力，这一方法的实施，可以为其他计算机课程教学提供借鉴，也给教师创新教学方法提供新思路。

参考文献

[1] 庄卓.西部地区大学计算机基础教学现状与创新[J].职业圈，2007，22（74）.

[2] Wing J M.Computational thinking[J].Communications of the ACM，2006（3）：33.

[3] 吴立春.基于MOOC+SPO的大学计算机基础课程教学改革[J].现代计算机，2019（9）：76-79.

[4] 张丽君.基于混合学习模式的高校计算机应用基础课程教学改革探索[J].中国管理信息化，2016（19）：235-236.

[5] 郑伟俊，詹瑾，陈丹妮.基于计算思维的中职《计算机应用基础》课程教学改革研究，2019（12）：37-40.

[6] 兰慧红.基于计算思维能力培养的高职《计算机应用基础》翻转课堂教学模式研究.信息化教育，2020：116-117.