计算思维引导下计算机基础教学实践

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摘要:高校计算机基础教学改革要以推进计算思维为切入点，培养善于思维并不断创新思维的复合型人才。通过在计算机基础教学中的具体实践，提出将计算思维引入高校计算机基础教学的“一三四三”模式，具体阐释了一个课程体系、三个方面课程内容、四种教学方法和三个效果评价环节，并探讨该模式的教学实践策略。

关键词:计算思维;计算机基础教学;“一三四三”模式

计算思维作为一种思想能够被人们用于管理日常生活，解决各领域问题，并与他人交流和互动，具备计算思维的人能够通过比较、分类、类比等方法，将计算机科学中的设计思想和方法迁移到其他事物之中，以提高问题的解决效率和准确程度，同时，能够善于对复杂事物进行分析，通过规范的方式将复杂问题转化为若干简单事物加以解决，并及时调整方式方法以适应事物的发展变化规律。在教学领域，计算思维也能够作为一个解决问题的有效工具，对所有学科的教学实践都具有指导意义。

一、计算思维引入高校计算机基础教学实践的必要性

(一)“大数据”发展的时代要求

“大数据”不是单指技术形态，而是针对日益增长的信息量和数据种类而衍生出来的一种现象。高校计算机基础教学也同样面临“大数据”的时代冲击，无论是教学内容，还是教学方式方法，都被充分地数字化和网络化。对于高校计算机基础教学的任何实践活动，都伴随相应数据的产生，对数据的分析研究实质上就是计算，这就是计算思维的用武之地。

(二)高校教师创新教学方法与模式的主观诉求

计算思维为高校从事计算机基础教学的教师提供了理解自然、社会以及计算机基础课程的一个新视角，同时也为高校教师在计算机基础教学实践中不断发现问题，解决问题，创新教学方法与模式提供了一种新途径，强调了创造知识而非简单使用信息，提高了高校教师在计算机基础教学实践中的创造和创新能力［1］。同时，能够使学生在教师的指导下领悟计算思维的思维方式，并自觉运用到自己的学习和工作中，为科技的发展创新提供准备。

(三)高校计算机基础教学改革的客观要求

基于计算思维对高校计算机基础教学内容和教学方法进行改革，在课程体系建设中注重培养非计算机专业学生的计算思维，使其掌握基于计算思维的问题求解方法，为未来利用计算手段进行学科创新研究奠定基础。基于计算思维进行教学课程改革，重点要进行的是用计算机语言表述形式来进行现实问题的转化，而不是单一地寻求解决问题的技巧［2］。

二、计算思维引入高校计算机基础教学的“一三四三”模式

(一)计算思维引入高校计算机基础教学的课程体系设计

课程体系设计是高校计算机基础教学的基础，也是计算机基础教学改革的焦点。设计一个融入计算思维理念的高校计算机基础教学课程体系，需要考虑将计算思维各特征点多视角、宽领域、立体化地融入到课程体系设计中。引入计算思维将会对高校计算机基础教学现有的课程体系进行重新审视和定位，并进行新的剪裁和增删。在课程体系的构建上，基于计算思维的计算机基础教学课程体系设计从实例出发，紧紧围绕各学科学生在计算机科学基础理论方面的系列课程进行相关专业的设计、规划、部署、实施、开发和高级管理［3］。一方面，要带领学生熟悉和掌握分析问题的能力，引导学生学习、掌握并自觉运用抽象、约简、转化等方法，将现实世界的问题转化成计算机世界的描述方式;另一方面，要借助计算机高级语言实现计算机世界与现实世界的自动化联系，培养学生运用计算机科学思维进行分析问题、解决问题的能力。课程体系的设计过程具体包括四个方面:一是现实情景描述，即根据各学科专业的实际应用背景，对需要解决的问题进行简单阐述，激发学生发现并描述问题的潜能［4］。二是概括问题，也就是将实际问题经过分析和抽象，提炼出要素并转化成信息世界的描述方式，培养学生抽象、约简和归纳的计算思维能力。三是处理过程，即运用基础知识对上一阶段中抽象到的问题进行求解，细化处理步骤，确定问题的处理模式。四是确定课程体系的过程，对上述每个阶段中细化得到的处理过程运用计算思维的方法结构表示出来，设计一个包括主干课程和分级课程的树形课程体系结构。

(二)计算思维引入高校计算机基础教学的课程内容确定

课程内容是高校计算机基础教学的核心。基于计算思维确定高校计算机基础教学的课程内容，以计算思维的引导、培养和锻炼为目标，从适应各专业的实际需要出发，总体上确定三个方面内容:计算思维意识培养课程、计算机基础理论课程、计算机实践课程。

1．计算思维意识培养课程主要是针对思维方式和主观意识的培养训练，利用计算机计算速度高、存储量大和智能化强等优点，引导学生运用计算思维解决现实中难以解决的问题。利用计算机解决现实问题，需要进行思维转换，将自然语言与计算机语言在思维与认知方面进行等量转换，在现实中自觉运用这种转换思维的能力就是计算思维意识课程培养的目标［5］。培养学生运用计算机编程的思维和理论来描述并界定人类的自然语言，同时利用计算机的优势为人类解决问题就是计算思维意识培养课程的课程内容。

2．计算机基础理论课程以讲解计算机基础知识为主，课程内容涉及计算机软硬件的基本概念、组成与工作原理、操作系统、数据库、多媒体、网络、信息技术及安全等方面的基础性内容。对于非计算机专业学生进行计算机基础理论课程教育，应是面向各个领域的应用，而不只是面向计算机学科。在计算思维引入高校计算机基础教学，培养应用型人才的过程中，计算机基础理论知识的掌握是基础。

3．计算机实践课程是指在教师的指导下，以提高学生计算机操作能力和实际动手能力为目标，由学生自主进行的综合性学习活动，培养并体现学生对知识综合应用的能力。在实践课程教学内容中，融合多种计算机科学思维方法，培养学生运用计算思维的方式设计实验过程和步骤。设计基于关注点分离的层次化实验课程教学体系，有助于培养不同层次、不同专业学生的计算思维能力和实践创新能力。

(三)计算思维引入高校计算机基础教学的教学方法

1．双向互动法。在有限的课堂教学时间内，从计算机基础知识技能的讲解转向计算思维能力的培养。教师的角色发生转变，成为学生主动建构知识的促进者和引导者。教师可灵活采用任务驱动、自主学习、案例教学、构建主义教学等教学方法，引导并激发学生对问题进行多样性及重构性的思维活动，在问题的抽象、求解思路及方法的探讨中导出计算机在不同学科的应用思想及方法，以增强学生的计算思维意识和计算思维能力。

2．实验教学法。融合多种计算机科学思维方法构建实验教学的内容，实验方法和实验步骤具有开放性，教师负责给出参考步骤和引导方法，激发学生自主学习、创新能力和计算思维的培养。

3．反馈递进法。教师指导学生采用递归的思想，把复杂的问题变为与原问题相似的简单问题，减少重复计算，学生利用并行处理和逆向思维，对问题进行描述，反馈给教师，师生双向沟通，进一步设计并确定求解问题的方案。

4．二维教学法。既注重计算机基础教学广度，又注重其深度。广度教学是指从自然、社会中的广义计算拓展到计算机科学中的计算，将日常生活中的概念映射到计算机科学中的概念和理论，使学生易于理解、掌握并进行概念抽象。深度教学是指基于学生深度理解与思维相关的理论与概念，进一步探讨思维本质和应用，进而强化思维的作用和价值。将广度教学与深度教学有效结合，从广度教学延展到深度教学，形成二维教学法。

(四)计算思维引入高校计算机基础教学的效果评价

计算思维引入高校计算机基础教学的效果评价包括三个环节，即评价、反馈和优化。

1．评价是对高校计算机基础教学目标实现程度的量化考核，科学的评价体系能够较好地反映教学效果。在以培养学生计算思维能力为核心目标的高校计算机基础教学评价体系中，加强对学生探索发现并构建知识的自主学习能力和问题求解及系统设计中计算思维能力程度的考核，加大实践成绩权重，重点检测学生在分析解决问题上的思维能力。

2．反馈是通过教学评价，使教师和学生了解教学过程的结果，及时提供反馈信息。反馈信息在计算思维引导的计算机基础教学中具有重要的调节作用。只有通过反馈信息调节教学行为，及时调控课程计划，才能达到计算机基础教学目标。

3．优化是在评价与反馈的基础上，通过改革创新教学计划和教学行为而达到教学的最佳状态。遵循教学规律，合理确定优化教学的标准，开展计算思维引入计算机基础教学实践的教学实验和教学改革，寻求合理的教学结构，争取最好的教学效果。

三、“一三四三”模式的实施策略

(一)注重提升教师认识与素质

计算思维对计算机专业出身的计算机基础教师来说并不陌生，在工作、教学和生活中都在潜移默化地应用，只不过没有上升到理论的高度或者作为一个系统的理念提出来，并传授给学生［6］。课程体系的建设、内容的讲解、案例的设计的实施最终都将由教师来完成，教师在本轮改革中将起到主导作用。通过培训、自身学习、同行之间的讨论交流，在认识、方法上全面提升教师自身的素质和认识，达成共识，形成合力，通过集思广益和研讨制定适合本校学生特点的教学体系。

(二)及时更新教学内容

要实现在有限的学时内既使学生的应用的能力得到有效提升，又要在学生的能力结构中融入计算思维的要素，帮助学生更有效地建立计算机问题求解意识，就需要在教学内容上更新。在教学内容上，提升学生的操作能力、提升信息素养，进而形成问题求解能力。通过上机的实践教学，在讲练结合的情况下，提升学生的操作能力。在内容的选择上，从学生的实际应用出发，既要有通识知识，又要符合专业技术人才专业技能的培养要求。另外，对于不同层次、不同专业类别的学生在内容的设置和案例的设计方面要有针对性，确保学生是在原有基础上的一个递进式的知识的提高和思维习惯的不断养成。

(三)有效融合教学过程思维培养与应用能力培养

很多高校过去注重的是能力的培养，在教学过程中以此为目标，但新的教学改革是在这个目标上更进一步的提升，最终实现思维培养与应用能力培养要融合。“计算思维”应体现出既能感知又能实现的、具有可操作性的思维方式，科学融合当前计算机应用基础类的课程内容，在教学实践中渗透“计算思维”的本质特征，并在课程内容编排和体系结构设计方面体现具有“计算思维”特征的创新性。课程内容体系贯穿理解计算机的知识、应用、方法等三个层面。在教学实践中，学生越来越依赖网络查找资料、购买东西等，但是学生只是会简单地通过搜索引擎输入关键词，而一些高级的搜索技巧几乎都不会。在学生的信息查询的教学中，要将知识(计算机信息检索的技术)、应用(信息检索的技巧和高级检索方式)、方法(培养计算思维)进行融合，不仅是具体应用，还要举一反三，归纳分析，总结规律，上升为思维。

参考文献:

［1］耿国华．以计算思维为指导，提升大学文科计算机教学质量［J］．中国大学教学，2013(10):12－15．

［2］谭浩强．面向计算机应用与科学思维能力培养———关于计算机基础教育深化改革的思考［J］．计算机教育，2014(4):4－8．

［3］罗芳，杨长兴．计算思维与大学计算机基础教学改革的思考［J］．计算机教育，2014(9):83－85，89．

［4］葛欣，席景科，等．基于计算思维的程序设计课程教学体系的探讨［J］．信息系统工程，2015(1):159－160．

［5］王文军，等．基于计算思维的数据库课程体系教学模式研究［J］．临沂大学学报，2012(12):66－69．

［6］张蕾．面向计算思维的WPBL教学模式研究［J］．电化教育研究，2014(3):100－105．

作者：郑丽坤 关绍云 郭丹 单位：哈尔滨商业大学计算机与信息工程学院