基于计算思维的计算机基础教学的改革与实践

胡声丹　李秀贤　陆慰民

｜摘要｜　本文介绍了我校计算机基础教学团队以计算思维的计算机基础的教学方式转变作为建设重点，探索如何从教学过程中的教师、课程以及学生三要素入手，推进计算机教学改革，进而提高基于计算思维的计算机基础教学质量和人才培养质量。

关键词　计算思维　计算机基础教学　教学改革

一、引言

在2009年出版的《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》一书中，教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会提出了大学计算机基础教学四个方面的能力培养目标：对计算机的认知能力、应用计算机解决问题的能力、基于网络的学习能力和依托信息技术共处的能力。从以上目标中可以看出，计算机基础教学不仅构成了大学通识教育的重要组成部分，在大学生全面素质教育和能力培养中更是承担着重要的职责。

早期的大学计算机基础课程主要围绕计算机的使用展开的。而自20世纪末开始，计算机以前所未有的速度快速普及，计算机深入社会的方方面面，如文档处理、上网等已成为人们最基本、最日常的计算机应用。在这种情况下，计算机基础课程的教学内容、教学方法等都面临着重大挑战。

二、计算思维

2006年，美国卡内基·梅隆大学计算机系主任Jeannette M.Wing教授提出计算思维（Computational Thinking）的概念，计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解的涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。她认为，计算思维不仅属于计算机科学家，而是每个人的基本技能。

我国教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会在2010年5月的合肥会议、2010年7月的西安会议和2010年9月的太原会议上，均把计算思维列为会议主要议题。特别是在《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》中，在总结计算机基础教学发展规律的基础上，确定了以计算思维为核心的计算机基础课程教学改革，提出了以计算思维为核心的大学计算机基础教育模式，设计了以计算思维为核心的能力培养目标、计算机基础课程体系和实验体系，为新一轮的大学计算机基础课程改革做了前期准备工作。

如何明确、恰当地将计算思维融入大学计算机基础课程教学过程中，以提高学生运用计算机知识抽象问题、进行问题求解和形式化描述的能力，对新形势下计算机基础教学改革是一个挑战，也是一个必须面对的课题。

在Jeannette M.Wing教授提出计算思维之前，计算机基础课程已经具有计算思维了。在传统的教学中，强调知识的整体性和综合性，教师对学生系统传授知识，学生在实践中逐步领会和消化知识，计算思维就隐藏在能力培养内容中，这是靠学生“悟”出来的，其缺点是：培养速度慢、效率低、培养标准难以把握。现在要做的是在给学生传授知识的同时，直接将其中包含的计算思维内容讲出来，让学生自觉地学习、思考、实践，这样可以提高培养质量，缩短培养的时间。

国内很多学者和教育工作者在这方面已经做了很多研究，并作出了很大贡献。但是，计算思维教学的全面实施涉及师资队伍建设、课程体系设计、教材的编写、社会对计算机基础教育的认识，以及计算机等级考试方案等。

三、计算机基础教学

作为一所教学型、应用型的民办本科院校，天华学院的人才培养目标是服务型、应用型人才，因此在整合计算思维到计算机基础教学的过程中，我们不能简单地照搬研究型大学的教学内容，也不能停滞不前，而是设计并建立适合自己的、基于计算思维的课程建设方案，即在教师教授知识、学生学习和应用计算机的过程中引入计算思维。我校教学团队在计算机基础教学改革中已开展的工作包括以下方面。

1.师资队伍建设

显然，全面实施计算思维教学需要一定的时间和过程，而教学工作是连续的，在未全面实施计算思维教学之前，应该在现行教学体系中逐步提高教师对计算思维的认识，并在教学过程中有意识地培养学生的计算思维。

计算机基础课程教学团队共有成员14名，形成老中青人才梯队，并有指导教授对青年教师进行“传、帮、带”的培养机制。在指导教授的指导下，有多名教师考取上海交通大学、同济大学、华东师范大学等国内著名高校的博士研究生，从事故障容错、数据挖掘、智能交通系统等方向的研究，三名教师完成国内访问学者进修，两名教师参加市教委资助的产学研践习项目，青年教师取得相关职业资格证书4张，近几年所承担的科研项目30多项，科研经费超70万，实验室建设经费90万，发表教研、科研论文20多篇。从计算机学科的三种不同形态，即科学、技术、工程，全方位进行提升，已建成一支具有一定行业背景的高素质教师队伍，形成学习型、创新型、和谐型与高效率的教学团队，为新建民办高校教师队伍的培养、提高以及优秀教学团队的建设提供可借鉴的经验。

从天华学院计算机基础课程教师的专业发展经验可知，教师学术知识的扩充、实践经验的增强，有利于在教学过程中通过一些典型的、易于理解的实例来更好地解释有关抽象表达与自动执行的计算机思维，如存储原理和工作过程。

2.教材建设

针对应用型本科院校人才培养目标，结合生源特点，计算机基础课程教学内容选择的目标是提高学生计算机应用能力，具体为信息和数据的获取能力、保存与管理能力、分析加工处理能力、表述和展现能力。教学团队以此为指导思想，先后参与编写了14本教材，已被多所高校选用作为本科教材。这些教材的共同特点是：坚持面向应用，精心设计教学案例，从分析案例出发，在巩固和提升基础知识的同时，注重学生应用能力和计算思维的培养，此外还配有大量的实训内容进行强化训练。

例如，在讲授动画制作软件Flash时，由案例引入引导学生分析作品的图层和每一图层的元素及其动画特点，然后根据分析结论逐层完成操作。在此过程中，将并行处理（把一个复杂的大而难的问题分成很多小部分同时去处理）、递归思维（把一个难以解决的问题分成两部分去处理，如不能求解，再把每部分分成两部分处理，也就是分而治之的思想）等计算思维传递给学生，教师只要稍加说明就可以引导学生找出很多类似的例子。

又如，在介绍计算机网络IP地址时，强调IP地址由网络号和主机号两部分组成，体现了信息的层次化编码思想，我们从一台机器的IP地址可判断出该机器所在的网络，引导学生在分析自己的学号或者身份证号时，都采用了相似的层次化编码方式。在应用软件使用的教学中，通过Excel和Word的学习，结合专业使用模板完成信息和数据处理，将结果生成符合指定需求的数据、图表等；通过VBA的使用，利用计算机自动完成需要的功能，体现了计算思维的“只有想不到，没有做不到”的境界。

3.教学资源建设

在课程建设上，突破原有教材，提供与学习活动相关的各种信息资源，加强师生之间的沟通和互动。教学团队成员建成了“大学计算机基础”校级优质课程，在校园网的课程中心建有相应的教学网站。对接学院云课堂建设项目，已建立该门课程的自主学习范例视频库，包含42个视频，总时长超过400分钟，视频容量近1GB。学生可以通过课程网站进行自主学习，可以和授课教师、学生之间进行互动，分享自己的学习经验和看法，培养学生的计算思维和批判思维。

同时，已建成一个面向多门课程的通用考试系统和阅卷系统，试题库内积累的各种试题量多达1200题，可进行“大学计算机基础”“计算机程序设计基础（VB、C）”“多媒体应用”“面向对象程序设计（VB.NET、C#、C++）”等课程的考试与阅卷工作，经过几年的使用取得了良好的成效。

此外，还在教学中突出多元化、模块化、融合化和网络化的特点，鼓励学生使用报刊、软件、计算机网络等多样化的学习材料，做到“面向应用、突出实践”并着力培养大学生的信息素养。

4.教学改革

教学团队在教学模式、教学设计、教学方法、考试方式等多方面进行积极探索与改革，以全面提升我校教学质量和人才培养质量。

在教学模式上，遵循的是学习效果最优化原则、以学生为主体原则、授人以渔原则。在教学设计上，有效利用信息技术和信息资源，创设更多接近真实的情境，如问题情境、模拟实验情境、协作情境等，帮助学生建立知识之间的联系，以减少知识与解决问题之间的差距，培养知识迁移能力。在教学方法上，注重教学手段的创新，采用讲授法、分组讨论法、案例分析法、任务驱动法、模拟实验教学法、实践法等多种教学方式，在分析问题的过程中介绍计算思维的方法，鼓励个人的自主学习，小组的协作学习，改善学生的学习方式，有利于学生潜能的开发和发散性、创造性思维的发展。在课程作业内容上，一般选择与真实生活联系密切，没有固定推理步骤和现成答案的问题。在作业形式上，采取报告、小设计、演讲、口试等多种形式。在考试测评上，除了网络无纸化考试方法外，还有作品、论文等方式，使学生在思考问题的同时训练其计算思维能力。

5.拓展学生思维模式

将计算思维思想融合到计算机基础教学中，教师从“教给知识”到“教会学习”进行转变，培养学生对计算机的认知能力和问题求解能力，逐步提升他们在进行各自专业学习、工作过程中将实际问题编译成能够综合运用计算机技术的能力。同时发展师生多元互动模式，教师由“知识传递者”向“学生学习的引导者”转变，形成师生相互启发、共同研究问题、共同探寻历史结论、共同切磋教学技能的局面。此外，构建了基础与专业结合，理论与实践相结合的人才培养模式，根据学生的专业背景，适当对教学内容进行调整，如面向文科、经济等专业的学生，计算思维偏重在数据中发现知识，包括数据收集、数据管理、数据分析、数据可视化，如面向理工科学生时，计算思维则偏重基础算法及并行算法等。

四、结语

在教育部“质量工程”理念的指导下，培养具有信息素养的各类专业人才，是大学计算机基础教学的首要任务。大学计算机基础教育的成功与否很大程度上决定学生未来应用计算机和信息化技术解决自身专业领域问题的能力。计算思维的培养是一种计算机技能的培养，它的核心教育观考虑的是对学生可持续发展的计算机应用能力的培养，提高学生学习和掌握运用计算机解决各种应用问题的能力。将计算思维理念融合于大学计算机基础的教学中，将有助于学生理解问题能力的提高，是大学计算机基础教学改革的方向。

参考文献

［1］President's Information Technology Advisory Committee.Computational Science：Ensuring America's Competitiveness［EB/OL］.June 2005：94～95.

［2］九校联盟（C9）.计算机基础教学发展战略联合声明［J］.中国大学教学，2010（9）：4～9.

［3］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——《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》解读［J］.中国大学教学，2010（9）：5～9.

［4］龚沛曾，杨志强.大学计算机基础教学中的计算思维培养［J］.中国大学教学2012（5）：51～54.

成长历程

基本情况

胡声丹，女，1982年1月生，湖北咸宁人，硕士研究生，讲师，毕业于武汉大学计算机学院，主要研究方向是计算机网络与信息安全。

现就职于上海师范大学天华学院，担任工学院计算机教学部教师，网络工程专业主任。主要讲授的课程有“大学计算机基础”“面向对象程序设计”“计算机组成原理”“计算机网络”等。

工作以来，先后主持“独立学院计算机基础课程的研究与实践”“虚拟实验在网络工程实验课群中的应用研究”“网络编码在千兆无源光网络中的研究与应用”等教学改革、科学研究项目6项，参与教改项目多项，公开发表论文5篇，参与《计算机应用基础》《计算机应用基础实验指导》《C#程序设计简明教程》等12本教材的编写工作，作为主编的有5本，获得职业资格证书2张。

在教学中，根据本校学生特点，注重对学生实践能力的培养，并将“案例分析”“任务驱动”“模拟实验”“合作学习”等多种教学方法灵活应用于课堂，得到师生一致好评，先后获得校“课堂教学优秀奖”“教学法研究一等奖”“教学名师”等荣誉。所带的学生团队参加全国信息技术应用水平大赛，分别于2011年获得团体三等奖、2013年获得团体一等奖。2014年，主讲的“大学计算机基础”课程获得校精品课程称号，主讲的“面向对象程序设计”课程获得市精品课程称号。