大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程改革研究

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引言

近年來(lái)，“計(jì)算思維”思想概念在大學(xué)計(jì)算機(jī)相關(guān)課程的改革中被稱為一項(xiàng)重要的指導(dǎo)思想和研究方向，隨即展開(kāi)了關(guān)于“計(jì)算思維”的教育研究的熱潮，尤其是對(duì)大學(xué)計(jì)算機(jī)教育的研究。陳國(guó)良教授等研究學(xué)者認(rèn)為“計(jì)算思維”與邏輯思維、驗(yàn)證思維一并稱為推動(dòng)人類和現(xiàn)代科技發(fā)展的三大思維，計(jì)算機(jī)與數(shù)學(xué)、物理一樣是培養(yǎng)新時(shí)代各個(gè)領(lǐng)域人才的必備基礎(chǔ)課程。計(jì)算思維在各個(gè)領(lǐng)域中的作用及影響力逐漸被人們所認(rèn)識(shí)。1982年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主KenWilson在他的獲獎(jiǎng)演講中就提到計(jì)算在他的工作中扮演的重要角色;2013年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)都與“計(jì)算”有關(guān);“計(jì)算思維”是理解自然、社會(huì)等現(xiàn)象的新視角，是解決問(wèn)題的新方法，是創(chuàng)造知識(shí)、提高創(chuàng)造力和創(chuàng)新能力的新途徑。成都理工大學(xué)的孫淑霞教授針對(duì)地方高校進(jìn)行了以計(jì)算思維為導(dǎo)向的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程改革和教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)。

一、基于計(jì)算思維的教育亟待解決的核心問(wèn)題

通過(guò)周以真教授的定義，可以將“計(jì)算思維”看作是一種思想或方法理論。其實(shí)在日常教學(xué)中，每有非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生問(wèn)起學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的作用時(shí)，教師通常給予“培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)的方式思考問(wèn)題”等類似的回答。雖然在朦朧之中，也有將“計(jì)算”的基本思路注入到教學(xué)中去，但也難免為枯燥、煩悶的計(jì)算機(jī)理論所掩蓋。另一個(gè)重要的問(wèn)題就是以往“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程制訂教學(xué)目的時(shí)以學(xué)生掌握了多少操作為基本考核目標(biāo)，這就使得“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”教育陷入了“狹義工具論”的深淵。會(huì)使學(xué)生感到“從來(lái)都沒(méi)有體驗(yàn)過(guò)計(jì)算的愉悅———計(jì)算原理的相互影響以及問(wèn)題有效解決的思維方式”，對(duì)計(jì)算機(jī)的教育非常有害，這樣會(huì)使學(xué)生對(duì)計(jì)算學(xué)科的認(rèn)識(shí)淡化，無(wú)助于計(jì)算技術(shù)中最重要的核心思想與方法的掌握。如何解決這兩個(gè)問(wèn)題，是所有“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”的一線教師和教學(xué)改革者的燃眉之急。下面，就依照我校近兩年的“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程的發(fā)展現(xiàn)狀，淺談在農(nóng)林類高校中如何進(jìn)一步發(fā)展基于計(jì)算思維的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)。

二、基于計(jì)算思維大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教育實(shí)踐

1．課程的構(gòu)建

在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的構(gòu)建方面，采用了“一個(gè)教學(xué)目標(biāo)、三個(gè)實(shí)驗(yàn)層次、分專業(yè)立體”的培養(yǎng)原則。“一個(gè)目標(biāo)”是以提高人才的基于“計(jì)算思維”等綜合素質(zhì)或能力為目標(biāo);“三個(gè)實(shí)驗(yàn)層次”是根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和不同專業(yè)、層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，將課程的層次分為基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)參與、積極思考的能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和創(chuàng)新能力。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源，建立了包括自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)、多媒體交互教學(xué)系統(tǒng)和學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)輔助系統(tǒng)的“分專業(yè)立體培養(yǎng)體系”。使大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)既有內(nèi)延又有外展，有效地促進(jìn)了學(xué)生“計(jì)算”能力和“計(jì)算”素質(zhì)的提高。

2．教材的修訂

從教材的修訂入手進(jìn)行課程內(nèi)容的更新和結(jié)構(gòu)調(diào)整。修訂后的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教材具有如下特點(diǎn):注重內(nèi)容的基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性和實(shí)用性;能夠體現(xiàn)最新計(jì)算機(jī)技術(shù)前沿以及“計(jì)算技術(shù)”在農(nóng)業(yè)院校的應(yīng)用;強(qiáng)調(diào)“技能”實(shí)用性，更新書(shū)中的大量案例;應(yīng)用性和概念性內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)，通過(guò)算法及基于Raptor的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等以問(wèn)題求解為核心的內(nèi)容設(shè)置增強(qiáng)“計(jì)算思維”思想概念的引入和理解;知識(shí)點(diǎn)組織模塊化，對(duì)于不同層次和專業(yè)的學(xué)生都可以根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整，具備良好的適用性。

3．編寫(xiě)基于“計(jì)算思維”的與農(nóng)業(yè)各領(lǐng)域相關(guān)的案例集

在精選案例時(shí)，充分考慮學(xué)生的專業(yè)和層次的不同，將案例集的整理分為兩個(gè)層面:基礎(chǔ)案例集和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)型案例集?；A(chǔ)案例集中的案例采用迭代式案例模式，比如在Excel教學(xué)中使用同一個(gè)案例，采用迭代的方式循序漸進(jìn)地重點(diǎn)講解單元格格式→引用→公式→排序→分類匯總→圖表→數(shù)據(jù)透視表→圖表輸出等知識(shí)點(diǎn)。案例驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式使枯燥的計(jì)算方法變得生動(dòng)，更能讓學(xué)生感受到“計(jì)算”的樂(lè)趣。使用案例驅(qū)動(dòng)的方式講解程序設(shè)計(jì)的語(yǔ)法現(xiàn)象和知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐和經(jīng)典案例提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考，講解解決思路，引出常見(jiàn)的語(yǔ)法現(xiàn)象，使學(xué)生理解和掌握解決問(wèn)題的思維方式，達(dá)到“計(jì)算思維”培養(yǎng)的目的。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)型案例集依托服務(wù)墾區(qū)和地方現(xiàn)代化大農(nóng)業(yè)方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合各個(gè)專業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的需要進(jìn)行構(gòu)建。這些案例來(lái)源于教師主持或參與的橫、縱向課題，例如選取“水稻本田現(xiàn)代化管理系統(tǒng)”“水稻智能化浸種催芽設(shè)備”“地下水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”等系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集與格式轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換等內(nèi)容作為數(shù)據(jù)表示部分的案例展示;將橫向課題“農(nóng)場(chǎng)社區(qū)管理系統(tǒng)”和“農(nóng)場(chǎng)黨建管理系統(tǒng)”作為數(shù)據(jù)庫(kù)的案例展示給學(xué)生，讓學(xué)生參與到實(shí)際問(wèn)題的解決方法的思考中，學(xué)習(xí)和領(lǐng)悟運(yùn)用“計(jì)算”思維解決問(wèn)題的方式，均取得了良好的效果。

三、結(jié)論

1．大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程應(yīng)該根據(jù)專業(yè)進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化。

在現(xiàn)階段區(qū)分文科類、理工類專業(yè)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分成農(nóng)業(yè)工程類、文科經(jīng)管類、農(nóng)學(xué)類、動(dòng)物科學(xué)類、生命科學(xué)類等等。不同的專業(yè)運(yùn)用“計(jì)算思維”的核心問(wèn)題解決思想理解各自專業(yè)的實(shí)例，將更有利于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生運(yùn)用“計(jì)算思維”解決問(wèn)題。

2．合理配置“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程。

軟件應(yīng)用培養(yǎng)要分層，技術(shù)基礎(chǔ)培養(yǎng)分專業(yè)，“計(jì)算思維”的培養(yǎng)是根本。

3．教學(xué)過(guò)程合理規(guī)劃。

合適的教育理論和教材需要合理的教學(xué)過(guò)程才能將“計(jì)算思維”的思想精髓給予學(xué)生，需要結(jié)合案例和項(xiàng)目等使教學(xué)過(guò)程更加生動(dòng)有趣。所以進(jìn)一步研究案例的構(gòu)建和教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)也是“計(jì)算思維”思想在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中的發(fā)展的重要部分。

作者：王雪 陳爭(zhēng)光 許楠 關(guān)海鷗 衣淑娟 單位：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院