計算思維引導(dǎo)下計算機基礎(chǔ)教學(xué)實踐

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摘要:高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)改革要以推進計算思維為切入點，培養(yǎng)善于思維并不斷創(chuàng)新思維的復(fù)合型人才。通過在計算機基礎(chǔ)教學(xué)中的具體實踐，提出將計算思維引入高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)的“一三四三”模式，具體闡釋了一個課程體系、三個方面課程內(nèi)容、四種教學(xué)方法和三個效果評價環(huán)節(jié)，并探討該模式的教學(xué)實踐策略。

關(guān)鍵詞:計算思維;計算機基礎(chǔ)教學(xué);“一三四三”模式

計算思維作為一種思想能夠被人們用于管理日常生活，解決各領(lǐng)域問題，并與他人交流和互動，具備計算思維的人能夠通過比較、分類、類比等方法，將計算機科學(xué)中的設(shè)計思想和方法遷移到其他事物之中，以提高問題的解決效率和準確程度，同時，能夠善于對復(fù)雜事物進行分析，通過規(guī)范的方式將復(fù)雜問題轉(zhuǎn)化為若干簡單事物加以解決，并及時調(diào)整方式方法以適應(yīng)事物的發(fā)展變化規(guī)律。在教學(xué)領(lǐng)域，計算思維也能夠作為一個解決問題的有效工具，對所有學(xué)科的教學(xué)實踐都具有指導(dǎo)意義。

一、計算思維引入高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)實踐的必要性

(一)“大數(shù)據(jù)”發(fā)展的時代要求

“大數(shù)據(jù)”不是單指技術(shù)形態(tài)，而是針對日益增長的信息量和數(shù)據(jù)種類而衍生出來的一種現(xiàn)象。高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)也同樣面臨“大數(shù)據(jù)”的時代沖擊，無論是教學(xué)內(nèi)容，還是教學(xué)方式方法，都被充分地數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。對于高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)的任何實踐活動，都伴隨相應(yīng)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，對數(shù)據(jù)的分析研究實質(zhì)上就是計算，這就是計算思維的用武之地。

(二)高校教師創(chuàng)新教學(xué)方法與模式的主觀訴求

計算思維為高校從事計算機基礎(chǔ)教學(xué)的教師提供了理解自然、社會以及計算機基礎(chǔ)課程的一個新視角，同時也為高校教師在計算機基礎(chǔ)教學(xué)實踐中不斷發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，創(chuàng)新教學(xué)方法與模式提供了一種新途徑，強調(diào)了創(chuàng)造知識而非簡單使用信息，提高了高校教師在計算機基礎(chǔ)教學(xué)實踐中的創(chuàng)造和創(chuàng)新能力［1］。同時，能夠使學(xué)生在教師的指導(dǎo)下領(lǐng)悟計算思維的思維方式，并自覺運用到自己的學(xué)習(xí)和工作中，為科技的發(fā)展創(chuàng)新提供準備。

(三)高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)改革的客觀要求

基于計算思維對高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進行改革，在課程體系建設(shè)中注重培養(yǎng)非計算機專業(yè)學(xué)生的計算思維，使其掌握基于計算思維的問題求解方法，為未來利用計算手段進行學(xué)科創(chuàng)新研究奠定基礎(chǔ)?；谟嬎闼季S進行教學(xué)課程改革，重點要進行的是用計算機語言表述形式來進行現(xiàn)實問題的轉(zhuǎn)化，而不是單一地尋求解決問題的技巧［2］。

二、計算思維引入高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)的“一三四三”模式

(一)計算思維引入高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)的課程體系設(shè)計

課程體系設(shè)計是高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)的基礎(chǔ)，也是計算機基礎(chǔ)教學(xué)改革的焦點。設(shè)計一個融入計算思維理念的高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)課程體系，需要考慮將計算思維各特征點多視角、寬領(lǐng)域、立體化地融入到課程體系設(shè)計中。引入計算思維將會對高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)現(xiàn)有的課程體系進行重新審視和定位，并進行新的剪裁和增刪。在課程體系的構(gòu)建上，基于計算思維的計算機基礎(chǔ)教學(xué)課程體系設(shè)計從實例出發(fā)，緊緊圍繞各學(xué)科學(xué)生在計算機科學(xué)基礎(chǔ)理論方面的系列課程進行相關(guān)專業(yè)的設(shè)計、規(guī)劃、部署、實施、開發(fā)和高級管理［3］。一方面，要帶領(lǐng)學(xué)生熟悉和掌握分析問題的能力，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)、掌握并自覺運用抽象、約簡、轉(zhuǎn)化等方法，將現(xiàn)實世界的問題轉(zhuǎn)化成計算機世界的描述方式;另一方面，要借助計算機高級語言實現(xiàn)計算機世界與現(xiàn)實世界的自動化聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生運用計算機科學(xué)思維進行分析問題、解決問題的能力。課程體系的設(shè)計過程具體包括四個方面:一是現(xiàn)實情景描述，即根據(jù)各學(xué)科專業(yè)的實際應(yīng)用背景，對需要解決的問題進行簡單闡述，激發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并描述問題的潛能［4］。二是概括問題，也就是將實際問題經(jīng)過分析和抽象，提煉出要素并轉(zhuǎn)化成信息世界的描述方式，培養(yǎng)學(xué)生抽象、約簡和歸納的計算思維能力。三是處理過程，即運用基礎(chǔ)知識對上一階段中抽象到的問題進行求解，細化處理步驟，確定問題的處理模式。四是確定課程體系的過程，對上述每個階段中細化得到的處理過程運用計算思維的方法結(jié)構(gòu)表示出來，設(shè)計一個包括主干課程和分級課程的樹形課程體系結(jié)構(gòu)。

(二)計算思維引入高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)的課程內(nèi)容確定

課程內(nèi)容是高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)的核心。基于計算思維確定高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)的課程內(nèi)容，以計算思維的引導(dǎo)、培養(yǎng)和鍛煉為目標，從適應(yīng)各專業(yè)的實際需要出發(fā)，總體上確定三個方面內(nèi)容:計算思維意識培養(yǎng)課程、計算機基礎(chǔ)理論課程、計算機實踐課程。

1．計算思維意識培養(yǎng)課程主要是針對思維方式和主觀意識的培養(yǎng)訓(xùn)練，利用計算機計算速度高、存儲量大和智能化強等優(yōu)點，引導(dǎo)學(xué)生運用計算思維解決現(xiàn)實中難以解決的問題。利用計算機解決現(xiàn)實問題，需要進行思維轉(zhuǎn)換，將自然語言與計算機語言在思維與認知方面進行等量轉(zhuǎn)換，在現(xiàn)實中自覺運用這種轉(zhuǎn)換思維的能力就是計算思維意識課程培養(yǎng)的目標［5］。培養(yǎng)學(xué)生運用計算機編程的思維和理論來描述并界定人類的自然語言，同時利用計算機的優(yōu)勢為人類解決問題就是計算思維意識培養(yǎng)課程的課程內(nèi)容。

2．計算機基礎(chǔ)理論課程以講解計算機基礎(chǔ)知識為主，課程內(nèi)容涉及計算機軟硬件的基本概念、組成與工作原理、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、多媒體、網(wǎng)絡(luò)、信息技術(shù)及安全等方面的基礎(chǔ)性內(nèi)容。對于非計算機專業(yè)學(xué)生進行計算機基礎(chǔ)理論課程教育，應(yīng)是面向各個領(lǐng)域的應(yīng)用，而不只是面向計算機學(xué)科。在計算思維引入高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)，培養(yǎng)應(yīng)用型人才的過程中，計算機基礎(chǔ)理論知識的掌握是基礎(chǔ)。

3．計算機實踐課程是指在教師的指導(dǎo)下，以提高學(xué)生計算機操作能力和實際動手能力為目標，由學(xué)生自主進行的綜合性學(xué)習(xí)活動，培養(yǎng)并體現(xiàn)學(xué)生對知識綜合應(yīng)用的能力。在實踐課程教學(xué)內(nèi)容中，融合多種計算機科學(xué)思維方法，培養(yǎng)學(xué)生運用計算思維的方式設(shè)計實驗過程和步驟。設(shè)計基于關(guān)注點分離的層次化實驗課程教學(xué)體系，有助于培養(yǎng)不同層次、不同專業(yè)學(xué)生的計算思維能力和實踐創(chuàng)新能力。

(三)計算思維引入高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)的教學(xué)方法

1．雙向互動法。在有限的課堂教學(xué)時間內(nèi)，從計算機基礎(chǔ)知識技能的講解轉(zhuǎn)向計算思維能力的培養(yǎng)。教師的角色發(fā)生轉(zhuǎn)變，成為學(xué)生主動建構(gòu)知識的促進者和引導(dǎo)者。教師可靈活采用任務(wù)驅(qū)動、自主學(xué)習(xí)、案例教學(xué)、構(gòu)建主義教學(xué)等教學(xué)方法，引導(dǎo)并激發(fā)學(xué)生對問題進行多樣性及重構(gòu)性的思維活動，在問題的抽象、求解思路及方法的探討中導(dǎo)出計算機在不同學(xué)科的應(yīng)用思想及方法，以增強學(xué)生的計算思維意識和計算思維能力。

2．實驗教學(xué)法。融合多種計算機科學(xué)思維方法構(gòu)建實驗教學(xué)的內(nèi)容，實驗方法和實驗步驟具有開放性，教師負責(zé)給出參考步驟和引導(dǎo)方法，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新能力和計算思維的培養(yǎng)。

3．反饋遞進法。教師指導(dǎo)學(xué)生采用遞歸的思想，把復(fù)雜的問題變?yōu)榕c原問題相似的簡單問題，減少重復(fù)計算，學(xué)生利用并行處理和逆向思維，對問題進行描述，反饋給教師，師生雙向溝通，進一步設(shè)計并確定求解問題的方案。

4．二維教學(xué)法。既注重計算機基礎(chǔ)教學(xué)廣度，又注重其深度。廣度教學(xué)是指從自然、社會中的廣義計算拓展到計算機科學(xué)中的計算，將日常生活中的概念映射到計算機科學(xué)中的概念和理論，使學(xué)生易于理解、掌握并進行概念抽象。深度教學(xué)是指基于學(xué)生深度理解與思維相關(guān)的理論與概念，進一步探討思維本質(zhì)和應(yīng)用，進而強化思維的作用和價值。將廣度教學(xué)與深度教學(xué)有效結(jié)合，從廣度教學(xué)延展到深度教學(xué)，形成二維教學(xué)法。

(四)計算思維引入高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)的效果評價

計算思維引入高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)的效果評價包括三個環(huán)節(jié)，即評價、反饋和優(yōu)化。

1．評價是對高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)目標實現(xiàn)程度的量化考核，科學(xué)的評價體系能夠較好地反映教學(xué)效果。在以培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力為核心目標的高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)評價體系中，加強對學(xué)生探索發(fā)現(xiàn)并構(gòu)建知識的自主學(xué)習(xí)能力和問題求解及系統(tǒng)設(shè)計中計算思維能力程度的考核，加大實踐成績權(quán)重，重點檢測學(xué)生在分析解決問題上的思維能力。

2．反饋是通過教學(xué)評價，使教師和學(xué)生了解教學(xué)過程的結(jié)果，及時提供反饋信息。反饋信息在計算思維引導(dǎo)的計算機基礎(chǔ)教學(xué)中具有重要的調(diào)節(jié)作用。只有通過反饋信息調(diào)節(jié)教學(xué)行為，及時調(diào)控課程計劃，才能達到計算機基礎(chǔ)教學(xué)目標。

3．優(yōu)化是在評價與反饋的基礎(chǔ)上，通過改革創(chuàng)新教學(xué)計劃和教學(xué)行為而達到教學(xué)的最佳狀態(tài)。遵循教學(xué)規(guī)律，合理確定優(yōu)化教學(xué)的標準，開展計算思維引入計算機基礎(chǔ)教學(xué)實踐的教學(xué)實驗和教學(xué)改革，尋求合理的教學(xué)結(jié)構(gòu)，爭取最好的教學(xué)效果。

三、“一三四三”模式的實施策略

(一)注重提升教師認識與素質(zhì)

計算思維對計算機專業(yè)出身的計算機基礎(chǔ)教師來說并不陌生，在工作、教學(xué)和生活中都在潛移默化地應(yīng)用，只不過沒有上升到理論的高度或者作為一個系統(tǒng)的理念提出來，并傳授給學(xué)生［6］。課程體系的建設(shè)、內(nèi)容的講解、案例的設(shè)計的實施最終都將由教師來完成，教師在本輪改革中將起到主導(dǎo)作用。通過培訓(xùn)、自身學(xué)習(xí)、同行之間的討論交流，在認識、方法上全面提升教師自身的素質(zhì)和認識，達成共識，形成合力，通過集思廣益和研討制定適合本校學(xué)生特點的教學(xué)體系。

(二)及時更新教學(xué)內(nèi)容

要實現(xiàn)在有限的學(xué)時內(nèi)既使學(xué)生的應(yīng)用的能力得到有效提升，又要在學(xué)生的能力結(jié)構(gòu)中融入計算思維的要素，幫助學(xué)生更有效地建立計算機問題求解意識，就需要在教學(xué)內(nèi)容上更新。在教學(xué)內(nèi)容上，提升學(xué)生的操作能力、提升信息素養(yǎng)，進而形成問題求解能力。通過上機的實踐教學(xué)，在講練結(jié)合的情況下，提升學(xué)生的操作能力。在內(nèi)容的選擇上，從學(xué)生的實際應(yīng)用出發(fā)，既要有通識知識，又要符合專業(yè)技術(shù)人才專業(yè)技能的培養(yǎng)要求。另外，對于不同層次、不同專業(yè)類別的學(xué)生在內(nèi)容的設(shè)置和案例的設(shè)計方面要有針對性，確保學(xué)生是在原有基礎(chǔ)上的一個遞進式的知識的提高和思維習(xí)慣的不斷養(yǎng)成。

(三)有效融合教學(xué)過程思維培養(yǎng)與應(yīng)用能力培養(yǎng)

很多高校過去注重的是能力的培養(yǎng)，在教學(xué)過程中以此為目標，但新的教學(xué)改革是在這個目標上更進一步的提升，最終實現(xiàn)思維培養(yǎng)與應(yīng)用能力培養(yǎng)要融合?！坝嬎闼季S”應(yīng)體現(xiàn)出既能感知又能實現(xiàn)的、具有可操作性的思維方式，科學(xué)融合當(dāng)前計算機應(yīng)用基礎(chǔ)類的課程內(nèi)容，在教學(xué)實踐中滲透“計算思維”的本質(zhì)特征，并在課程內(nèi)容編排和體系結(jié)構(gòu)設(shè)計方面體現(xiàn)具有“計算思維”特征的創(chuàng)新性。課程內(nèi)容體系貫穿理解計算機的知識、應(yīng)用、方法等三個層面。在教學(xué)實踐中，學(xué)生越來越依賴網(wǎng)絡(luò)查找資料、購買東西等，但是學(xué)生只是會簡單地通過搜索引擎輸入關(guān)鍵詞，而一些高級的搜索技巧幾乎都不會。在學(xué)生的信息查詢的教學(xué)中，要將知識(計算機信息檢索的技術(shù))、應(yīng)用(信息檢索的技巧和高級檢索方式)、方法(培養(yǎng)計算思維)進行融合，不僅是具體應(yīng)用，還要舉一反三，歸納分析，總結(jié)規(guī)律，上升為思維。

參考文獻:

［1］耿國華．以計算思維為指導(dǎo)，提升大學(xué)文科計算機教學(xué)質(zhì)量［J］．中國大學(xué)教學(xué)，2013(10):12－15．

［2］譚浩強．面向計算機應(yīng)用與科學(xué)思維能力培養(yǎng)———關(guān)于計算機基礎(chǔ)教育深化改革的思考［J］．計算機教育，2014(4):4－8．

［3］羅芳，楊長興．計算思維與大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)改革的思考［J］．計算機教育，2014(9):83－85，89．

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［6］張蕾．面向計算思維的WPBL教學(xué)模式研究［J］．電化教育研究，2014(3):100－105．

作者：鄭麗坤 關(guān)紹云 郭丹 單位：哈爾濱商業(yè)大學(xué)計算機與信息工程學(xué)院