劉敏華

摘要：將計算思維能力引入大學計算機教育，是高校計算機基礎(chǔ)課程改革的一個重要改革方向。分析《大學計算機基礎(chǔ)》課程的教學現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，提出了思維型大學計算機基礎(chǔ)的課程體系和教學模式，簡要介紹了廣州大學在教學改革中的實踐和效果。

關(guān)鍵詞：大學計算機基礎(chǔ)課程；教學改革；思維型教學模式

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）01-0151-03

1 《大學計算機基礎(chǔ)》課程的教學現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

隨著社會信息化的不斷高速發(fā)展，培養(yǎng)具有計算思維能力的創(chuàng)新應用型人才是高校計算機教學改革的一個重要方向，改革勢在必行。

《大學計算機基礎(chǔ)》是高校非計算機專業(yè)學生接觸的第一門計算機類課程，不僅沒有受到重視，反而面臨著嚴重的危機?，F(xiàn)階段，《大學計算機基礎(chǔ)》課程大多側(cè)重培養(yǎng)Office等辦公軟件的應用能力，甚少講授計算機學科的核心思想與方法，以致大多數(shù)學生將計算機理解為狹義的工具，學習只是重復地模仿虛擬的場景，卻得不到解決實際問題和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。同時，現(xiàn)有的教學也無法跨越通用計算手段到各學科專業(yè)計算手段的鴻溝。

高校的計算機基礎(chǔ)教學必須從教學理念、培養(yǎng)模式與目標著手，探索具有計算思維能力的教學模式、教學方法與教學手段，以適應社會信息化進程的發(fā)展。將大學計算機基礎(chǔ)教學定位在“面向應用、突出實踐”，進一步完善和規(guī)范“能力結(jié)構(gòu)”和與之相適應的“知識體系”和“實踐體系”，是計算思維能力培養(yǎng)的重要手段。計算機基礎(chǔ)教學應與高等數(shù)學、大學物理等基礎(chǔ)教育課程一樣，在高校教育中成為培養(yǎng)具有思維精神和能力的必修課程。

2 計算思維的內(nèi)涵

2006年，周以真教授對計算思維進行了清晰系統(tǒng)的闡述。周以真教授認為，計算思維是運用計算機科學的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。2009年，教育部高等學校計算機基礎(chǔ)課程教學指導委員會“白皮書”強調(diào)“計算機不僅是一種工作、學習和生活工具，而且還具有一種獨特的思維方式”，歸納了以能力結(jié)構(gòu)為導向，在計算機基礎(chǔ)教學中“4個領(lǐng)域、3個層次”的矩陣教學體系，進一步明確面向理工類、農(nóng)林類和醫(yī)藥類專業(yè)的計算機基礎(chǔ)核心課程的教學基本要求，并深化“1+X”的課程設(shè)置方案。要求非計算機專業(yè)學生通過學習認知計算機，能夠利用計算機分析和解決實際問題，具有終身信息化學習的能力。

3 思維型大學計算機基礎(chǔ)教學模式

計算思維包含的內(nèi)容不是一門課程所能承受的，應將培養(yǎng)計算學科獨特的思維方式貫穿在整個大學教育過程。以理工類計算機基礎(chǔ)課程教學為例，教育部高等學校計算機基礎(chǔ)課程教學指導委員會提出了1門“大學計算機基礎(chǔ)”加上“數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應用”、“程序設(shè)計基礎(chǔ)”、“計算機網(wǎng)絡技術(shù)及應用”等幾門核心課程的“1+X”課程建設(shè)方案。

根據(jù)廣州大學非計算機專業(yè)學生的特點，構(gòu)建融通專業(yè)、具有創(chuàng)新實踐和現(xiàn)代科學能力的思維型大學計算機基礎(chǔ)課程體系。該體系分為三個層次，第一層次“大學計算機基礎(chǔ)”課程的教學目標是提高學生對計算機的認知能力和信息素養(yǎng)；第二層次設(shè)置若干門核心課程，課程的教學目標是培養(yǎng)學生的邏輯思維和信息協(xié)同能力；第三層次開設(shè)結(jié)合相關(guān)專業(yè)技能的一系列計算機課程，課程的教學目標是提高學生利用計算機解決專業(yè)領(lǐng)域及生活中各類問題的創(chuàng)新能力。思維型大學計算機基礎(chǔ)課程體系如圖1。

圖1 思維型大學計算機基礎(chǔ)課程體系

在圖1所示的第二層次課程均為核心課程，其中數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應用課程涉及系統(tǒng)平臺與計算環(huán)境、數(shù)據(jù)管理與信息處理領(lǐng)域，程序設(shè)計基礎(chǔ)課程可根據(jù)專業(yè)開設(shè)“C程序設(shè)計”或者“Visual Basic程序設(shè)計”課程，涉及算法基礎(chǔ)與程序設(shè)計領(lǐng)域，計算機網(wǎng)絡技術(shù)及應用課程設(shè)計系統(tǒng)平臺與計算環(huán)境、系統(tǒng)開發(fā)與行業(yè)應用領(lǐng)域，多媒體應用及技術(shù)課程涉及數(shù)據(jù)管理與信息處理領(lǐng)域，網(wǎng)頁設(shè)計課程涉及系統(tǒng)平臺與計算環(huán)境領(lǐng)域。將概念與基礎(chǔ)、技術(shù)與方法以及專業(yè)應用三個層次的要求涵蓋到每類課程的知識結(jié)構(gòu)中，并由此確定教學內(nèi)容。廣州大學根據(jù)各專業(yè)的特點，由學生所在學院在第二層次的核心課程中選擇1門作為專業(yè)基礎(chǔ)必修課。廣州大學開設(shè)的7類計算機基礎(chǔ)第二層次課程見表1。

表1 思維型大學計算機基礎(chǔ)課程體系

第二層次核心課程分類表

[序號＼&課程類別＼&課程名稱＼&總學時＼&實驗學時＼&考核方式＼&1＼&數(shù)據(jù)庫技術(shù)＼&數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應用Ⅰ＼&56＼&28＼&考試＼&數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應用Ⅱ＼&32＼&16＼&考查＼&2＼&Visual Basic

程序設(shè)計＼&Visual Basic 程序設(shè)計Ⅰ＼&56＼&28＼&考試＼&Visual Basic 程序設(shè)計Ⅱ＼&32＼&16＼&考查＼&3＼&C程序設(shè)計＼&C程序設(shè)計Ⅰ＼&64＼&32＼&考試＼&C程序設(shè)計Ⅱ＼&32＼&16＼&考查＼&4＼&計算機網(wǎng)絡技術(shù)＼&計算機網(wǎng)絡技術(shù)Ⅰ＼&48＼&16＼&考試＼&計算機網(wǎng)絡技術(shù)Ⅱ＼&32＼&16＼&考查＼&5＼&多媒體應用技術(shù)＼&多媒體技術(shù)與應用Ⅰ＼&56＼&28＼&考查＼&多媒體技術(shù)與應用Ⅱ＼&32＼&16＼&考查＼&PHOTOSHOP數(shù)字圖像處理＼&32＼&16＼&考查＼&Flash動畫設(shè)計＼&32＼&16＼&考查＼&多媒體課件設(shè)計與制作＼&32＼&16＼&考查＼&三維動畫制作Ⅰ＼&56＼&28＼&考查＼&三維動畫制作Ⅱ＼&32＼&16＼&考查＼&6＼&網(wǎng)頁設(shè)計＼&網(wǎng)頁設(shè)計＼&32＼&16＼&考試＼&7＼&計算機輔助設(shè)計＼&計算機輔助設(shè)計Ⅰ＼&56＼&28＼&考查＼&計算機輔助設(shè)計Ⅲ＼&32＼&16＼&考查＼&]

由于各專業(yè)的人才培養(yǎng)目標和內(nèi)容的不同，對信息素養(yǎng)和計算機能力的要求不同，因此，教師在教學中應采用與專業(yè)相融合、啟發(fā)學生計算思維能力的多元化教學模式。目前，部分院?！按髮W計算機基礎(chǔ)”課程的考核采用第三方認證模式，如果完全依賴這個指標，將會引致“題海認證”現(xiàn)象，為了通過認證考試，不斷增加刷題量，強化軟件使用，最終弱化了計算思維能力的培養(yǎng)。學生不具備創(chuàng)新的思維能力，就不能深刻領(lǐng)悟，舉一反三，即使考試成績優(yōu)秀，一旦碰到實際問題卻無從下手。故此，探索大學計算機基礎(chǔ)課程教學模式如下：

（1）與專業(yè)相通的教學設(shè)計模式

思維型大學計算機基礎(chǔ)教學模式基于通用計算手段的計算思維與計算能力培養(yǎng)，在設(shè)計教學方案時應跨越計算機學科與其他專業(yè)學科的知識。例如，面向人文、經(jīng)濟、管理等專業(yè)學生，計算思維教學應側(cè)重在數(shù)據(jù)收集、檢索、分析等模塊；面向理工、綜合類專業(yè)學生，側(cè)重高性能計算、算法等模塊；面向藝術(shù)類專業(yè)的學生，則應側(cè)重辦公軟件高級應用、多媒體制作模塊的講授。以48學時的“大學計算機基礎(chǔ)”課程為例，理論和實踐教學模塊設(shè)計分別如表2和表3。

表2 “大學計算機基礎(chǔ)”課程的理論教學模塊

[序號＼&教學模塊＼&理論學時＼&1＼&計算原理＼&計算機中的信息表示＼&4＼&2＼&計算機硬件系統(tǒng)及其工作原理＼&4＼&3＼&操作系統(tǒng)基礎(chǔ)＼&2＼&4＼&計算應用＼&問題求解框架＼&2＼&5＼&程序設(shè)計基礎(chǔ)＼&4＼&6＼&互聯(lián)網(wǎng)計算基礎(chǔ)、信息安全＼&4＼&7＼&專業(yè)實踐

（選一）＼&算法描述與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)＼&4

＼&8＼&辦公軟件高級應用＼&9＼&數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基礎(chǔ)＼&10＼&多媒體技術(shù)基礎(chǔ)＼&]

表3 “大學計算機基礎(chǔ)”課程的實踐教學模塊

[序號＼&教學模塊＼&實踐學時＼&1＼&基本認知操作＼&4＼&2＼&操作系統(tǒng)＼&2＼&3＼&程序設(shè)計基礎(chǔ)＼&6＼&4＼&網(wǎng)絡信息檢索、發(fā)布、信息安全＼&4＼&5＼&綜合應用設(shè)計（選一）：

1） 算法描述與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

2） 辦公軟件高級應用

3） 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基礎(chǔ)

4） 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)＼&8＼&]

（2）任務驅(qū)動式教學模式

在教學內(nèi)容中始終貫穿1-2個的具體任務，將課程要求掌握的知識、技能和能力訓練要求滲入到任務中，通過提出問題、思考問題、解決問題等一系列活動，使學生掌握通過計算思維能力解決實際問題的技能。任務驅(qū)動式教學是一個很好的吸引學生學習興趣的教學方法，但關(guān)鍵的問題是如何設(shè)計具有意義的任務。

以“算法描述與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”教學模塊中關(guān)于“二分查找”算法的講授為例，可以設(shè)計一個學生熟悉的任務——猜數(shù)字游戲。猜數(shù)字任務的游戲規(guī)則是：使用二分算法，在一個已排序的整數(shù)數(shù)列中隨機產(chǎn)生一個數(shù)字（假設(shè)為A），每次搜索從數(shù)列的中間元素開始與A進行對比，如果中間元素正好等于A，則搜索過程結(jié)束；如果A大于或者小于中間元素，則在數(shù)列大于或小于中間元素的一半中查找，并且再次與新數(shù)列的中間元素進行比較；如果數(shù)列為空，則表示搜索失敗。任務要求學生自擬一個數(shù)列和隨機數(shù)，然后計算出從該數(shù)列中查找到該隨機數(shù)所需要的次數(shù)以及每次查找到的數(shù)字。

（3）主題研究型教學模式

在課堂教學的基礎(chǔ)上，組織學生開展研究型學習。研究的主題可以由教師給出選題，也可以由學生根據(jù)專業(yè)特點或者興趣愛好結(jié)合課程教學內(nèi)容自擬。教師依據(jù)擬定的主題，指導學生撰寫可行性分析報告和設(shè)計方案。設(shè)計的過程中，可安排期中檢測活動，既可以了解研究進展，也可以通過該活動盡早地發(fā)現(xiàn)問題。研究結(jié)束后，學生按照課程要求提交作品和總結(jié)報告。自2010年起，廣州大學對部分專業(yè)“大學計算機基礎(chǔ)”、“數(shù)據(jù)庫技術(shù)”課程使用主題研究型教學模式。實踐證明，這種教學模式能夠充分地調(diào)動學生主動思考和學習的積極性，增強學生的信息素養(yǎng)和計算思維能力。

以“辦公軟件高級應用”教學模塊為例，在開展教學活動時，教師向?qū)W生說明實踐目的和要求，講解實踐中涉及的主要操作技巧，可以通過展示范例或者往屆作品使學生得到啟發(fā)。范例作品如圖4。

圖4 “辦公軟件高級應用”范例作品

4 結(jié)語

實踐證明，自2009年廣州大學實施“大學計算機基礎(chǔ)”1+X課程體系以來，學生掌握計算機知識及思維實踐能力得到了有效的提升。近幾年，學生在各級各類科技競賽獲得多個獎項：在全國“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽中，獲得三等獎1項；在全國大學生數(shù)學建模競賽中，有15隊分別獲得國家級一等獎和二等獎；在全國教育機器人大賽中獲得了多個全國一等獎3項；在全國信息技術(shù)水平大賽中獲多項全國特等獎、一等獎、二等獎、三等獎；在首屆全國GIS技能大賽中，有2隊9名學生分別獲得一等獎和三等獎；在全國高等院校學生斯維爾杯BIM系列軟件建模大賽中獲得一等獎和團隊全能二等獎。

思維型大學計算機基礎(chǔ)課程改革并不是一件立竿見影的事情，在改革過程中需要同時實施對教學團隊、督導機制等方面的改革，抓住機遇，敢于探索和研究。

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