基于計算思維的大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課教學(xué)改論文
計算思維是指運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)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(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動。近年來，全國眾多高校都開展了關(guān)于計算思維培養(yǎng)的研究和討論，這為大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程的建設(shè)提供了新的建設(shè)思路。計算思維教育的目的是培養(yǎng)一種思維習(xí)慣，一種像計算機(jī)科學(xué)家思考問題那樣的習(xí)慣[1]。
計算思維培養(yǎng)的理想狀態(tài)是利用計算思維可以更好地找到解決問題的新方法、創(chuàng)造更多的新知識、不斷提高創(chuàng)造力和創(chuàng)新力。計算思維是人類與生俱來的思維模式，但在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，計算思維和方法要靠學(xué)生被動的領(lǐng)悟。而計算思維教育就是要把這些隱含的方法顯式地表達(dá)出來，讓學(xué)生主動地去總結(jié)和學(xué)習(xí)這種計算思維模式，從而更好的更快的改善大學(xué)培養(yǎng)質(zhì)量。在計算機(jī)和信息技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，任何一個領(lǐng)域和行業(yè)都離不開對信息和數(shù)據(jù)的計算、處理，這意味著如果具備較好的計算思維能力，就能更好地運(yùn)用計算機(jī)和信息技術(shù)解決學(xué)習(xí)和工作中的實(shí)際問題。
大學(xué)的計算機(jī)基礎(chǔ)課程的主要任務(wù)就是要培養(yǎng)學(xué)生利用計算機(jī)作為工具解決專業(yè)問題的能力，而如何進(jìn)一步的地培養(yǎng)學(xué)生利用計算思維分析及解決問題，則應(yīng)該成為計算機(jī)基礎(chǔ)教育的最終目標(biāo)[2]。但采取怎樣的方法及途徑，更有利于計算思維能力的培養(yǎng)，則是需要不斷的積極探索和實(shí)踐的。
1基于計算思維的計算機(jī)教學(xué)
當(dāng)今是一個信息無處不在的時代，而計算機(jī)是進(jìn)行信息分析和處理的必要工具，不夸張地說任何行業(yè)和崗位如今都離不開計算機(jī)的使用。而大學(xué)階段設(shè)置計算機(jī)公共課的重要意義就在于，能夠通過系統(tǒng)的訓(xùn)練和學(xué)習(xí)培養(yǎng)非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生都能夠具備一定的計算機(jī)應(yīng)用技能。要做到這一點(diǎn)，就必須傳授給學(xué)生關(guān)于計算機(jī)科學(xué)的基本知識和原理，并在此基礎(chǔ)上有意識培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。最后，使得學(xué)生利用計算思維進(jìn)行思考并熟練利用計算機(jī)解決專業(yè)問題。
計算的概念雖然已經(jīng)產(chǎn)生了多年，但與數(shù)學(xué)等傳統(tǒng)學(xué)科相比仍然是一個較新的領(lǐng)域。計算思維與數(shù)學(xué)思維、實(shí)證思維一樣，都是大學(xué)生應(yīng)該掌握的一種科學(xué)思維方法。事實(shí)表明，任何思維方法的形成，都需要大量的實(shí)踐、分析、總結(jié)、提煉，最后形成自然而然的思維方法。單純通過理論框架學(xué)習(xí)的思維方法是無法真正運(yùn)用到實(shí)踐中的。計算思維作為一種科學(xué)思維方法，源自于大量的科學(xué)實(shí)踐。所以如果要培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，就應(yīng)該不斷地進(jìn)行科學(xué)實(shí)踐，讓學(xué)生真正了解計算機(jī)進(jìn)行計算的內(nèi)在機(jī)制。學(xué)生在通過使用計算機(jī)進(jìn)行大量計算實(shí)踐工作后，才能夠深刻的體會計算思維，并逐步形成一種思維習(xí)慣并自覺運(yùn)用到專業(yè)領(lǐng)域中[3]。從上述過程可知：培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，就是為了讓學(xué)生能夠更好的掌握并利用計算機(jī)作為工具以便解決學(xué)習(xí)和工作中的問題。因此，在計算機(jī)課程中使學(xué)生了解計算機(jī)系統(tǒng)的工作原理，是理解計算思維的根本基礎(chǔ)。
2計算機(jī)基礎(chǔ)課的改革現(xiàn)狀
我校計算機(jī)基礎(chǔ)課的授課對象是非計算機(jī)專業(yè)的全體學(xué)生，其中既包括文科專業(yè)也包括理工科專業(yè)，因此課程設(shè)置比較復(fù)雜，同樣的課程在針對不同專業(yè)時需要制定不同的大綱和培養(yǎng)方案。而且隨著政策和形勢的變化，計算機(jī)基礎(chǔ)課程的課時量在逐步縮減，而教學(xué)內(nèi)容和培養(yǎng)目標(biāo)并沒有變化甚至還有了更高的要求，這給我們的教學(xué)工作帶來了極大的困難和挑戰(zhàn)。近一年來，我們做了大量嘗試性的工作：通過設(shè)置大量的計算機(jī)應(yīng)用技能的實(shí)驗(yàn)與培訓(xùn)環(huán)節(jié)，著力培養(yǎng)學(xué)生的計算機(jī)實(shí)際運(yùn)用能力，并在教學(xué)實(shí)踐過程中結(jié)合計算機(jī)的相關(guān)基礎(chǔ)理論和思維模式，有意識的培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力。在教學(xué)模式、教學(xué)手段、在線教學(xué)資源建設(shè)等方面開展了一系列的改革和嘗試，不斷探討培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力的先進(jìn)教學(xué)方法及有效途徑。
由于計算機(jī)基礎(chǔ)課的受眾廣泛性，其教學(xué)要兼顧文理科學(xué)生的思維特點(diǎn)，在進(jìn)行講解時應(yīng)該契合他們的實(shí)際學(xué)習(xí)的需要。盡量回避純技術(shù)和理論的細(xì)節(jié)，多講解一些符合轉(zhuǎn)他們的專業(yè)習(xí)慣的實(shí)際例子。在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置上，充分體現(xiàn)計算機(jī)應(yīng)用的廣泛性和普遍性。對于非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生的工作學(xué)習(xí)中最常用到的比如：計算機(jī)基礎(chǔ)操作技能、簡單編程技能、網(wǎng)站設(shè)計技術(shù)、動畫制作技術(shù)等都有所體現(xiàn)。通過大量實(shí)例的介紹，逐步引導(dǎo)學(xué)生理解“計算”的含義，了解計算機(jī)的工作原理和計算方法。為了更好地突出實(shí)踐操作在計算機(jī)課程學(xué)習(xí)中的重要性，從根本上提高學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力，我們引入了在線考試系統(tǒng)，學(xué)生的考試完全在計算機(jī)上進(jìn)行操作完成，真正考察學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力的掌握情況。而且為了避免客觀原因造成的得分偏差，不斷加大實(shí)踐環(huán)節(jié)在總評成績中的比重。期末總成績中，平時上機(jī)成績占到40%，而期末成績只占總成績的60%。結(jié)合我校具體情況，對于每個章節(jié)都設(shè)置了階段性的單元實(shí)驗(yàn)，并以老師講解和輔導(dǎo)為主，并根據(jù)各個專業(yè)學(xué)生的掌握情況充分利用上機(jī)考試系統(tǒng)進(jìn)行綜合測試，這樣既保證了有效的講解環(huán)節(jié)，又通過以考代練的方式驅(qū)動學(xué)生自覺掌握計算機(jī)的實(shí)戰(zhàn)技能，通過講練結(jié)合的方式不斷培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。
3進(jìn)一步的改革思路和措施
實(shí)踐證明，通過以上的教學(xué)模式，我校學(xué)生的計算機(jī)技能有了一定程度的提升。接下來我們的教學(xué)改革工作將圍繞如何培養(yǎng)計算思維能力這一根本目標(biāo)，探究更為有效的改革方案。
3.1建設(shè)計算機(jī)基礎(chǔ)課程群
如前文所述，我校計算機(jī)基礎(chǔ)課程的設(shè)置情況非常復(fù)雜，涉及全校各多專業(yè)、多個年級。在前期的工作中，已經(jīng)對全校所有需要開設(shè)計算機(jī)基礎(chǔ)課程的院系、專業(yè)進(jìn)行了調(diào)研，從全局掌握了各個院系對計算機(jī)課程的需求和預(yù)期，并初步計劃構(gòu)建新的計算機(jī)基礎(chǔ)系列課程群。在詳細(xì)研討后，初步確定了課程群的基本框架。從難度來看，該框架大致可分為三個層次，分別是：1）計算機(jī)基礎(chǔ)；2）計算機(jī)技術(shù)；3）計算機(jī)應(yīng)用。這三個層次是逐步遞進(jìn)的，并可以分別橫向?qū)?yīng)于文科專業(yè)、文理混合專業(yè)和純理工專業(yè)。該框架不是只對應(yīng)三門課，而是每個層次均為由多門課程構(gòu)成的課程群。這樣對于每個專業(yè)，都能結(jié)合自身的特點(diǎn)和情況有針對性地選擇某個層次或多個層次的某些課程。這樣便為逐步培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力奠定良好的基礎(chǔ)。
3.2進(jìn)一步改革教學(xué)模式
在以往教學(xué)中，教師通常是就某個計算機(jī)技能灌輸式的傳授給學(xué)生操作方法。但是缺乏對具體問題的思考和結(jié)合。要切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，就應(yīng)該做到以問題求解為驅(qū)動，以計算思維方法引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行問題分析和求解。由于受到大綱和課時的限制，要保證課程的基礎(chǔ)性且要求在有限課時內(nèi)進(jìn)行有效教學(xué)，又要通過學(xué)生自主選題、分析、設(shè)計、求解等關(guān)鍵環(huán)節(jié)有效提高學(xué)生的問題分析求解能力以及創(chuàng)新能力，是目前面臨的主要問題。本文對前期工作進(jìn)行了詳細(xì)總結(jié)，并制定了相應(yīng)的解決方案。該方案是：制定“共性結(jié)合個性”的實(shí)踐教學(xué)模式，在大課規(guī)定學(xué)時內(nèi)體現(xiàn)共性需求，并通過課外練習(xí)對課堂內(nèi)容進(jìn)行有效補(bǔ)充；在課堂實(shí)踐中融入自主選題的項(xiàng)目設(shè)計、并通過學(xué)生自主組建項(xiàng)目小組、鼓勵學(xué)生參與形式豐富的計算機(jī)技能大賽等方式，實(shí)現(xiàn)自主化的個性學(xué)習(xí)模式，有效補(bǔ)充課堂共性培養(yǎng)的不足。在項(xiàng)目設(shè)計中，可以通過先實(shí)戰(zhàn)、再發(fā)現(xiàn)問題、最后思考問題、解決問題的方式逐步引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，通過學(xué)生自主選題，啟發(fā)式的培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，逐步設(shè)計方案。從而真正的培養(yǎng)學(xué)生如何運(yùn)用計算思維發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。同時，通過團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的鍛煉，也培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。
3.3不斷提高創(chuàng)新能力
發(fā)現(xiàn)問題和解決問題是創(chuàng)新的開始。所謂創(chuàng)新，就是發(fā)現(xiàn)了新的需要解決的問題，在研究了現(xiàn)有的理論和方法以后，認(rèn)為不能解決或者解決得不夠好，于是研究新的理論和方法[3]。創(chuàng)新的`基礎(chǔ)在于發(fā)現(xiàn)新問題，創(chuàng)新的關(guān)鍵在于解決新問題。在計算機(jī)基礎(chǔ)課程中，培養(yǎng)創(chuàng)新能力就是要不斷引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和運(yùn)用自己的創(chuàng)新精神，形成勤思考、善變通、不墨守成規(guī)、敢于挑戰(zhàn)權(quán)威的學(xué)習(xí)習(xí)慣和思維方式，并且要培養(yǎng)學(xué)生敢于并善于動手實(shí)踐以驗(yàn)證自己的新想法、新觀點(diǎn)的優(yōu)秀素質(zhì)。而計算思維在發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程中，有著不同的角度。計算思維能力的培養(yǎng)則大大有助于發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的創(chuàng)新過程。計算思維能力是大學(xué)生創(chuàng)新能力的重要組成部分，是創(chuàng)新的科學(xué)方法基礎(chǔ)。所以通過計算思維的培養(yǎng)，能幫助學(xué)生不斷提高自己的創(chuàng)新能力，為將來的專業(yè)學(xué)習(xí)和專業(yè)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)然，計算機(jī)基礎(chǔ)課程既要保證課程的基礎(chǔ)性，又要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，需要不斷地改進(jìn)以找到最好的培養(yǎng)途徑和教學(xué)方法。
3.4完善各種形式的學(xué)習(xí)資源
近年來，我校已經(jīng)編寫了包括《計算機(jī)基礎(chǔ)》、《C語言程序設(shè)計》、《Access數(shù)據(jù)庫應(yīng)用》等紙質(zhì)教材，并制作了大量課程配套的PPT素材和資源。但從目前來看，為數(shù)眾多的教材和教學(xué)資源在教學(xué)各個環(huán)節(jié)起到的作用沒有達(dá)到預(yù)期的效果。原因主要在于：1）教學(xué)資源的重復(fù)性建設(shè)，且缺乏針對性和特色；2）教材和教學(xué)資源缺乏可擴(kuò)展性，因此并不能對所有專業(yè)的學(xué)生都能起到較好的效果。
針對這些問題，本文的改革思路是在編寫主要教材的同時，還要做好配套的線上、線下在線資源[4]、和在線案例學(xué)習(xí)系
統(tǒng)等。在編寫教材和設(shè)計教學(xué)資源時，將知識點(diǎn)盡量細(xì)化成高內(nèi)聚、低耦合的單元模塊，這樣就便于教學(xué)素材、教學(xué)資源的靈活組合，從而在大綱要求的框架內(nèi)能快速的形成有針對性的內(nèi)容架構(gòu)。下一步還計劃開發(fā)計算機(jī)基礎(chǔ)課程群在線教學(xué)平臺，該平臺將集電子教材、操作視頻、知識單元模塊等教學(xué)資源庫。一方面，在線平臺能有效的整合教師的教學(xué)資源，并不斷形成可以共享的在線資源庫，從而給教師的備課、案例選擇提供豐富且靈活地選擇；另一方面，通過在線平臺，教師可以方便的指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行在線學(xué)習(xí)，而且學(xué)生也可以通過在線資源，隨時隨地進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，從而達(dá)到因材施教的個性化學(xué)習(xí)模式。
4總結(jié)
自從計算思維的概念提出后，計算思維已經(jīng)引起了計算機(jī)學(xué)科以及其他廣泛學(xué)科的學(xué)者和教育者的共同關(guān)注。計算思維能力已經(jīng)成為各領(lǐng)域的專業(yè)人員必備的基本素質(zhì)。計算思維教育的最終目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的思維習(xí)慣，使得學(xué)生具備利用計算思維進(jìn)行問題求解的能力和不斷創(chuàng)新的能力。計算機(jī)基礎(chǔ)課是計算思維培養(yǎng)最好的著力點(diǎn)和抓手，如何尋求更好地培養(yǎng)途徑和方法始終是一個值得研究的課題。接下來的工作中，應(yīng)該在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)一步加強(qiáng)以計算思維為導(dǎo)向的計算機(jī)課程的教學(xué)和改革研究，鞏固既有成果，并不斷地探索更好的思路和方法。
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