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摘 要 以计算思维为核心的大学计算机基础课程教学改革力求在教学所有环节中渗透“计算思维”的思想和概念,培养学生利用计算机分析问题和解决问题的意识和能力.在教学内容上,直接将“计算思维”增加到课程知识体系中；在教学设计方面采用探究式方案,注重启发学生计算思维,在教学实施中,灵活运用案例教学、任务驱动、课堂研讨等教学方法,力争将计算思维的培养渗透到各个知识点和模块的教学中.教学实践证明改革效果,学生能够具有基本的计算思维能力.教学改革完美诠释大学计算机基础课程的内涵及其核心价值.

关 键 词 计算思维 教学改革 大学计算机基础

中图分类号：G424 文献标识码：A

Study on Teaching Reform of Computer Foundation

Based on Computing Thinking

LI Juan, HUANG Yin

（Computer Engineering Department of Electronic Engineering Institute,

Naval University of Engineering, Wuhan, Hubei 430033）

Abstract Teaching reform of puter foundation course in our university is on the basis of puting thinking. We aim to permeate ideas and concepts of puting thinking in all aspects of teaching to foster student's consciousness and ability to analyze and solve the problems with puter. In respect of teaching content, "puting thinking" is added to the knowledge system of the courses directly. The inquiry program is used in teaching design to enlighten students on Computing Thinking. Multiple teaching method including case teaching, task driven and class discussion, and strive to permeate the cultivation of thinking in every knowledge point and the teaching modules. Teaching practice has proved the reform effect. Students can have basic puting thinking after classes of the course. The teaching reform can interpret connotation and core value of puter foundation courses perfectly.

Key words puting thinking； teaching reform； puter foundation

0 引言

“大学计算机基础”课程是我校全专业科学文化基础课程之一,是大学本科教育第一门计算机课程,在高校基础教育特别是计算机教育方面具有重要地位.该课程传统的教学方案是以等级考试一级计算机基础与MS Office应用为导向,根据等级考试一级大纲要求组织教学内容,制定教学实施方案,进行教学设计和实践,注重于培养学生对相关软件的熟练应用.然而,随着计算机技术与技能的普及,这种教学方案已经不能满足当前的教学需求.很多大学新生在初、高中阶段已经了解,甚至基本掌握了计算机的基础知识以及相关软件的应用,导致该课程的教学地位越来越不受到重视,甚至产生了“此课程是否还有存在的必要”的质疑,使得该课程面临严重的危机,对课程的改革迫在眉睫.

美国卡内基·梅隆大学计算机系主任周以真教授提出了计算思维的概念.计算思维被认为是近十年来产生的最具基础性、长期性的学术思想,已经成为当今科学研究.计算思维是指运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为,它包括一系列广泛的计算科学的思维方法.计算思维概念的出现与发展为“大学计算机基础”课程的改革提供了全新的思路和方向.以计算思维为核心的课程改革力求在教学内容和课堂设计等多个教学环节中渗透“计算思维”的思想和概念,深入剖析计算机科学的内涵.旨在培养利用计算机分析问题和解决问题的意识和能力.

1.基于计算思维的内容组织

课程的教学内容将依然立足于应用需求.但这里的“应用”并非指传统方式的应用软件,而是指学生在将来的职业生涯中所必备的计算机素质与技能,包括科学计算、信息检索、办公自动化、模拟训练、指挥和管理等.计算机技术在这些系统中起着重要乃至关键的作用,本科课程的内容应该能够直接支持简单的信息处理需求.课程改革后的教学内容及课时安排如表1所示.

表1 大学计算机基础教学内容与课时安排

课程总学时数为40学时,内容包括引言、计算机基本信息表示、计算机系统、计算机网络与安全、计算机应用技术基础、计算机思维与计算机问题求解.与改革前相比,差别体现在以下几个方面.

（1）直接将“计算思维”增加到课程知识体系中.在第一章引言部分增加介绍计算思维基本概念、作用与意义介绍的小节,增加“计算思维和计算机问题求解”一章专门讲授计算思维典型方法和利用计算思维解决问题的相关技术. （2）拓展基础理论的广度与深度.对于计算机基础理论部分的内容,不再局限于等级考试大纲要求的基础知识与常识,而是要求学生能够理解计算机系统和基本原理.因此所设计的教学内容包括计算机信息表示,计算机软硬件结构和工作原理,和常用应用技术.着重在“知其所以然”上下功夫,培养学员理解计算机系统的能力,深入剖析计算机科学的内涵,并以此展示和解释“计算思维”的基本内涵和方法.

（3）淡化软件应用教学内容.课程知识体系中,不再涉及到具体的工具软件,不在课堂讲授具体软件的操作.“计算机应用实践”环节着重于培养学生运用工具软件解决实际问题的能力,而不是熟练掌握办公自动化等软件的基本操作.

2.基于计算思维的教学设计

改革后,“大学计算机基础”课程的教学目标是培养学生的计算思维,要求学生具有使用计算机处理信息的能力及其思维方式,具备良好的信息素质和计算思维能力.因此,在教学设计中,采用探究式设计方案,注重启发学生计算思维,引导学生走向思维方法的层面.以计算思维为核心的教学设计过程如图1所示.

图1 基于计算思维的教学设计过程

这里以“计算机基本信息表示”一章中“计算机码制”一节的内容为例,具体教学设计如下：（1）提出问题：如何在计算机中存储一个整数.（2）描述问题：如何解决符号（正负）在计算机中的表示.（3）方法1：原码,最高位表示符号,其余位为整数的数字部分.（4）方法1分析：以0的原码和原码的加法运算引导学生发现原码的缺点.（5）方法2：反码,最高位表示符号,其余位为整数的数字部分取反.（6）方法2分析：以带进位的反码加法运算引导学生发现反码的缺点.（7）方法3：补码,最高位表示符号,其余位为整数的数字部分取反再加1.（8）方法3分析：编码唯一,运算简单.（9）总结原、反、补码编码方式及优缺点.

3.基于计算思维的课程实施

案例教学、任务驱动、课堂研讨等教学方法,是典型的基于计算思维的教学方法,这些方法有助于培养和提高学生学习的自主性、主动性、创新性和协作性.这些教学方法的有机结合和恰当的运用,有助于奠定学生在教学活动中的主体地位,创建和谐、活跃的教学氛围,提高教学效率,培养学生的计算思维能力.

任务驱动,以问题为导向的教学方法贯穿于课堂教学活动的所有环节,用于启发、引导学生对知识的兴趣和渴求.如,可以通过“我们的姓名在计算机中如何存储?”这个任务题引导学生对字符编码相关知识的学习和理解.通过“如何解决由于CPU与主存之间速度上的不平衡而导致的CPU性能不能完全发挥?”这个问题引导学生对高速缓存原理的学习和理解.

案例教学以行动为导向,由教师引导、组织学生对教学案例进行思考、分析和设计,促使学生对相关基础理论、技术和基本原理理解.如,通过“小型局域网组建”案例,贯穿“计算机网络与安全”章节的学习之中,使得学生更透彻地理解计算机网络相关理论和技术.通过“销售管理系统设计与实现”案例,贯穿“计算机应用技术基础”章节中“数据库技术基础”的学习之中,使得学生更透彻地理解数据库相关理论和技术.

课堂研讨更多体现了教学活动中学生之间的互动,凸显学生在思维教学中的中心地位,更好地让学生在思维活动中学习,同时也学习思维本身.课堂研讨活动开始于研讨主题的设置,学生的分组和任务布置,由学生根据分组及任务在课后完成基本概念的理解、相关技术资料的收集与消化,课堂上以交流学习成果,探讨与主体相关的重难点为主,之后形成结论,完成并提交研究报告.如在“计算机应用技术基础”章节中“多媒体技术基础”中,设置研讨主题：多媒体信息处理.按“声音数字化技术”、“数字图像处理技术”和“视频与动画技术”进行分组,进行课堂研讨.

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4.结论

基于计算思维的“大学计算机基础”课程教学改革,以培养学生的“计算思维”能力为目标,在教学全过程中,注重于展示和解释“计算思维”的基本内涵和方法,力争将计算思维的培养渗透到各个知识点和模块的教学中,为学生将来利用计算机和计算思维解决实际问题奠定基础.

以培养计算思维为核心的“大学计算机基础”课程教学,摒弃“狭义工具论”思想,完美诠释该课程的内涵及其核心价值.教学实践表明,学生学习兴趣和主动性得到较大提高,初步具备利用计算机分析问题和解决问题的意识和能力,具有基本的计算思维能力.

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