計(jì)算機(jī)課程與計(jì)算思維能力培養(yǎng)策略

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摘要：文章從計(jì)算思維的概念出發(fā)，分析目前大學(xué)計(jì)算機(jī)課程中計(jì)算思維能力培養(yǎng)現(xiàn)狀，提出以計(jì)算思維的教學(xué)理念重構(gòu)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容，以多種教學(xué)方法相融合的方式創(chuàng)新計(jì)算思維培養(yǎng)方式，與專業(yè)背景相融合提高計(jì)算思維能力培養(yǎng)的針對(duì)性，以提高計(jì)算思維的內(nèi)驅(qū)力為目標(biāo)完善教學(xué)資源建設(shè)的計(jì)算思維培養(yǎng)措施。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；大學(xué)計(jì)算機(jī)；能力培養(yǎng)

近幾年來(lái)，一個(gè)全新概念“計(jì)算思維”在計(jì)算機(jī)科學(xué)中獲得廣泛熱議和推崇，自其概念被提出以來(lái)，我國(guó)國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一些專家學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了深入研究，紛紛闡述計(jì)算思維能力培養(yǎng)在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育中的重要意義。學(xué)界上的研究成果引發(fā)教育部高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)將計(jì)算思維能力培養(yǎng)作為大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教育的基本要求和具體目標(biāo)，同時(shí)也明確指明了計(jì)算思維能力對(duì)于雙創(chuàng)人才培養(yǎng)的重要作用。本文對(duì)在大學(xué)計(jì)算機(jī)課程中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的策略進(jìn)行研究，以期對(duì)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育中的計(jì)算思維能力培養(yǎng)實(shí)踐提供一些借鑒。

1計(jì)算思維

計(jì)算思維概念的最早提出者是來(lái)自美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的計(jì)算機(jī)系主任周以真教授。她在2006年給出的計(jì)算思維定義是，運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、人類行為理解等，它是涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)的一系列的思維活動(dòng)。她還認(rèn)為，計(jì)算思維雖然生發(fā)于計(jì)算機(jī)科學(xué)，但又絕不僅限于計(jì)算機(jī)科學(xué)，在數(shù)字化的時(shí)代中，它應(yīng)該是一種普遍性的認(rèn)識(shí)和普適性的技能。周以真教授在其從教的大學(xué)中成立計(jì)算思維研究中心，以非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生為培養(yǎng)對(duì)象，開(kāi)展計(jì)算思維能力培養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐，周教授的教學(xué)實(shí)踐探索為世界上很多大學(xué)提供了計(jì)算思維能力培養(yǎng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)時(shí)代人們從事各種行業(yè)不可或缺的資源和平臺(tái)，在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中施以計(jì)算思維能力培養(yǎng)，對(duì)于學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維思考問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，以及培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新思維、提高創(chuàng)新能力都深有意義。同時(shí)，計(jì)算思維運(yùn)用于大學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)中，可以引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)自主學(xué)習(xí)，對(duì)于激發(fā)其學(xué)習(xí)潛能，拓寬專業(yè)知識(shí)層面，并養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣將起到重要作用。

2大學(xué)計(jì)算機(jī)課程中計(jì)算思維能力培養(yǎng)現(xiàn)狀

2.1從課程內(nèi)容設(shè)置上看，對(duì)計(jì)算思維認(rèn)識(shí)還不到位

雖然一些高校的學(xué)者和教師開(kāi)展了有關(guān)計(jì)算思維內(nèi)涵及其特征的研究和解讀，但其研究留存在理論意義上的居多，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)實(shí)踐融入計(jì)算思維的還不普遍，從課程內(nèi)容設(shè)置和教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)上也鮮少體現(xiàn)計(jì)算思維的理念，更別提系統(tǒng)化了。高校目前的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，基本還是延續(xù)了陳舊的教學(xué)框架和模式內(nèi)容，只不過(guò)對(duì)新技術(shù)運(yùn)用進(jìn)行了部分更新，遠(yuǎn)不能滿足計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)普及時(shí)代現(xiàn)代大學(xué)生的實(shí)際需求。面對(duì)已經(jīng)具備一定計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的大學(xué)生，很多教師感到按照現(xiàn)行的教學(xué)教材和教學(xué)目標(biāo)，無(wú)法給予學(xué)生新的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法，教學(xué)熱情極大消減，而同時(shí)，由于對(duì)計(jì)算思維缺乏足夠的認(rèn)識(shí)和必要的培訓(xùn)，很多計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教師不知道如何在自己的教學(xué)實(shí)踐落實(shí)計(jì)算思維，有些教師探索出的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)也不足以推廣實(shí)施，教學(xué)內(nèi)容安排不夠與時(shí)俱進(jìn)，因此，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容改革勢(shì)必需要提上日程，并從戰(zhàn)略高度提高對(duì)計(jì)算思維能力培養(yǎng)的認(rèn)識(shí)程度[1]。

2.2從教學(xué)方法施行上看，缺乏計(jì)算思維的組織教學(xué)

目前，多媒體授課和上機(jī)實(shí)踐課相結(jié)合仍然是大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)最普遍的授課模式。很多教師只拿大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程當(dāng)作學(xué)習(xí)其他科目和日后步入工作崗位的實(shí)用工具，在這種“狹義工具論”意識(shí)指導(dǎo)下，教師往往忽略計(jì)算思維對(duì)于分析問(wèn)題和結(jié)合問(wèn)題的獨(dú)特性和重要性，忽略了培養(yǎng)大學(xué)生的計(jì)算機(jī)文化意識(shí)，其組織教學(xué)活動(dòng)沒(méi)有將計(jì)算思維納入課程教學(xué)的頂層設(shè)計(jì)，也沒(méi)有根據(jù)計(jì)算思維的特點(diǎn)以及其內(nèi)部發(fā)生機(jī)制來(lái)開(kāi)展適用于計(jì)算思維能力培養(yǎng)的新的教學(xué)模式[2]。大多數(shù)教師在教學(xué)設(shè)計(jì)中還是一味地講操作系統(tǒng)處理，講網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)安全，開(kāi)展上機(jī)實(shí)踐練習(xí)，即便是有的教師已經(jīng)意識(shí)到計(jì)算思維在組織教學(xué)中的實(shí)際功效，但由于教師關(guān)于計(jì)算思維的系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)不夠、頂層設(shè)計(jì)不足，他們?cè)诮虒W(xué)活動(dòng)中對(duì)于學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)是處于無(wú)意識(shí)或者是隱性教學(xué)狀態(tài)中的，還沒(méi)有形成有意識(shí)的教學(xué)設(shè)計(jì)和顯性的教學(xué)實(shí)踐，這種方式的思維訓(xùn)練對(duì)于學(xué)生計(jì)算思維能力培養(yǎng)是低效的。

2.3從教學(xué)組織分類來(lái)看，計(jì)算思維與專業(yè)融合度不高

大學(xué)專業(yè)類別劃分具體明確，不同專業(yè)對(duì)于大學(xué)計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用以及計(jì)算思維的方法指導(dǎo)是有一定差異的。目前大學(xué)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程基本做到了根據(jù)文史類、理工類、經(jīng)管類等類別設(shè)置不同的計(jì)算機(jī)教學(xué)內(nèi)容，比如針對(duì)文史類專業(yè)學(xué)生重點(diǎn)講授文檔編輯和排版，針對(duì)經(jīng)管類專業(yè)學(xué)生則重點(diǎn)講授數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。但是由于很多院校都出現(xiàn)教育資源緊張的狀況，作為基礎(chǔ)通識(shí)課程的大學(xué)計(jì)算機(jī)一般仍采用大班集中授課的方式進(jìn)行，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足不同基礎(chǔ)、不同專業(yè)學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。很顯然，計(jì)算思維要想與專業(yè)背景相融合實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生分析和解決專業(yè)問(wèn)題的能力培養(yǎng)更是無(wú)從談起[3]。因此，高校需要細(xì)化計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的分層教學(xué)、分類教學(xué)組織體系，以利于計(jì)算思維能力培養(yǎng)在專業(yè)教育中更具有針對(duì)性和實(shí)用性。

3大學(xué)計(jì)算機(jī)課程中學(xué)生計(jì)算思維能力培養(yǎng)的策略探析

3.1以計(jì)算思維的教學(xué)理念重構(gòu)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容

面向現(xiàn)今的大學(xué)生，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程偏重講原理、性能以及操作方法已遠(yuǎn)不能滿足其學(xué)習(xí)需求，也不符合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)課程的教學(xué)目標(biāo)要求。引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維思考、分析、解決實(shí)際問(wèn)題，提高其計(jì)算思維能力應(yīng)該成為當(dāng)前計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的重要和關(guān)鍵任務(wù)，因此，必須以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為目標(biāo)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的改革和重構(gòu)，如表1、表2所列。拿計(jì)算機(jī)進(jìn)制轉(zhuǎn)換問(wèn)題來(lái)說(shuō)，在傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師單純從計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面進(jìn)行進(jìn)制轉(zhuǎn)換和信息表示方式的解釋，以計(jì)算思維進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)，就把進(jìn)制轉(zhuǎn)換問(wèn)題上升到了理論層面，教師引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)獨(dú)立思考，對(duì)計(jì)算機(jī)信息的存儲(chǔ)和表達(dá)能夠產(chǎn)生更為深刻的理解[4]。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)中不乏計(jì)算思維精髓的體現(xiàn)，往往需要教師的有意識(shí)提煉。比如在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的教學(xué)中，教師要讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到程序設(shè)計(jì)過(guò)程即解決問(wèn)題過(guò)程，需要運(yùn)用計(jì)算思維去理解從一般現(xiàn)象到一般規(guī)律，再到一般原理，以“指令集”方式描繪解決問(wèn)題的方式。整個(gè)程序設(shè)計(jì)過(guò)程都是基于計(jì)算思維的思維方式指引著知識(shí)漸進(jìn)過(guò)程。

3.2以多種教學(xué)方法相融合的方式創(chuàng)新計(jì)算思維培養(yǎng)方式

要想培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，需要不斷創(chuàng)新教學(xué)模式。引導(dǎo)式教學(xué)、案例教學(xué)和任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)應(yīng)用比較廣泛，都能很好地體現(xiàn)計(jì)算思維的教學(xué)理念。這些先進(jìn)的教學(xué)方法其共同之處在于以問(wèn)題解決或者任務(wù)完成為中心，教師傳統(tǒng)的單向輸出式講解讓位于學(xué)生的自主思考、參與體驗(yàn)、合作交流、推敲總結(jié)，學(xué)生的積極思維活動(dòng)和主動(dòng)探索精神獲得充分發(fā)揮，計(jì)算思維能力和創(chuàng)新能力得到有效提升。另外，隨著信息技術(shù)和新媒體的廣泛應(yīng)用，一些充分運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)資源的教學(xué)模式活躍于教學(xué)中。比如MOOC在線學(xué)習(xí)，比如翻轉(zhuǎn)課程學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)時(shí)間能夠自由支配、教學(xué)活動(dòng)靈活新穎，使之備受廣大大學(xué)生青睞，大學(xué)生在這種新穎靈活的教學(xué)活動(dòng)中自主學(xué)習(xí)能力得到增強(qiáng)，教學(xué)質(zhì)量和效率獲得提升，而且學(xué)生還可以根據(jù)自身專業(yè)特點(diǎn)對(duì)一些學(xué)習(xí)內(nèi)容和重點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，對(duì)掌握不扎實(shí)的內(nèi)容進(jìn)行反復(fù)學(xué)習(xí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)探索過(guò)程中其計(jì)算思維能力在無(wú)意識(shí)中得到有效提升[5]。

3.3與專業(yè)背景相融合提高計(jì)算思維能力培養(yǎng)的針對(duì)性

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)是應(yīng)用型課程，通過(guò)計(jì)算機(jī)技能知識(shí)學(xué)習(xí)和計(jì)算思維能力培養(yǎng)，能夠解決未來(lái)工作中所遇到的實(shí)際問(wèn)題，并且具備解決實(shí)際問(wèn)題的思維和能力。因此，結(jié)合不同專業(yè)、不同學(xué)科的教學(xué)背景來(lái)對(duì)其計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，優(yōu)化現(xiàn)有課程體系，是提高大學(xué)生計(jì)算思維能力針對(duì)性和實(shí)效性的有效途徑[6]。在這方面，很多高校根據(jù)理工、文史等大類別的劃分區(qū)分了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)計(jì)劃，但是這種劃分方式還是比較粗放型的，并沒(méi)有針對(duì)不同的專業(yè)對(duì)基礎(chǔ)課程教學(xué)重點(diǎn)進(jìn)行側(cè)重性的調(diào)整，其針對(duì)性有待提高。比如文史類別的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程目前側(cè)重了Word文檔、Excel表格、PowerPoint演示文稿以及Internet基本操作，而對(duì)于文史類別中的新聞傳播專業(yè)則更應(yīng)該對(duì)多媒體制作的處理方法、應(yīng)用型軟件模塊以及網(wǎng)絡(luò)新媒體的運(yùn)用等做更深層次的介紹。高校在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中應(yīng)該按照專業(yè)學(xué)科開(kāi)設(shè)小班課程教學(xué)，以增加計(jì)算機(jī)與專業(yè)學(xué)科知識(shí)點(diǎn)的融合度，有利于計(jì)算思維的針對(duì)性和實(shí)用性。

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作者：陳少波 單位：陜西理工大學(xué) 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院