大学计算机基础教学中计算思维的培养途径

大学计算机基础教学中计算思维的培养途径
摘要：从几个侧面思考和探究在大学计算机基础教学中培养学生计算思维的途径，提出通过整合教学内容，将不同的知识点归纳为不同的知识单元；通过实验教学，提升学生运用计算思维处理问题的能力。

关键词：计算思维；计算机基础教学；核心任务
作为大学计算机基础教学的核心任务，培养学生计算思维已成为引领计算机基础教学健康发展的航标。

因此探索出一套培养学生计算思维的有效方法和途径，对于进一步落实核心任务，提升学生处理问题（特别是解决各种专业问题）的能力，以及创新人才的培养都将产生重大而深遠的影响。

1.大学计算机基础教学目标及现状
在教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会颁布的《关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见》中明确指出：大学计算机基础课程的目标是“使学生在各自的专业中能够有意识地借鉴、引入计算机科学中的一些概念、技术和方法……利用计算机认识并处理计算机应用中可能出现的问题”。

然而在具体实施过程中，由于学科、专业存在差异以及人们认识上的偏差，在大学计算机基础教学中暴露出很多问题。

例如，在教学中，仍以介绍技能性的知识、原理和结论为主，内容多是晦涩的符号、表达式以及抽象难懂的定义。

没有按照专业的不同需求分类分层组织教学，这就导致一方面学生学习积极性不够、求知兴趣下降；另一方面，学生又缺乏运用计算机知识和技术处理各种实际问题的能力。

究其原因在于，在计算机基础教学中忽视了对学生思维意识、发现和处理问题能力的培养和训练。

因此，积极探索在计算机基础教学中计算思维的培养途径，全面展示计算机学科独有的思维魅力已迫在眉睫。

2.计算思维的提出
2006年，美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真教授在美国计算机权威期刊Communication of the ACM撰文提出计算思维概念。

她指出：“计算思维就是运用计算机科学的基本概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等，它涵盖了计算机科学广度的一系列思维活动”。

周教授认为：计算思维是人类求解问题的一条有效途径，是人人必须具备的一种基本能力，其本质是抽象和自动化。

研究这些内涵对于教师尽快将计算思维融人到计算机基础教学中，培养学生计算思维意识、掌握处理问题的方法以及提升运用计算机基本思想处理实际问题的能力都有十分重要的意义。

为此，在《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》中，第一次把培养计算思维能力作为计算机基础教学的一项重要的、长期和复杂的核心任务。

3.培养学生计算思维的有效途径
为了在大学计算机基础教学中培养学生的计算思维能力，落实核心任务，笔者认为首先应全面深入理解计算思维的本质和内涵；其次应积极探索计算思维的培养途径，引导学生最终将计算思维有效运用于各种实际问题的处理中。

3.1重点突出计算思维意识的培养
大学计算机基础课程是计算思维培养的重要平台，对于学生从萌生到逐步认识和掌握计算思维发挥着重要的作用。

为强化计算思维的培养，结合各校及我校计算机基础教学现状，我们尝试以整合教学内容、改进教学方法等作为突破点组织教学。

首先在教学内容的选取上，将不同的知识点归纳为不同的知识单元，并系统梳理各单元所蕴含的可见、可实现思维；其次，改变或摒弃传统的教学方法，从可行性、确定性角度以各知识单元为线索，重点讲解知识内部蕴含的思维以及实现具体操作所运用的思维思想，着重培养学生的思维方式，逐步实现由知识传授向基于知识的思维培养过渡。

如在讲解数据结构知识时，以描述数据的两种存储结构为线索，讲解具有线性、树型结构的数据在实现实时存储以及实现对二叉树数据的遍历口’所运用的思维；再如在讲授操作系统中进程、线程等知识时，可以一个程序执行过程为例，借助多媒体技术或图示形式阐述系统在不同时间段内所完成的不同操作（通过进程实现）以及不同进程的切换（通过线程实现），通过此举不仅可帮助学生对进程和线程等重点知识有所认识，更为重要的是掌握了研习这些知识所应具备的思维方式，了解这种处理技术所采用的思维方法。

3.2着力培养学生将计算思维运用于专业实践的意识
对于非计算机专业的学生而言，研习大学计算机基础课程的目的在于探寻计算机科学和专业应用的结合点，并能运用计算思维及计算机技术开拓性地解决各种专业问题。

本着这一宗旨和原则，在教学中教师可选择一些既能反映计算思维处理思想又能体现各专业普遍需要的典型案例，通过对这些案例所运用的可见思维的讲授，引导学生逐步建立将计算思维思想运用于专业实践的意识。

如：在讲解网络知识时，可运用关注点分离（SOC）法将教学重点定位到网络的组成及应用等知识点上，集中探讨和学习3种常见网络的连接及各种应用实例。

由于连接范围、连接方式以及应用的不同，自然就涉及各种网络协议的使用以及这些协议所运用的思维。

通过这些内容的系统讲解，不仅使学生掌握了网络的基本知识及所蕴含的思维，更能拓展他们的思维空间，激发学生将这种思维运用于专业实际的强烈欲望并能实地探索各种实现方法。

3.3通过实验教学，不断提升运用计算思维处理问题的综合能力
作为大学计算机基础教学的重要组成部分，实验教学在培养学生综合运用计算思维及计算机技术处理问题的能力等方面发挥着越来越重要的作用。

因此，必须破除实验教学依附于理论教学的传统思想，树立实验教学与理论教学相互统筹协调的现代教学理念，充分有效地利用这一平台，逐步提升学生运用计算思维处理问题的综合能力。

首先，在基础规范性试验中全面体现计算思维思想，这类实验通常用于帮助
学生通过具体操作验证基本知识点。

可在现有内容中增加基于知识的思维性内容，帮助学生从实践中领悟计算思维在实验教学中的引领作用。

其次，通过构造性试验，有意识地培养学生运用抽象思维方式构建常用数学模型的方法，借此了解运用计算思维方法处理问题的过程（如：具体问题的提出→模型构造→结果的获得）。

最后，为不断培养和提升学生的创新意识及创新能力，应适当增加一些具有研究探索性的综合实验。

该实验在内容的取材上既要反映各学科对计算机技术的实际需要，又能涵盖计算思维思想。

同时实验结果要具有一定的不确定性、实现手段要有多样性。

通过学生的亲自参与和探索在更大范围内拓展创新意识，增强动手操作能力、科学研究能力及创新能力。

3.4进一步整合和完善利于计算思维培养的教学资源平台
为了给学生提供更多的有益于思维培养与能力拓展的空间，需进一步整合和完善教学资源。

要充分利用现代信息技术及网络技术的优势，为学生营造一个便于自我发展和满足个性需要的全新、开放型的学习环境，可将以往分散、无序、富于多样性的各种教学资源科学有效地融合衔接起来，构成一个门类齐全、内容丰富、便于使用的教学支持体系，使之成为师生获取知识及信息的重要来源、培养学生思维及拓展创新能力的舞台。

具体可通过构建结合专业需要的教学网站、教学资源共享平台、精品课程平台、各类学习支持系统等途径实现。

通过这些共享平台可实现师生实时互动、实时交流，以此满足师生的各种需求。

这样的平台不仅利于学生个性化培养，更主要的是为学生认识事物本质及其发展规律、强化计算思维意识、提升处理问题的能力提供更为广阔的发展空间。

3.5积极实施有效的考核形式及结果评定方法
经过多年的教学实践和探索，大学计算机基础课程的考核形式已基本实现了机考或机考+笔试。

从考核内容或效果来看基本达到了教学大纲所规定的要求，它对于学生计算机应用能力的提升及推动教学改革都起到了积极的作用。

然而，为进一步落实核心任务以及适应创新人才培养战略的需要，有必要在现有格局的基础上进一步完善和充实这种考核方式。

1）改革和完善考核内容。

目前大部分机考是围绕着单选、填空、实际操作和打字等题型安排内容，这些题型在以往考核中发挥了重要作用，但也暴露出一些问题。

如：知识面比较狭窄、过于机械、反映的思维有限等弊端。

针对这些问题，我们作了以下的探索和尝试。

其一，将单选题拓展为多选题，或增加多选题的比重，这样既有利于对知识的全面考察，还可为学生提供更为宽广的思维空间。

通过大量蕴含益于思维培养的考题进一步帮助和带动学生对计算机知识的系统掌握；其二，针对填空题型，将考核重点逐渐定位到思维与知识的结合点上，以涵盖思维的知识点作为问题提出，以处理问题所运用的思维作为填充内容，以此构成知识与思维的完美组合。

此外，对于综合操作题型的内容，可在涵盖知识点的基础上向更能体现思维且与专业应用相结合的方向倾斜，如：针对管理类专业而言，可以综合操作题的形式考核学生运用所学知识管理一个微小企业的设计思想，回答问题方式可以文字和动画的形式。

2）采用科学方法评定考核结果。

目前的考核结果普遍综合了期末考核结果、学生出勤情况以及作业实验的完成情况，这种认定方式相对简单，选定的范围有限，加之具有一定的随机性，无法全面反映学生的学习效果。

为此，可考虑增加大作业在最终成绩中的份额。

大作业是在学习一个（或几个）知识单元后由教师根据教学进展和需要为学生布置并要求其在指定的时间内完成的一项任务，如完成一个运用Office中组件和网络等功能编辑一份图文并茂的电子邮件并发送的作业，教师可根据作业的完成情况，实时监测每位学生对于这些内容的掌握程度及效果。

大作业在内容上应充分体现计算思维思想，在运作上要反映出计算思维的处理方法，在效能上应尽量满足不同学科的实际需要。

因此，若以合适的比例将学生独立或合作完成的大作业作为最终考核结果的一部分的话，必将能够带动学生主动参与教学、积极有效思维的积极性。