基于计算思维的大学计算机公共课程实验教学

苏海英

(广东石油化工学院 实验教学部，广东 茂名 525000)

2010年，教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会提出以“培养学生计算机应用能力和计算思维能力”作为计算机基础课程培养目标，旗帜鲜明地把“计算思维能力的培养”作为计算机基础教育的核心任务;由李国杰院士任组长的中国科学院信息领域战略研究组撰写的《中国至2050年信息科技发展路线图》中对“计算思维”给予了足够的重视，认为计算思维的培养是克服计算机“狭义工具论”的有效途径，是解决其他信息科技难题的基础。计算思维能力的培养有助于提高学生的信息素养，培养学生能够对已获取的各种信息通过自己的思维，进行深层次的加工和处理。培养复合型创新人才的一个重要内容就是要潜移默化地使他们养成一种新的思维方式即计算思维，也就是运用计算机科学的基础概念对问题进行求解、系统设计和行为理解，即建立计算思维。

1 计算思维

计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、人类行为理解等的一系列思维活动［4］。国际教育技术协会(ISTE)和计算机科学教师协会(CSTA)于2011年通过描述计算思维的各要素，下了一个操作性的定义，即计算思维是一个问题解决的过程，该过程包括以下特点［5］:

制定问题，并能够利用计算机和其他工具来帮助解决该问题;符合逻辑地组织和分析数据;通过抽象，如模型、仿真等，再现数据;通过算法思想(一系列有序的步骤)，支持自动化的解决方案;识别、分析和实施可能的解决方案，找到最有效的方案，并且有效结合这些步骤和资源;将该问题的求解过程进行推广并移植到更广泛的问题中。

计算思维操作性定义，给我们指明了教学中学生计算思维培养的方法与手段。在课程教学中要培养学生的计算思维就是要从解决问题的角度出发，强调解决问题的方法、思路。在解决问题的过程中引导学生思考解一个问题，想一想方法，还有那些问题使用了相同的思想和方法。注意引导学生思考，使之看到问题之外的问题，方法之外的方法，没有联系的联系。

2 大学计算机公共课程实验教学实践

2.1 整合更新课程体系和知识体系

大学通识教育是大学人才培养的重要任务，而计算思维能力培养是大学通识教育的重要组成部分，计算机不仅为不同专业提供了解决专业问题的有效方法和手段，而且提供了一种独特的处理问题的思维方式。目前计算机公共课程实验内容主要是学会使用计算工具或某种语言的使用方法，是“狭义工具论”的实验内容。教育部非计算机专业基础课程教学指导委员会发布的《进一步加强高校计算机基础教学的几点意见》中，明确要求学生应该了解和掌握计算机系统与网络、程序设计、数据库以及多媒体技术等方面的基本概念与基本原理，培养良好的信息素养，利用计算机手段进行表达与交流，利用Internet进行主动学习，为专业学习奠定必要的基础。因此在高等学校计算机基础教育改革的大方向下，结合我校现有的学生情况，课程体系和知识体系改革如下:

(1)非计算机专业大学生计算机教育的第一门课程，着力培养学生的计算思维及信息素养，是一种通识性、素养性课程，而不是流行软件产品的使用培训课程。因此把原在全校非计算机专业开设的《计算机应用基础》课程更名为《大学计算机》，并对实验教学目的与实验内容进行全方位更改，主要包括计算机操作基本技能、计算机系统的组成、办公软件应用、互联网信息检索与发布、数据库系统、多媒体应用等实验内容，在教学过程中采用模块化方式展开每部分实验内容，整个课程共划分为4个实践模块。表1是本校《大学计算机》课程实验教学安排。

表1 《大学计算机》实验安排表

(2)各非计算机专业开设的《高级语言程序设计》课程更名为《程序设计基础》，同时把原侧重“语言”使用的实验目标，转变为注重与专业结合的解决实际问题的程序设计思想与方法的学习，注重于思维能力培养，实验内容主要包括:认识IDE、算法基础、语言基础、算法实现、综合应用等。

2.2 构建三层次实验内容体系及实验教学设计

实验课程的内容要有一个渐进过程，即模仿－设计－创新。依据学生学习的特点，我们在课程的实验中开设了三类实验:即基础验证类、设计类和综合应用类。其中《大学计算机》课程由于是学生第一个学期所开设的第一门计算机课程，学生计算机能力存在参差不齐的情况，因此在实验课程中主要以基础验证类和设计类为主;《程序设计基础》课程是学生第二个学期所开设的第二门课程，对学生的要求有所提高，因此在课程中除了有验证类和设计类实验外，在课程的最后会有一个综合应用类实验。表2是《大学计算机》课程中Word部分的实验内容安排表;表3是《程序设计基础－VFP》中安排的综合性实验内容。

表2 《大学计算机》课程中Word部分实验内容安排表

表3 《程序设计基础－VFP》中安排的综合性实验内容

在实验教学中通过多角度多手段加强学生计算思维能力的培养。对于验证性实验构建以“问题导向”“案例驱动”等的实验教学设计过程，在实验教学中，明确实验要求并提出问题，引导学生认真思考并努力寻求多种求解思路，使用正确方法完成问题，并通过计算机得到正确结果;设计性实验要求学生在给定的任务中，根据验证性实验和所学的知识完成实验任务，设计性实验注重学生自我学习过程;综合性实验注重学生综合知识的应用过程，最大限度发挥学生的主动性和创造性，是学生思维与能力最好体现，在综合性实验完成后，安排24个学时，让学生根据自己完成的内容进行答辩，以此把握学生的设计思路及增强学生间的交流与学习。三类实验教学设计框架如图1所示。

图1 教学设计框图

2.3 建立实验网络教学平台

为了更好地完成实验任务，拓展学生学习的空间与时间。根据不同课程的要求构建了基于网络的协同式与互动式教学平台，通过丰富生动形式多样的网络教学平台提高实验教学的效果。教师在教学平台上提供实验项目、要求以及一些优秀的实验案例等等;学生可以在网上进行实验预习和提交实验作业，与教师讨论问题，教师可在网上批改实验报告，公布实验成绩等。实践证明，通过利用实验教学平台的辅助实验教学大大提高了学生学习的效果，学生自主学习能力大大提高。《大学计算机》课程网络教学平台如图2所示。

图2 《大学计算机》课程网络教学平台

3 教学效果

2011年全校的非计算机专业的《大学计算机》课程采用了基于计算思维的模块化实践教学，学期末对582名学生关于模块化教学、教学平台、教学模式及课外学习等内容进行无记名问卷调查。结果显示:93.5的学生认为采用模块化教学对于系统掌握知识有好处;95.25的学生认为通过模块化的教与学，计算机能力水平有了很大的提高;97.05的学生认为课程网络教学资源平台对自己学习计算机有帮助;91.9的学生在课外都能抽出13个小时对课程进行学习。在学校期末统考中，作者所任教的9个班中，有5个班的平均分超过了80分，总平均分达到80分，比2010年所任教的班级的总平均分73分有了较大提高。

4 结束语

大学计算机公共课程是非计算机专业必修的内容，担负着培养学生掌握计算机技能及利用计算机技术与专业知识结合的重任。计算思维能力的培养作为大学计算机公共教学的核心任务，如何在理论教学与实验中更好的培养学生的能力，仍然是一个需要我们教育工作者不断探索与实践的课题。

［1］何钦铭，陆汉权，冯博琴.计算机基础教学的核心任务是计算思维能力的培养——《九校联盟(C9)计算机基础教学发展战略联合声明》解读［J］.中国大学教学，2010(9):4－9.

［2］张晓如，张再跃.再谈计算机思维［J］.计算机教育，2010，12(23):35－42.

［3］袁开榜.二十世纪人们应该具有计算思维能力［J］.计算机教育，2011，13(2):30－33.

［4］陈国良，董荣胜.计算思维与大学计算机基础教育［J］.中国大学教学，2011(1):8－11.

［5］王继华，吴向东.计算思维在儿童数字文化创作课程中的地位及培养［J］.中小学信息技术教育，2012(1):18－20.

［6］陈一明.大学计算机［M］.北京:北京邮电大学出版社，2011.

［6］陈一明，吴良海.程序设计基础及实验教程［M］.上海:复旦大学出版社，2012.