計算思維引導下計算機基礎教學實踐

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了計算思維引導下計算機基礎教學實踐范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

摘要:高校計算機基礎教學改革要以推進計算思維為切入點，培養善于思維并不斷創新思維的復合型人才。通過在計算機基礎教學中的具體實踐，提出將計算思維引入高校計算機基礎教學的“一三四三”模式，具體闡釋了一個課程體系、三個方面課程內容、四種教學方法和三個效果評價環節，并探討該模式的教學實踐策略。

關鍵詞:計算思維;計算機基礎教學;“一三四三”模式

計算思維作為一種思想能夠被人們用于管理日常生活，解決各領域問題，并與他人交流和互動，具備計算思維的人能夠通過比較、分類、類比等方法，將計算機科學中的設計思想和方法遷移到其他事物之中，以提高問題的解決效率和準確程度，同時，能夠善于對復雜事物進行分析，通過規范的方式將復雜問題轉化為若干簡單事物加以解決，并及時調整方式方法以適應事物的發展變化規律。在教學領域，計算思維也能夠作為一個解決問題的有效工具，對所有學科的教學實踐都具有指導意義。

一、計算思維引入高校計算機基礎教學實踐的必要性

(一)“大數據”發展的時代要求

“大數據”不是單指技術形態，而是針對日益增長的信息量和數據種類而衍生出來的一種現象。高校計算機基礎教學也同樣面臨“大數據”的時代沖擊，無論是教學內容，還是教學方式方法，都被充分地數字化和網絡化。對于高校計算機基礎教學的任何實踐活動，都伴隨相應數據的產生，對數據的分析研究實質上就是計算，這就是計算思維的用武之地。

(二)高校教師創新教學方法與模式的主觀訴求

計算思維為高校從事計算機基礎教學的教師提供了理解自然、社會以及計算機基礎課程的一個新視角，同時也為高校教師在計算機基礎教學實踐中不斷發現問題，解決問題，創新教學方法與模式提供了一種新途徑，強調了創造知識而非簡單使用信息，提高了高校教師在計算機基礎教學實踐中的創造和創新能力［1］。同時，能夠使學生在教師的指導下領悟計算思維的思維方式，并自覺運用到自己的學習和工作中，為科技的發展創新提供準備。

(三)高校計算機基礎教學改革的客觀要求

基于計算思維對高校計算機基礎教學內容和教學方法進行改革，在課程體系建設中注重培養非計算機專業學生的計算思維，使其掌握基于計算思維的問題求解方法，為未來利用計算手段進行學科創新研究奠定基礎。基于計算思維進行教學課程改革，重點要進行的是用計算機語言表述形式來進行現實問題的轉化，而不是單一地尋求解決問題的技巧［2］。

二、計算思維引入高校計算機基礎教學的“一三四三”模式

(一)計算思維引入高校計算機基礎教學的課程體系設計

課程體系設計是高校計算機基礎教學的基礎，也是計算機基礎教學改革的焦點。設計一個融入計算思維理念的高校計算機基礎教學課程體系，需要考慮將計算思維各特征點多視角、寬領域、立體化地融入到課程體系設計中。引入計算思維將會對高校計算機基礎教學現有的課程體系進行重新審視和定位，并進行新的剪裁和增刪。在課程體系的構建上，基于計算思維的計算機基礎教學課程體系設計從實例出發，緊緊圍繞各學科學生在計算機科學基礎理論方面的系列課程進行相關專業的設計、規劃、部署、實施、開發和高級管理［3］。一方面，要帶領學生熟悉和掌握分析問題的能力，引導學生學習、掌握并自覺運用抽象、約簡、轉化等方法，將現實世界的問題轉化成計算機世界的描述方式;另一方面，要借助計算機高級語言實現計算機世界與現實世界的自動化聯系，培養學生運用計算機科學思維進行分析問題、解決問題的能力。課程體系的設計過程具體包括四個方面:一是現實情景描述，即根據各學科專業的實際應用背景，對需要解決的問題進行簡單闡述，激發學生發現并描述問題的潛能［4］。二是概括問題，也就是將實際問題經過分析和抽象，提煉出要素并轉化成信息世界的描述方式，培養學生抽象、約簡和歸納的計算思維能力。三是處理過程，即運用基礎知識對上一階段中抽象到的問題進行求解，細化處理步驟，確定問題的處理模式。四是確定課程體系的過程，對上述每個階段中細化得到的處理過程運用計算思維的方法結構表示出來，設計一個包括主干課程和分級課程的樹形課程體系結構。

(二)計算思維引入高校計算機基礎教學的課程內容確定

課程內容是高校計算機基礎教學的核心。基于計算思維確定高校計算機基礎教學的課程內容，以計算思維的引導、培養和鍛煉為目標，從適應各專業的實際需要出發，總體上確定三個方面內容:計算思維意識培養課程、計算機基礎理論課程、計算機實踐課程。

1．計算思維意識培養課程主要是針對思維方式和主觀意識的培養訓練，利用計算機計算速度高、存儲量大和智能化強等優點，引導學生運用計算思維解決現實中難以解決的問題。利用計算機解決現實問題，需要進行思維轉換，將自然語言與計算機語言在思維與認知方面進行等量轉換，在現實中自覺運用這種轉換思維的能力就是計算思維意識課程培養的目標［5］。培養學生運用計算機編程的思維和理論來描述并界定人類的自然語言，同時利用計算機的優勢為人類解決問題就是計算思維意識培養課程的課程內容。

2．計算機基礎理論課程以講解計算機基礎知識為主，課程內容涉及計算機軟硬件的基本概念、組成與工作原理、操作系統、數據庫、多媒體、網絡、信息技術及安全等方面的基礎性內容。對于非計算機專業學生進行計算機基礎理論課程教育，應是面向各個領域的應用，而不只是面向計算機學科。在計算思維引入高校計算機基礎教學，培養應用型人才的過程中，計算機基礎理論知識的掌握是基礎。

3．計算機實踐課程是指在教師的指導下，以提高學生計算機操作能力和實際動手能力為目標，由學生自主進行的綜合性學習活動，培養并體現學生對知識綜合應用的能力。在實踐課程教學內容中，融合多種計算機科學思維方法，培養學生運用計算思維的方式設計實驗過程和步驟。設計基于關注點分離的層次化實驗課程教學體系，有助于培養不同層次、不同專業學生的計算思維能力和實踐創新能力。

(三)計算思維引入高校計算機基礎教學的教學方法

1．雙向互動法。在有限的課堂教學時間內，從計算機基礎知識技能的講解轉向計算思維能力的培養。教師的角色發生轉變，成為學生主動建構知識的促進者和引導者。教師可靈活采用任務驅動、自主學習、案例教學、構建主義教學等教學方法，引導并激發學生對問題進行多樣性及重構性的思維活動，在問題的抽象、求解思路及方法的探討中導出計算機在不同學科的應用思想及方法，以增強學生的計算思維意識和計算思維能力。

2．實驗教學法。融合多種計算機科學思維方法構建實驗教學的內容，實驗方法和實驗步驟具有開放性，教師負責給出參考步驟和引導方法，激發學生自主學習、創新能力和計算思維的培養。

3．反饋遞進法。教師指導學生采用遞歸的思想，把復雜的問題變為與原問題相似的簡單問題，減少重復計算，學生利用并行處理和逆向思維，對問題進行描述，反饋給教師，師生雙向溝通，進一步設計并確定求解問題的方案。

4．二維教學法。既注重計算機基礎教學廣度，又注重其深度。廣度教學是指從自然、社會中的廣義計算拓展到計算機科學中的計算，將日常生活中的概念映射到計算機科學中的概念和理論，使學生易于理解、掌握并進行概念抽象。深度教學是指基于學生深度理解與思維相關的理論與概念，進一步探討思維本質和應用，進而強化思維的作用和價值。將廣度教學與深度教學有效結合，從廣度教學延展到深度教學，形成二維教學法。

(四)計算思維引入高校計算機基礎教學的效果評價

計算思維引入高校計算機基礎教學的效果評價包括三個環節，即評價、反饋和優化。

1．評價是對高校計算機基礎教學目標實現程度的量化考核，科學的評價體系能夠較好地反映教學效果。在以培養學生計算思維能力為核心目標的高校計算機基礎教學評價體系中，加強對學生探索發現并構建知識的自主學習能力和問題求解及系統設計中計算思維能力程度的考核，加大實踐成績權重，重點檢測學生在分析解決問題上的思維能力。

2．反饋是通過教學評價，使教師和學生了解教學過程的結果，及時提供反饋信息。反饋信息在計算思維引導的計算機基礎教學中具有重要的調節作用。只有通過反饋信息調節教學行為，及時調控課程計劃，才能達到計算機基礎教學目標。

3．優化是在評價與反饋的基礎上，通過改革創新教學計劃和教學行為而達到教學的最佳狀態。遵循教學規律，合理確定優化教學的標準，開展計算思維引入計算機基礎教學實踐的教學實驗和教學改革，尋求合理的教學結構，爭取最好的教學效果。

三、“一三四三”模式的實施策略

(一)注重提升教師認識與素質

計算思維對計算機專業出身的計算機基礎教師來說并不陌生，在工作、教學和生活中都在潛移默化地應用，只不過沒有上升到理論的高度或者作為一個系統的理念提出來，并傳授給學生［6］。課程體系的建設、內容的講解、案例的設計的實施最終都將由教師來完成，教師在本輪改革中將起到主導作用。通過培訓、自身學習、同行之間的討論交流，在認識、方法上全面提升教師自身的素質和認識，達成共識，形成合力，通過集思廣益和研討制定適合本校學生特點的教學體系。

(二)及時更新教學內容

要實現在有限的學時內既使學生的應用的能力得到有效提升，又要在學生的能力結構中融入計算思維的要素，幫助學生更有效地建立計算機問題求解意識，就需要在教學內容上更新。在教學內容上，提升學生的操作能力、提升信息素養，進而形成問題求解能力。通過上機的實踐教學，在講練結合的情況下，提升學生的操作能力。在內容的選擇上，從學生的實際應用出發，既要有通識知識，又要符合專業技術人才專業技能的培養要求。另外，對于不同層次、不同專業類別的學生在內容的設置和案例的設計方面要有針對性，確保學生是在原有基礎上的一個遞進式的知識的提高和思維習慣的不斷養成。

(三)有效融合教學過程思維培養與應用能力培養

很多高校過去注重的是能力的培養，在教學過程中以此為目標，但新的教學改革是在這個目標上更進一步的提升，最終實現思維培養與應用能力培養要融合。“計算思維”應體現出既能感知又能實現的、具有可操作性的思維方式，科學融合當前計算機應用基礎類的課程內容，在教學實踐中滲透“計算思維”的本質特征，并在課程內容編排和體系結構設計方面體現具有“計算思維”特征的創新性。課程內容體系貫穿理解計算機的知識、應用、方法等三個層面。在教學實踐中，學生越來越依賴網絡查找資料、購買東西等，但是學生只是會簡單地通過搜索引擎輸入關鍵詞，而一些高級的搜索技巧幾乎都不會。在學生的信息查詢的教學中，要將知識(計算機信息檢索的技術)、應用(信息檢索的技巧和高級檢索方式)、方法(培養計算思維)進行融合，不僅是具體應用，還要舉一反三，歸納分析，總結規律，上升為思維。

參考文獻:

［1］耿國華．以計算思維為指導，提升大學文科計算機教學質量［J］．中國大學教學，2013(10):12－15．

［2］譚浩強．面向計算機應用與科學思維能力培養———關于計算機基礎教育深化改革的思考［J］．計算機教育，2014(4):4－8．

［3］羅芳，楊長興．計算思維與大學計算機基礎教學改革的思考［J］．計算機教育，2014(9):83－85，89．

［4］葛欣，席景科，等．基于計算思維的程序設計課程教學體系的探討［J］．信息系統工程，2015(1):159－160．

［5］王文軍，等．基于計算思維的數據庫課程體系教學模式研究［J］．臨沂大學學報，2012(12):66－69．

［6］張蕾．面向計算思維的WPBL教學模式研究［J］．電化教育研究，2014(3):100－105．

作者：鄭麗坤 關紹云 郭丹 單位：哈爾濱商業大學計算機與信息工程學院