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以计算思维能力培养为导向的《大学计算机基础》教学探索与实践

  摘要:计算思维是当今大学生应具备的基本素质,《大学计算机基础》是计算思维能力培养的一个关键课程。分析该课程的特点及教学中存在的问题,结合计算思维能力培养,在教学内容、教学方法和考核方式三个方面进行探索与实践。实践证明,这些方法和措施能够在一定程度上提高学生的计算思维能力,提升教学质量。
  关键词:大学计算机基础;计算思维;教学实践
  0.引言
  随着信息技术的不断发展和广泛应用,计算思维已不知不觉地融入社会生活的各个方面,计算思维能力亦成为现代社会不可或缺的基本技能。那么,在《大学计算机基础》课程教学中,培养学生的计算思维,引导学生用计算思维去思考问题和解决问题,这对提升计算机基础课教学效果、培养创新人才具有重要意义。
  1.计算思维与《大学计算机基础》教学
  计算思维(Computational Thinking)是运用计算机科学的基本概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为,包括了涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。计算思维是一种选择合适的方式去陈述一个问题,或对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法。理论思维、计算思维和实验思维统称为三大科学思维。
  目前,各高校的计算机基础课一般由信息技术基础、操作系统、办公软件、网络和数据库等几部分组成,课程内容多知识分散、学时有限、学生程度参差不齐。计算机基础教学中的主要问题是“狭义工具论”,认为计算机基础课就是教学生如何使用好计算机这个工具,而不是培养学生使用计算机技术的思想与方法去解决实际问题。就我校而言,在部分教师和学生中的确在某种程度上存在“狭义工具论”的倾向。
  在计算机基础教学过程中,不能仅仅简单地介绍“计算思维”的概念,而是将计算思维的培养融入到整个教学过程中。结合各个专业的应用需求,对现有的教学内容进行梳理和提升,将计算思维能力培养贯穿在课程教学过程中;通过改进教学方法,满足不同的学习需求,突破教学的时空限制,更好地帮助学生运用所学的知识来分析和解决问题:通过完善考核方式,从多方位考察学生,从而更有利于计算思维培养目标的实现。
  2.基于计算思维能力培养的《大学计算机基础》教学改革
  本文通过合理组织教学内容、改进教学方法和完善的考核方式,以促进学生有意识地运用计算思维解决问题,进而培养其创新能力。
  2.1合理组织教学内容,突出计算思维培养
  在《大学计算机基础》课程中,几乎每一个概念对应一种计算思维方法。结合计算机思维培养,针对每个概念知识重新梳理教学内容,理论教学内容组织如下:
  ①信息技术基础。计算机的发展历史是人类对计算本质认识的不断深入和持续发展的过程,计算机科学与与其他学科相互促进、结合,形成了庞大的高新技术产业。在介绍计算机的发展史的过程中。通过设置具体问题培养学生的计算思维意识。
  ②计算机硬件基础。着重介绍冯,诺依曼体系结构。通过周易八卦引入二进制,接着介绍数值、字符、图像、声音和视频的编码。利用知识的归纳和演绎,让学生理解为什么冯,诺依曼体系结构具有强大的生命力,为什么计算机中采用二进制,主动引导学生培养计算思维能力,帮助学生建立连贯的知识体系。
  ③操作系统。学生已经具备使用操作系统的基本技能,着重介绍操作系统在理论层面如何管理设备、如何处理计算资源的共享和竞争,培养学生的分类、排序、查找意识。操作系统五大功能中的文件管理是学生直接使用的功能,通过建立文件夹实现文件分类:对文件进行排序,可以快速地查找文件。不但操作系统,其他的软件也具有查找功能,网络中的搜索引擎也是查找,培养学生的查找意识也相当重要。
  ④办公自动化。弱化Office软件操作技能讲解,加强学生自动处理意识培养。办公自动化软件具有的原则、思想也是计算思维的体现。自动处理是电子文档的特点之一,在Word中着重介绍项目符号和编号、页眉页脚、脚注尾注、页码页面边框;在Excel中着重介绍数据的自动填充、公式与函数、条件格式、筛选、分类汇总等;在PowerPoint中着重介绍模板、设计、幻灯片切换等。
  ⑤计算机网络基础。在介绍计算机网络基础知识的同时,引入目前网络新概念新技术,如物联网、云计算等。着重介绍网络协议和计算机网络体系结构,培养学生使用网络技术解决专业问题的主动性和自觉性。
  ⑥数据库基础。介绍数据管理技术、数据库管理系统、数据库模型以Access为例说明如何创建数据库、表和查询以及结构化查询语言SOL。
  此外,在组织教学内容时还要考虑教学内容与不同专业之问的关联,关注计算思维在其他各个专业领域中的应用。
  2.2改进教学方法,满足不同学习需求
  以计算思维能力培养为导向的计算机基础教学改革,采用“问题驱动”式案例教学与以“知识点”为聚类的网络教学相结合的教学方法,在培养学生计算思维的同时兼顾计算机应用技能。
  “问题驱动”式案例教学方法能够激发学生的学习兴趣,教学过程分为提出案例、分析问题、解决问题和归纳思考四个环节。教师在授课前以计算机思维能力培养为导向、以知识点为主线、以由浅入深为原则设计教学案例;针对具体案例,从计算思维的角度提出相关问题;针对操作系统部分设计下载并安装QQ软件的案例,由于QQ是学生常用软件,下载并安装QQ软件并不复杂,但对于操作系统却是一个复杂的过程。结合该案例可以设计以下问题:OO软件是保存到哪里?如何访问QQ软件?QQ软件如何与其他进程共享CPU资源?在授课过程中将操作系统的主要知识点串联在一起,通过提出问题层层深入,最后解决问题并对解决问题的方法进行归纳。通过精心设计案例把实际问题转化成形式化的描述,通过提出和解决相关问题培养学生的计算思维。
  计算机基础课程知识分散、课时有限,网络教学平台突破了教学的时空限制,同时也能促进学生自主学习能力的提高。依托学校提供的网络教学平台建设计算机基础网络课堂,提供各种学习资源,包括课件、视频、思考问题和前沿问题等。针对各个教学内容中的知识点分别录制视频教程,视频教程的时间在15分钟左右。视频教程结束时可留下相关问题。例如。录制办公自动化软件主题课程,不再利用有限的课时进行讲授:操作系统中的进程管理知识点可以录制视频并设置“哲学家进餐”问题以训练学生的计算思维:网络教学平台是课堂授课的有效补充,借助网络教学平台师生可以及时地交流互动,同时也使用QQ、微信、微博等新技术来拓展和延伸课堂教学。
  2.3完善考核方式,多方位评价学生
  教学评价采用传统考核与定期考核相结合的方法,传统考核占60%,定期考核占40%。传统考核主要考察学生对计算机技能的掌握,定期考核考察学生使用计算思维解决问题的能力。
  传统考核采用基于局域网的无纸化测评系统,学生考试时只需要通过IE浏览器访问考试服务器,从服务器上下载考试需要的数据后即可开始考试,所有的考试过程管理均由考试客户端和服务器共同完成。无纸化考试促进学生在平时注重实际操作能力的学习,考核过程公开透明,学生能够认识到自己的优势与劣势。
  针对相关教学内容定期进行考核,主要考察学生对计算机技术核心思想和方法的掌握情况,提高学生使用计算机技术解决实际问题能力。学习相关知识之后,教师要求学生按照计算思维的模式解决一些实际问题,例如,何时不租用轮滑鞋子而是自已买一双?去超市结账排哪一队?完善的考核方式加强了实际动手能力的培养,也有助于考察学生的计算思维,在潜移默化中培养学生的计算思维能力。
  3.结语
  计算思维是目前《大学计算机基础》教学研究的热点课题之一,本文从教学内容、教学方法和考核方式三个方面计算机基础课程教学进行探讨和研究,将计算思维训练融入教学过程中。以挖掘学生潜能,提高学生运用计算思维思考和解决专业问题,实践表明学生的学习习惯、方式和动力产生了较大的变化,计算思维能力也得到了一定的提升,然而以计算思维为导向的计算机基础教学研究仍处于起步阶段,教师仍需不断总结教学经验并及时调整教学内容、教学方法和考试方式。才能更好地推进学生计算思维能力乃至创新能力的培养,进一步提高教学质量。

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