大学计算机基础课程进行计算思维能力培养
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作者: 郑菁 王全民 吴丽影
摘要：随着计算机应用领域不断扩大，人们对利用计算机去解决问题的能力要求越来越高。文章以北京工业大学计算机基础课程改革为例，分析以往教学过程中存在的问题，并提出应在课堂教学中对学生进行计算思维能力的培养。计算思维的两个核心要素是计算环境和问题求解，课堂上要围绕这两个核心要素展开教学活动，理论与实践相结合，使学生初步学会利用计算思维的思想去解决实际问题。
关键词：计算思维；问题解决；教学改革； 理论与实践；内容和方法
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）21-4901-02
1 概述
人才培养是高等学校的根本任务，教学质量更是高等教育的生命线[1]。“大学计算机基础课”作为我校非计算机专业本科生的主导计算机基础课程，建立他们对计算机的整体理解和基本运用起着重要作用。然而在近几年的教学过程中，我们发现在教学内容和方法上存在许多问题，比如只注重基本操作等，已不能满足新形势下人才培养的需要。 本文将探讨在新形势下，把“计算思维”的理念融入到教学中，将学生培养成为具有综合应用能力、独立自主能力和创新能力的人才。
2 目前教学中遇到的问题
在近几年的教学过程中，我们发现在教学内容和方法上存在许多问题，已不能满足人才培养的需要，主要表现为以下几个方面：
2.1 教学目标过低、学生学习目的不明确
最初，我们开设这门课程是为了让非计算机专业学生掌握使用一种操作系统，学会使用一种字处理、电子表格和电子演示工具。
而实际我们在教学中发现，有些学生在学习过程中对这门课程存在“计算机会用即可”，“计算机基础课程就是讲解软件工具使用”，或“计算机就是程序设计”等片面观点[2]。学生学习计算机基础课程仅仅满足于掌握计算机的基本操作、基本软件的使用。他们对计算机科学的基本思想、以及如何将计算机科学应用到本专业中并不了解，而这些对于非计算机专业的学生是非常重要的。
2.2 教学内容太浅
经过几轮的教学，我们发现许多大学新生在中学时代已经掌握一些计算机的基本操作技能，如文字处理和排版、制作简单的多媒体课件及上网搜索信息等，而我们现在的教学内容，如Word文字处理、Excel电子表格处理及PowerPoint多媒体演示文稿制作等对他们来说已不再陌生，这样导致学生学习缺乏热情和积极性。
2.3 课堂人数过多
以往的教学中我们采用大班授课，也就是说一个课堂有2～3个班的学生，大约有60～90人一起上课。由于学生人数较多，每人都有各自的学习领悟能力和兴趣，如果按照大班的开课进度并非个个都能接受。有些学生觉得太慢，感到课堂气氛乏味沉闷；有些学生感觉太快，不能跟上教学进度。此外，由于教室环境大，学生座位越前效果越好。有些同学由于种种原因不能坐到前几排座位而无法听清老师讲课，影响学习质量。教师面对这么多的学生难以照顾周到，从而影响教学质量。
由于存在上述问题，我们要进行教学改革，将“计算思维”的理念融入到教学中，理论与实践相结合，提高学生学习的积极性。
3 什么是计算思维
计算思维的概念最早是在1996年由美国麻省理工学院（MIT）Seymour Papert教授提出的[3]。后来，美国卡内基·梅隆大学（CMU）的周以真（Jeannette M. Wing）教授在《Communications of the ACM》杂志上对计算思维给出定义[4]。周以真教授认为：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、以及人类行为理解等涵盖计算机科学领域的一系列思维活动[5]。
这一概念的提出给我们带来新的理念。就是说，学习计算机知识不仅仅是专业人士的事情，各行各业的人才都要学习它并且掌握其核心思想——计算思维。如今计算机技术的应用领域非常广泛，多学科之间的交叉越来越深入，那么培养能够将计算机技术应用到某一领域，利用计算思维的思想去解决该领域的具体问题的计算机应用型人才就显得非常重要。
我们为大学新生开设的大学计算机基础课，其目的之一就是进行计算思维能力培养，使他们初步掌握计算思维的基础知识和常用问题求解方法[6]。
4 计算机基础课程教学改革的具体措施
我们要培养学生能够利用计算机解决实际问题的能力，那么如何将计算思维的思想融入到课程教学中呢？让学生体会到这门课不仅仅是学习基础操作的课程，其改革具体措施如下：
4.1 教学内容和方法的转变
计算思维的两个核心要素是计算环境和问题求解[7]。我们围绕这两个核心要素展开教学活动。课堂上要讲授计算环境的基本知识，比如：概述部分，介绍计算机的发展历程及各个领域的应用，让学生了解计算机能做什么及未来的发展趋势；计算机基本原理和系统结构部分，让学生了解计算机是怎样工作的，由哪几部分组成，以及数在计算机内的存储与表示方法，这些都是计算机的基本思维；操作系统基础部分，重点让学生理解操作系统管理资源的基本思维；数据库基础部分着重讲解数据库中对数据管理的思维；网络基础部分重点讲解网络连接的约定与传递问题，建立网络互连的基本思维等等。
在教学方法上，不是简单的罗列概念，而是通过生动地实例启发学生思考问题、分析问题，不同的方法进行比较，最后得出结论。让学生对计算系统及环境有所了解，潜移默化地进行计算思维能力培养。
培养计算思维能力，更重要的是要教会学生如何在特定计算环境进行问题求解。与其它学科相比，计算机学科具有独特的解决问题的方法。根据不同专业学生的特点，我们的授课重点有所不同。比如，为经济管理系学生讲授数据库基础，举一个网上购物的例子，通过案例引导他们思考问题、解决问题，从中理解数据库设计基本思想，掌握数据库如何对数据进行组织和有效管理的；对于应用数学系学生，需要多讲一些算法与程序设计的思想，初步体会计算机问题求解的基本方式，培养他们在特定环境下解决问题的能力。 与本课程相关的操作内容纳入自学范畴，以增强学生的自学能力和实际应用能力。每周安排一次指导答疑时间，使学生在自学过程中遇到问题得以解决。此外，教师还可适当讲一些目前国内外前沿的计算机技术和发展趋势，引导学生对未来的探索。
4.2 采取小班制授课
由于课堂授课人数过多带来诸多弊端，所以我们改为每个课堂30人左右的小班授课。其好处是：学生能与教师多交流沟通，教师能够及时发现处理学生们的问题。由于人数少，教师还可根据学生的实际水平进行授课，激发学生的学习热情。此外，小班授课还可锻炼学生的人际交往技能，调动学生的主动性，培养参与意识，可大大地提高课堂效率。
4.3 充分利用网络教学平台提高教学质量
课堂上，我们利用网络教学交互系统随时给学生发布课堂小测验，学生应在规定的时间内答题，把答案上传到教师机，这样教师可及时了解学生当时掌握知识的总体水平，最后的期末总成绩中平时小测验成绩占有一定比重，这样可敦促学生集中精力听讲，提高课堂学习效率。利用这套系统教师还可将教学课件、教案发布到该平台上，供学生课下参考学习。
操作内容的考核是通过计算机机考来完成。学生利用在线考试系统，在规定的时间内完成所有的答题，最后由系统自动给出分数。这样平时学生就不得不自觉地通过多次上机练习的方式来获得最终计算机考试的高分。
此外，每年我们组织优秀学生参加全国信息技术应用水平大赛。通过比赛，培养学生的创新创业能力，提高学生解决问题和自主学习能力。
5 总结
本文探讨了大学计算机基础课程的教学模式应从掌握基础操作为主转变为培养具有初步计算思维能力，理论与实践应用相结合。让学生能够利用计算思维的思想去解决实际工作中遇到的问题[8]。 我们应当致力于使计算思维成为常识，将计算机基础教育的改革推向新的阶段。
参考文献：
[1] 校办.北京工业大学关于进一步提高人才培养质量的若干意见[EB/OL]. 工大发（2012）33号.https：//my.bjut.edu.cn/detach.portal？.pen=bulletinBrowser&.pmn=view&action=bulletinBrowser&bulletinId=e7b1f502-7a2a-11e1-ad43-618e1e3ee371.
[2] 何钦铭，陆汉权，冯傅琴.《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）：5-9.
[3] Seymour Papert. An Exploration in the Space of Mathematics Educations[J]. International Journal of Computers for Mathematical learning，1996，Vol 1，No 1：95-123.
[4] Jeannette M.Wing. Computational Thinking[J]. Communications of the ACM， 2006， 9（3）：33-35
[5] 计算思维[EB/OL]. http：//baike.baidu.com/view/3053744.htm.
[6] 九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明[J].中国大学教学，2010（9）.
[7] 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）：7-11.
[8] 冯傅琴，张龙.迈向计算机基础教学的新高度[J].中国大学教学，2009（4）：8-11.
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