基于计算思维的大学计算机基础课程教学改革.docx

基于计算思维的大学计算机基础课程教学改革於建华，凌云（苏州大学计算机科学与技术学院，江苏苏州215131）摘要：如何在课堂教学中培养学生的创新能力和计算思维能力，已成为大学计算机基础课程教学改革的任务之一。文章介绍大学计算机基础课程的现状以及计算思维和大学计算机基础的关系，从实验教学和理论教学两个角度阐述如何在大学计算机基础教学过程中提高学生的计算思维能力。关键词：计算思维；计算机基础；实验教学；理论教学；0引言2006年，美国卡耐基·梅隆大学计算机系的周以真教授提出应将计算思维作为一种基本技能，认为计算思维模式能应用于所有领域和所有职业。2010年，中国科学技术大学的陈国良院士将计算思维引入计算机基础教学后，计算思维在国内教育界得到了广泛重视。1计算思维什么是计算思维？周以真教授给计算思维的定义是：运用计算机科学的基础概念进行求解问题、设计系统和理解人类行为的一系列思维活动。她认为计算思维具有6个特征[1]：概念化，不是程序化；根本的，不是刻板的技能；是人的，不是计算机的思维方式；数学和工程思维的互补与融合；是思想，不是人造物；面向所有的人，所有地方。这一定义为计算机教育教学理念、定位和要求赋予了更为先进、科学的内涵。针对非计算机专业的学生，龚沛曾教授等将计算思维培养细分为计算思维意识、方法和能力3个维度[2]。2计算思维与计算机基础2.1大学计算机基础课程现状大学计算机基础教育作为大学的第一门计算机课程，如果不能向学生展现计算机的魅力，不能让学生理解计算原理的相互关系，不能让学生掌握有效求解的思维方式，那么当面对枯燥的操作和复杂的理论时，大部分学生会知难而退。目前大学计算机基础课程存在以下几个问题。1）工具论[3]。目前很多老师在教学过程中习惯通过下达各种操作口令来营造操作型课堂；学生则按照老师的讲解机械地操作菜单，缺乏自主思考和独立解决问题的能力。这种情况导致很多学生认为学习计算机只是学习一种或几种计算机工具，特别是各种办公软件的使用方法。工具论对计算机基础教育非常有害，导致学生只注重计算机软硬件的使用，忽视对计算机素质教育以及计算思维能力的培养，而当学生处理自己专业领域中的问题时很难运用计算机求解的方法。2）无法触类旁通。随着计算机的高速发展，工具软件层出不穷，软件功能不断提升，学生需要知其所以然，否则很难在解决问题时举一反三。以文字处理软件为例，教师授课时一般以Word软件为例，部分同学转到WPS时就不知道如何编辑文档了，其实它们的本质是一样的，如字体的设置、文本查找替换、页眉和页脚设置、格式设置以及表格等基本功能并没有太大的区别，只是菜单的位置有所不同。3）入学水平参差不齐。2013年9月，我们对2个专业共350名新生进行了入学上机摸底测试，内容主要包含计算机基本操作（20分）、Word（20分）、Excel（20分）、PPT（20分）、Frontpage（20分）、Access（20分）,总分120分，分数统计如图1所示。从生源角度分析，由于教学资源的影响，农村学生平均分小于城镇学生；从操作项分析，学生对Word、PPT、计算机基础操作比较熟练，但在数据库、网页制作和Excel等内容上得分偏低。2.2计算机基础与计算思维的关系计算机基础教学是培养大学生计算思维能力的重要载体[4]。计算机基础教学要注重培养学生的计算思维能力[5],使学生能够将计算思维融入到各自专业和领域中去。计算机基础是所有新生的必修课程，已经成为大学通识教育的基础课之一，课程浓缩了计算机原理、数据结构与算法、操作系统、计算机网络与信息安全、数据库原理、多媒体技术等多个方向。虽然这些课程显得零乱、无系统性，但这些课程包含大量的计算思维案例，如计算机的产生和发展是计算思维不断拓展的过程；计算机中数据的表示是计算思维的表示；计算机的组成和工作原理是抽象和分解的运用；数据结构是研究数据表示方法及其关系的一种抽象；数据库的设计是抽象与具体的过程；枚举、递归、回溯等算法都是计算思维的典型案例；办公软件的使用是一种基本的计算思维；余额宝等应用是典型的有别于传统思维的计算思维活动。3教学中的计算思维培养3.1理论教学中的计算思维培养根据培养目标，我们主要在以下几个方面进行教学改革。1）教学内容。改变传统的大信息量教材，引入新的教学内容，培养学生的创新能力和计算思维能力。我们在计算机基础内容中引入了如计算思维基础知识、计算模型、计算机硬件基础、计算机软件基础、算法思想、程序设计语言、计算机职业道德教育等知识。计算思维基础知识介绍计算思维的不同定义、特征和本质以及计算思维在不同学科中的应用；计算模型介绍计算科学的数学基础，如图论、集合论等；算法基础介绍算法的起源、定义、特征和描述方法、常用的算法设计思想以及每种算法的性能评价；计算机硬件基础介绍数制及其转换、数据的