2024年計算思維在大學計算機基礎教學中的應用

第頁2024年計算思維在大學計算機基礎教學中的應用文章首先介紹了大學計算機基礎課程的重要性，分析了當今計算機基礎教學中存在的大眾化問題以及由此而帶來的危害。然后從科學、科學思維、計算思維的概念入手，闡述了計算思維對培養(yǎng)大學生應用能力和創(chuàng)新能力的重要性。最后根據(jù)計算思維的特點探討了大學計算機基礎課程實施方案，給出了一種以“計算思維”為核心的大學計算機基礎課程教學模式，以提高大學計算機基礎教育的教學效果，提高大學生的計算思維能力，使大學計算機基礎真正成為應用與創(chuàng)新緊密結合的一門學科。

教學模式；計算思維；潛能；創(chuàng)新

G642.4A2095-3089（2024）33-0-02

計算機技術飛速發(fā)展，通信系統(tǒng)日趨完善，互聯(lián)網(wǎng)的普及，計算機的廣泛應用已滲透到人們日常生活中的各個角落，對整個社會的進步與發(fā)展產生了重大而深遠的影響，對高校計算機基礎教育也提出了新的挑戰(zhàn)和要求。同時，社會對復合型人才的需求也迫使大學計算機基礎教育進入了一個新的改革時代。2024年6月美國總統(tǒng)信息技術咨詢委員會（PITAC）給美國總統(tǒng)提交了一份報告：《計算科學：確保美國競爭力》（ComputationalScience：EnsuringAmerica’sCompetitiveness）。該報告中對計算科學的重要性作了明確闡述：雖然計算本身也是一門學科，但是其具有促進其他學科發(fā)展的作用[1]?？茖W上的很多研究都可能通過先進的計算機技術得以解決，因此，大學計算機基礎課程作為基礎中的基礎則顯得尤為重要。

1目前大學計算機基礎課程教學中存在的問題

大學計算機基礎課程是絕大多數(shù)高等院校計算機基礎教學的入門課程，大學計算機基礎教學是普通高校通識教育的重要組成部分，計算機的應用能力是大學生必備的技能是素質之一。因此，大學計算機基礎教育在提高學生綜合素質、創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面發(fā)揮著重要的作用。但是，現(xiàn)在很多高校普遍認為計算機基礎教學就是教會學生如何使用計算機，長此以往，學生便會認為計算機僅僅就是一個使用工具，從而淡化了對計算機學科的認識，這是非常不利于學生發(fā)展，不利于社會發(fā)展的一種有害認知。

現(xiàn)在市面上的《計算機基礎》教程內容涵蓋面非常廣，可以說是一個多方位知識的濃縮，而且教程中大多是對一些常用術語或某些特點的概述，前沿知識涉足幾乎為零，學生常會感到乏味，對計算機基礎課程失去興趣，于是上課不來，注意力不集中，上機玩手機，拷貝作業(yè)等現(xiàn)象便會接踵而來。

同時，在普通高校，《大學計算機基礎》這門課程通常要求在32學時或48學時內完成所有知識點的講授。試想：課時少，知識點如此之多，學生如何消化得了？學生的計算機實踐操作技能如何得以提高？如何處理學生入校時計算機操作水平參差不齊的現(xiàn)狀？如何對計算機基礎教學進行改革以適應形勢發(fā)展的需要？這些都將是計算機基礎教學中面臨的重要挑戰(zhàn)，大學計算機基礎教學中的改革勢在必行，作為授課教師應考慮采取哪些行之有效的手段，以確保在短期內讓學生主動、積極、有效地上好這門課。

近年來，教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會（文中簡稱“教指委”）對計算思維的運用非常重視，并作了大量工作。2024年5月的合肥會議上，探討了計算思維融入計算機基礎課程的問題，2024年7月召開了西安會議，2024年9月召開了太原會議，均把計算思維列為會議的主要議題，討論如何在新形勢下提高計算機基礎教學的質量。特別是《九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎教學發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》，確定了以計算思維為核心的計算機基礎課程的教學改革[2-4]。聲明的核心要點是：必須正確認識大學計算機基礎教學的重要地位，需要把培養(yǎng)學生的“計算思維”能力作為計算機基礎教學的核心任務，并由此建設更加完備的計算機基礎課程體系和教學內容，進而為全國高校的計算機基礎教學改革樹立標桿。

經(jīng)過長期以來的親身教學實踐和探索研究發(fā)現(xiàn)，把計算思維融入到大學計算機基礎的教學中來不失為一良策。

2科學、科學思維、計算思維

科學是反映現(xiàn)實世界各種現(xiàn)象的本質和規(guī)律的知識體系。

科學思維一般是指理性認識及其過程，即先獲取大量材料，通過整理材料形成理念，從而反映事物的本質和規(guī)律?？茖W思維主要分為理論思維、實驗思維和計算思維。

計算思維最早存在于中國的古代數(shù)學中，它推動著人類文明的進步、科技的不斷發(fā)展。2024年，周以真教授使之更加清晰化和系統(tǒng)化了。

2024年3月，美國卡內基.梅隆大學計算機科學系主任周以真（JeannetteM.Wing）教授在美國計算機權威期刊《CommunicationsoftheACM》雜志上定義了計算思維（ComputationalThinking）。周教授指出[5]：計算思維是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統(tǒng)和理解人類行為；計算思維的本質是抽象（Abstraction）和自動化（Automation）。如同所有人都具備是非判斷、文字讀寫和進行算術運算一樣，計算思維也是一種本質的、所有人都必須具備的思維能力。

2024年10月陳國良院士在“第六屆大學計算機課程報告論壇”倡議：將計算思維引入大學計算機基礎教學[6]。從此，計算思維得到了國內計算機基礎教育界的廣泛重視。

計算思維是一種思想，一種理念，是人類求解問題的一條途徑，一種方式，計算思維是每個社會人的基本技能，是每一個人為了在現(xiàn)代社會中發(fā)揮職能、實現(xiàn)自身價值所必須掌握的，其根本目的是提升人類使用計算機解決各專業(yè)領域中問題的能力。

計算思維無處不在，關鍵是要做到將無意識的計算思維轉變?yōu)橛幸庾R的計算思維，要主動地用計算思維去思考問題，讓它有效地融入到我們的教學中來，成為一個解決問題的有效工具，去控制計算設備，去解決計算機時代之前所不敢解決的問題。

3計算思維與大學計算機基礎教學

2024年，教指委在計算機科學與技術專業(yè)指導性教學計劃中曾特別強調：大學畢業(yè)生應具有研究和開發(fā)計算機系統(tǒng)的基本能力，掌握分析、設計計算機系統(tǒng)的基本方法。計算思維在計算機科學教學中的重要性在這里體現(xiàn)得一覽無遺。故而，突出計算思維特征，加強計算思維能力培養(yǎng)，提高計算機基礎教學水平，培養(yǎng)具有創(chuàng)新復合型人才便成了計算思維改革的目的之一。

如何將計算思維融入到大學計算機基礎的課堂教學中，以提高學生運用計算機知識分析問題的能力，是一個巨大的挑戰(zhàn)。華中科技大學文華學院信息學部楊有安老師積極牽頭，教改課題《以計算思維能力培養(yǎng)為核心的計算機基礎教學課程改革》于2024年11月正式立項，計算機應用教研室全體教師圍繞著計算思維的特點，積極探討如何將其應用于大學計算機基礎教學當中，并對學生的計算思維能力培養(yǎng)進行了以下一系列的嘗試。

意識教育：把無意識的計算思維教學提升為有意識的、系統(tǒng)性的計算思維教學。開展計算思維教學，并不是顛覆原有的課程內容，而是在原有課程內容的基礎上進行提高和優(yōu)化。在培養(yǎng)學生計算思維過程中，要想方設法把計算思維滲透到每個教學環(huán)節(jié)中。比如：當給學生介紹計算機的發(fā)展史時，如果教師直接講述計算機的發(fā)展始末，學生無疑會感到枯燥乏味，但如果教師以故事形式，以思維引導為主流，圍繞計算機發(fā)展的特點為中心去授課，并想方設法提出相關問題激勵學生積極參與，想必學生聽課的效果會大相徑庭。

任務驅動：任務驅動是一種建立在構建主義教學理論基礎上的教學法，適用于培養(yǎng)學生自學和相對獨立分析問題、解決問題的能力[7]。在任務式教學中，用于驅動學生學習的“任務”的設計至關重要，“任務”設計的理念和效果將直接影響教學效果。教師作為任務的設計者，要明確教學內容所涉及計算思維的內容，要結合學生的特點，要把握好任務的難易程度及實施可行性，著力引導學生在系統(tǒng)要求的框架上如何用計算思維解決問題。在整個教學過程中，教師務必要從根本上提高學生的學習興趣和自主性、積極性，以培養(yǎng)學生計算思維能力為核心。

案例教學：計算思維是利用啟發(fā)式推理尋求解答的，在大學計算機基礎課堂教學中，把章節(jié)中的知識要點作為計算思維的問題提出來，與學生一起討論解決的方法?？茖W的案例教學法不但可以解決計算機基礎課理論課時少、知識點多而散、實效差、與實踐環(huán)節(jié)脫節(jié)等問題，而且還能充分激發(fā)學生的學習興趣，調動學生學習的積極性，進而提高他們的計算機應用能力。更重要的是案例教學法以問題驅動為向導，將傳統(tǒng)教學中以教師、教材為主，變成了以學生為教學活動的主體，形成了一種學生自主學習，合作學習，研究性學習和發(fā)現(xiàn)性學習的氛圍。

強化實踐：通過強化實踐使計算思維能力從計算機應用能力中突顯出來。在大學計算機基礎課的每次上機實驗之前給學生布置定量的任務，要求其在規(guī)定時間內務必提交。教師下達上機任務時，可將任務的實踐目的及可能會涉及到的操作技能告知學生，同時也可適當?shù)匕讶蝿漳繕藬U散，讓能力較強的學生有選擇的空間，為提高學生的思維能力提供導向。比如：當學習了office辦公軟件的使用后，讓學生制作一張精美的海報或一個內容豐富、動感十足的演示文稿，主題和內容不限。在制作過程中，鼓勵學生嘗試各種排版技巧，在多次的嘗試、設計、摸索與實踐中，面對自己不斷完善、逐漸成型的作品，學生的興致會很高，學習氣氛會很濃，最終他們也無疑會收獲成功的喜悅。

創(chuàng)新競賽：各類應用課程的教學目標是創(chuàng)作一個系統(tǒng)或一個作品，這也是計算思維的終極目標。利用一些創(chuàng)新競賽，激勵學生帶著問題自主思維。從2024年開始，在學院領導的大力支持下，計算機應用教研室連續(xù)主辦了三屆信息搜索分析技術（InformationSearchAnalysisSkill，ISAS）大賽，旨在培養(yǎng)學生的計算思維，提高學生的創(chuàng)新能力、分析技能、技術功底、表達能力和團隊合作精神。大賽前期實施中，指導老師可提供一些課題供學生選擇，學生也可根據(jù)個人的興趣自擬題目，學生利用課余時間自行羅列課題大綱，收集相關資料，進行歸納匯總，最后選擇一種合適的方式陳述該課題，或對該課題的相關子方面建模使其易于處理。實踐證明，該活動很大程度上提高了學生自主學習的思維能力。

激發(fā)思維潛能：傳統(tǒng)的計算機基礎教學較注重知識的灌輸，學生習慣性地處于一種被動的學習狀態(tài)，墨守陳規(guī)，普遍缺乏自我思維意識，更別談創(chuàng)意、創(chuàng)新。隨著課改呼聲的高漲，激發(fā)學生的思維潛能，鼓勵學生的自我創(chuàng)新勢在必行。為了有效地引導和幫助學生發(fā)現(xiàn)、開發(fā)和最大限度地挖掘自身的優(yōu)勢潛能，在大學計算機基礎教學中，作者曾連續(xù)對幾屆大一新生進行過幾次調研，八層以上的學生均表示對計算機的應用有濃厚的興趣，并也有信心堅持自主學習，以求能掌握一門計算機技術。興趣是學習最好的老師，再加上老師的適當引導，大學生的思維潛能必定是可挖掘的。

4結束語

以計算思維能力培養(yǎng)作為計算機基礎教學的核心任務，不僅緊緊圍繞現(xiàn)有計算機基礎教學的根本任務和核心知識內容，而且反映了計算機學科的本質，也體現(xiàn)了通識教育應有的特征。顯然，這樣的教學定位，不僅擺脫了以“操作技能”培養(yǎng)學生計算機能力造成的“危機”，也更好地詮釋了課程建設的目標，更好地體現(xiàn)了計算機基礎課程的基本特征。

隨著計算機科學與其他學科交叉研究廣度和深度的不斷增加，社會對計算機應用型、創(chuàng)新性人才的需求越來越大，要求也越來越高。以前無意識的計算思維培養(yǎng)如今也已經(jīng)上升到了一個有意識的高度。教學實踐證明，將計算思維融于教學實踐中確實提高了教學質量，提高了學生解決問題的能力，對計算機創(chuàng)新復合型人才的培養(yǎng)也大有裨益。我們應當傳播計算機科學的快樂、崇高和力量，致力于計算思維的常識化。

參考文獻

[1]President’sInformationTechnologyAdvisoryCommittee.ComputationalScience：EnsuringAmerica’sCompetitiveness[EB/OL].，June2024：94-95

http：///pitac/reports/20240609_computational/computational.pdf

[2]九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎教學發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明[J].中國大學教學，2024（9）：4，9

[3]何欽銘，陸漢權，馮博琴.計算機基礎教學的核心任務是計算思維能力的培養(yǎng)——《九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎教學發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》解讀[J].中國大學教學，2024（9）：5-9

[4]董榮勝.《九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎教學發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》呼喚教育的轉型[