浅谈以计算思维为导向的计算机基础课程教学内容改革

李旻玥

摘 要：当前教育工作者们对计算思维培养的重要性已经有比较充分的认识。内容是知识的载体，计算思维培养研究的一个重要方面是教学内容的设计。该文就计算思维培养内容建设方面，从事实性知识、原理性知识、方法性知识及思维性知识四个维度展开论述，研究计算机基础教学内容改革，促进学生计算思维能力提高。

关键词：计算思维 教学内容 计算机基础教学

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（c）-0205-02

當前，计算思维能力培养是计算机教育关注的热点，教育工作者们对其重要性已经有比较充分的认识。内容是知识的载体，计算思维能力培养中很重要的一方面是教学内容的设计。但在教学内容方面目前并没有较完善的方案，尤其是高职阶段大专院校学生计算思维培养内容的研究更是少之又少。

该文针对大专院校学生计算思维素质状况，以幼儿师范高等专科学校为例，对学习者计算思维能力水平情况做了实际调查。并对调查情况做了数据分析，在此基础上研究计算机基础教育教学内容的改革，更好地促进学生计算思维能力的提高，从而更好地促进与学生所学专业紧密结合。

1 现状与问题

目前传统的计算机应用技术课程已下移至中小学阶段，但许多大学依然用“平台+应用软件”作为计算机基础课的教学内容，已不能满足大学生的需求。计算机基础课越来越不受重视，课时被一再压缩，甚至被有的学校作为了选修课，计算机基础教育改革迫在眉睫。

笔者通过前期调研了解到：目前学生计算思维素质水平偏低，虽然有了一定的计算思维意识，但非计算机专业学生普遍在计算思维方法上比较薄弱，缺少计算思维方法的支撑也直接影响了学生计算思维能力的提升。因此，在学生中开展计算思维培养是非常必要的。

调研中笔者发现以计算思维为导向的教学内容改革有以下问题值得我们探讨。

（1）计算思维内容庞杂，涉及到计算机学科的各个方向，从基本的数制到复杂的数据抽象表达，从逻辑结构到系统组成，从芯片到网络[1]，知识结构非常复杂。我们不需要也不可能将所有知识都传授给学生，那么我们选择哪些内容介绍给学生？

（2）计算机基础作为大学非计算机专业学生的公共基础课，学时安排非常有限。那么在有限的时间内，我们选择哪些内容作为计算思维培养的最小或较小集合介绍给学生。

（3）张莉和金莹两位在《大学程序设计课程中的计算思维培养》中指出“应用领域不同，使用计算机完成任务的要求、方法和程度不同，需要进行思维活动的深浅、参与的程度也有所不同”[2]。众多的非计算机专业学生对计算思维培养的需求是有所不同。而普遍被作为公共基础课的计算机基础，由于不能与学生所学专业较好地结合，导致学生学习兴趣不大，那么我们又应该选择哪些计算思维培养内容能与学生专业方向结合？

2 内容改革

笔者认为，围绕计算思维的计算机基础教学内容改革首要是关注学生的需求和发展。在内容的维度上要树立框架意识，分析内容内涵的知识和能力，注重整体结构把握。在内容的处理上，既要充分挖掘计算思维的内涵，又要遵循“注意课程内容的基础性，课程内容贴近生活，与学生和教育的特点相适应的原则”[3]。

该文参考《面向学习、教学和评价的分类学──布卢姆教育目标分类学的修订》一书中四个知识维度：事实，概念，程序和元认知，从四个角度展开阐述。

2.1 事实性知识

事实性知识是一种重要知识类型，是学习者学习一门学科所必须知道的基本要素，比如计算机历史、发展、诞生的年代、所使用的电子元件等。

限于有限的时间，对于学生中学已学过的重复性内容进行简化压缩。

对于简单的事实性知识则纳入自学范围，为学生提供丰富的课外学习资源，如慕课等，敦促学生自主学习。

教学内容可以放在了解发展新技术等方面。如本研究以学前教育专业为例，则可联系新的教育技术，如“虚拟实验室，虚拟博物馆等，数字图书馆，计算机辅助心理学”等内容。

2.2 原理性知识

计算思维涉及内容众多，不可能全部纳入教学。计算思维培养应该回归计算机原理介绍，从原理性知识这个角度组织教学内容。

北京理工大嵩天等教授在《面向计算思维的大学计算机基础课程教学内容改革》中指出“第一，计算思维是基于计算机的。在利用计算机的过程中，深刻理解计算机工作原理将更好地指导人们使用计算机。第二，计算机的设计过程本身就是抽象化、自动化的过程。从艾伦·图灵开始，无数科学家和工程师基于对计算问题及其求解方法的深刻洞察和高度抽象而设计了计算机，其中蕴藏了很多体现计算思维的内在逻辑，对这些内在逻辑的教学有助于帮助学生建立计算思维的思考过程”[4]。

虽然大专阶段学生现阶段可能还达不到一定的水平，但北京理工大学通过虚拟实验的方式开展计算机原理教学，为我们提供了参考经验，值得我们借鉴。虚拟实验教学，直观、简洁、实验成本低，有效降低了课程教学难度。还能兼顾不同专业学生计算思维能力训练，将教学延伸到课外，适合学生自学，弥补了教学学时的不足。目前该实验软件和配套教材已经正式出版。

2.3 方法性知识

对于计算思维培养而言，其中很重要的环节就是学生计算思维方法的掌握。而大量的研究和实验证明，程序设计课程是培养计算思维最合适的平台。[5]但目前多数非计算机专业学生，限于学时安排和学生能力等，几乎不开设程序设计课。笔者认为，培养学生计算思维不能简单停留在应用软件使用层面上，要帮助学生理解抽象数据，算法，开发系统，自动化解决问题。计算思维不仅仅是程序设计，但程序设计作为一种理解和表达计算思维的方式，是发展计算思维的一个重要切入点[3]。学生在利用编程工具编程时可以直接、频繁地接触计算思维的概念和方法，不断提升系统思考和创意思维能力[6]。endprint

专科阶段学生学习程序设计有一定难度，而非计算机专业计算机课学时安排又很有限。针对这种情况，我们选择Scratch语言来编程入门。Scratch是美国麻省理工学院2007年开发的一款图形化编程工具。它的突出特点是：可视化操作，模块编程，大大降低了程序设计的难度。开发过程中，不需要编写代码，只需要根据设计拖拽可视化指令块即可完成编程。让学生编程时，把主要精力放在系统设计、问题解决上，有效训练计算思维。不仅降低了学习难度，符合高职学生学习需求，还能改变以往“教师在教，学生在学的过程中纠结于程序本身的语句、语法等细枝末节，而无暇顾及思维的培养”[5]的弊端。Scratch软件操作简单，能实现“所见即所得”，编辑脚本后马上可以在舞台上看到运行的效果。这将大大激发学生的学习兴趣，提高学生的学习效率。即使程序设计零基础的人也能在短时间内了解程序开发。

笔者以幼儿师范高等专科学校学前教育专业为例进行研究。学前专业学生毕业后主要从事与幼儿教育相关工作。Scratch软件是一款适合儿童编程的软件，它可以创建交互式游戏或制作出具有故事情节的动画，以有趣的方式让学生了解简单编程，学习简单编程思想。目前已经有很多利用Scratch编程工具引导低幼年龄学生学习编程的教学与研究[6]。这大大弥补了当前程序设计课程与非计算机专业学生专业背景结合不紧密的缺陷[5]。

学生可以运用Scratch来表达自己的想法，提高自主创新能力。不必将过多的精力放在语法知识上，而是培养创造性思维以及结合自己专业背景开发程序、解决工作生活中问题的能力。

2.4 思维性知识

计算思维是面向计算或基于计算的，隐藏在一般陈述性知识和技术背后的，科学家求解问题的思想和方法，属于科学方法论范畴。如果说“方法”是解决问题的“工具”，那么“思维”便是“指导思想”。帮学生打通“思路”，让学生知道解决问题时应该从哪些方面去思考，培养学生求解问题的意识，提高学生解决问题的综合能力，是计算思维培养的目标。

计算思维反映了计算机科学领域解决问题的思维过程，我们还可以将其迁移到其他问题如日常生活中的实际问题的解决中去。主要体现在“认识问题、分析问题、选择工具、自动化解决问题”上。引导学生从计算思维的高度去观察和解决问题，让学生体验用计算思维解决问题的一般过程和方法，最终达到在实际问题中灵活地迁移和应用计算思维的目标[3]。华南师范大学的杨倩倩和徐晓东两位老师在《国外中学计算思维教育案例及分析》中列举的两个相关案例，为我们提供了很好的思路。同时，我们可以选择与学生专业相关的实际问题进行教学和实践，达到与专业密切结合的目的，提高学生用计算思维解决本专业中的问题的能力，向复合型人才发展。

3 结语

总之，通过计算机来解决问题，不管是专业问题还是生活、学习中的问题，是未开科技和社会发展的趋势[7]。人们已经普遍认识到计算思维培养的重要性，该文研究了如何落实高职大专阶段学生计算思維的培养，希望借此提高自己的理论修养、能力水平。

参考文献

[1] 何钦铭，陆汉权，冯博琴.计算机基础教学的核心任务是计算思维能力的培养——《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.

[2] 张莉，金莹.大学程序设计课程中的计算思维培养[J].中国电力教育，2013（16）：94-95，109.

[3] 任友群.数字土著何以可能？——也谈计算思维进入中小学信息技术教育的必要性和可能性[J].中国电化教育， 2016，1（348）：2-8.

[4] 嵩天，李凤霞，蔡强，等.面向计算思维的大学计算机基础课程教学内容改革[J].计算机教育，2014（3）：7-11.

[5] 梁艳瑞.基于AppInventor的高职学生计算思维培养研究[D].四川师范大学，2015.

[6] 王旭卿.从计算思维到计算参与：美国中小学程序设计教学的社会化转向与启示[J].中国电化教育，2014（3）：97-100.

[7] 李玲.以培养计算思维为导向的高中《算法与程序设计》教学案例设计[D].沈阳师范大学，2016.endprint