基于计算思维的计算机基础实验教学研究

贾文峰

摘要：在介绍了计算思维概念的基础上，结合学校工作实际，进行了基于计算思维的计算机基础实验教学研究，以进一步提高计算机基础实验的教学水平。

关键词： 计算思维；实验教学； 研究

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）28-0178-02

Abstract：Based on the introduction of computational thinking concepts and related to school work， application and research in the experiment of computer basics Based on computational thinking has been conducted.It also makes further improvement on the quality of the experiment of computer basics.

Key words：computational thinking； experimental teaching； research

1 计算思维的概念

2006年，美国卡内基·梅隆大学的计算机科学系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在《Communications of the ACM》杂志上给出了了计算思维（Computational Thinking）的定义。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之广度的一系列思维活动。

为了易于理解，周教授将计算思维进一步定义为：通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个看来困难的问题重新阐释成一个我们知道问题怎样解决的方法；是一种递归思维，是一种并行处理，是一种把代码译成数据又能把数据译成代码，是一种多维分析推广的类型检查方法；是一种采用抽象和分解来控制庞杂的任务或进行巨大复杂系统设计的方法，是基于关注分离的方法（SoC方法）；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；是按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式，并从最坏情况进行系统恢复的一种思维方法；是利用启发式推理寻求解答，也即在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法；是利用海量数据来加快计算，在时间和空间之间，在处理能力和存储容量之间进行折中的思维方法。

2 计算思维在计算机基础课程中的地位

2010年，我国九校联盟计算机基础教学发展战略联合声明指出：计算机基础是培养大学生综合素质和创新能力不可或缺的重要环节，是培养复合型人才的重要组成部分；必须正确认识大学计算机基础教学的重要地位，把培养学生的“计算思维”能力作为计算机基础教学的核心任务。计算和计算思维是计算机基础课程的基本理论和基本思维，科学家已将计算思维和理论思维、实验思维并列为人类三大科学思维，为此，高校就应该将计算思维的基本概念和基本理论讲授给大学生。

综上所述，计算机基础课程教学不仅是高校通识教育的重要组成部分，而且是提高大学生综合素质和培养大学生创新能力的重要途径。在大学计算机基础教育中，不断注重和深化“计算思维”的培养，必将促进计算机基础教育学科的健康、可持续发展，加快国家创新型人才的培养步伐。

3 构建基于计算思维的计算机基础实验教学体系

大学计算机基础教学是培养大学生计算思维能力的重要课程载体。计算机基础作为实践性非常强的课程，计算机基础实验在其中的作用显得尤为重要，可以说只有单纯的计算机基础理论教学而没有计算机基础实验是不可想象的。目前，國内多数高校的计算机基础课程只在大学一年级开设，每学期的总学时一般为32或48学时，理论和实验的学时数之比是1：1，甚至是2：1以上，多数教师和学生认为计算机基础课程开设时间较短，总学时较少，实验学时所占比例较低，希望学校可以将计算机基础课程如英语、数学等基础课程一样贯穿大学教学全过程，即使在总学时不能增加的情况下，适当减少理论学时，增加实验学时，给学生提供更多的动手操作的机会。

我校在计算机基础实验教学的改革中，进行了基于计算思维的计算机基础实验教学的探索和研究，修订了实验教学大纲，改进了实验教学方法，开展了课外教学实践，调整了课程考核方式，逐步培养学生具备与算术、阅读和写字等技能一样的计算思维能力，使学生能自觉地将其应用于日常的学习、研究和工作中，以更好地满足当今信息社会高速发展的需要。

3.1 修订了基于计算思维的计算机基础实验教学大纲

首先，我们组织了校内外多个学科的专家和多名一线专业教师，基于计算思维对我校的计算机基础实验教学大纲进行了大幅度修订。计算机基础实验教学大纲的修订，充分考虑了学生的专业特点，结合了各学科的应用范围，分析了各个专业在课程体系的设置、教学内容的安排和学生的思维方式、能力等方面存在的差异，设计了符合学生认知水平和接受能力的计算思维培养方案。

实验一般分为三种类型：（1）验证性实验，可以帮助学生掌握各知识点的基本内容，使学生从实验中逐渐领悟到计算思维在实验教学中的引领作用；（2）设计性实验，可以培养学生运用抽象思维方式构建常用数学模型的方法，借此了解运用计算思维方法处理问题的过程；（3）综合创新性实验，可以最大限度地发挥学生的主动性和创造性，是学生计算思维能力的最好体现，其内容的选取既要反映各学科对计算机技术的实际需求，也要涵盖计算思维思想。在实验教学大纲的设计中要充分考虑这三种实验类型的区别，精心设计教学项目，满足学生学习需要。

3.2 改进了基于计算思维的计算机基础实验教学方法

在计算机基础教学过程中，实验教学是一个重要的教学环节。把培养学生计算思维融入到实验教学的设计中，可以解决理论教学中“教什么”、“为何教”以及“如何教”等一系列教学难题。endprint

我校在计算机基础实验教学过程中，注重发挥教师和学生的能动作用。每学期开学前，计算机基础实验教师会将教学课件、实验内容和参考资料发布在计算机基础教学平台上，如图1所示，学生可以使用个人账号登录网站学习，学习时间和地点不局限于课内和教室，可以随时随地访问教学平台自主学习。教学平台还设有答疑区，有教师及时回答学生的提问。教师和所教班学生建立学习QQ群，在群里及时发布和讨论相关学习内容。在实验时采用小组制，5-7人一组，每组指定程度较好的一名学生为组长，负责全组的计算机基础实验学习。实验时，小组成员的座位相邻，有问题及时讨论，内部解决不了的再请教教师，这样既避免了教师因带学生过多而指导不过来的情况出现，也有助于提高学生的发现能力、分析能力、操作能力、协作能力、书面表达能力、语言表述能力等。

3.3 开展了基于计算思维的计算机基础课外实践教学

使用计算机解决实际生产生活的问题时，只有熟悉计算机软件和硬件的特点、遵循计算机的工作方式、运用计算思维，才能应用计算机顺利实现目标。为了提高学生实际运用计算机的能力，我校除了注重课内实验教学外，还积极开展计算机基础课外实践教学。联系了统计局、财政局、软件公司、广告公司、电子商务公司等单位，设立多个课外实践教学点，积极组织学生参与其日常运行管理，了解其实际需求，解决其存在的问题，真正地在实践中掌握各种技能。经验证明，开展计算机基础课外实践教学是一种双赢的方式。

3.4 调整了基于计算思维的计算机基础课程考核方式

课程的考核方式对学生学习该门课程的积极性影响很大。我校将计算机基础课程列为考试课程，而且增大了计算机基础课程的学分，使学生必须要高度重视计算机基础课程的学习。我校计算机基础课程考试采用上机方式考试，由题库随机抽题组卷，考试系统自动评分，不再进行笔试考试。课程成绩评定方法：平时成绩占40%，考试成绩占60%，平时成绩由教学平台实验、小组表现、课外实践、考勤、奖励等综合评定。考核方式充分发挥了学生的主观能动性，学生不再为了考试而学习，而是更关注学习过程中的每一个环节，切实提高自身的信息素养，为今后走上工作岗位解决实际问题奠定坚实的基础。

4 结束语

计算机基础实验教学是大学计算机基础教育的重要内容，是高校实现人才培养目标的重要环节，是培养大学生计算思维能力的重要载体。高校应以培养计算思维为目标开展计算机基础实验教学，改进计算机基础实验教学模式和教学方法，提高计算机基础实验教学水平，全面提高学生的信息素养和专业技能。

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