以计算思维为导向的计算机基础课程体系研究

李桂芝 周长胜

摘要：培养非计算机专业学生的计算思维能力是计算机基础教学的根本任务。分析了当前高校非计算机专业计算机基础课程体系存在的问题，以及基于计算思维重构计算机基础课程体系的必要性，提出了以计算思维能力培养为导向的面向专业应用的分类分层次的计算机基础课程体系，并探讨了课程体系实施方案。该课程体系充分体现了计算思维能力与专业技术的融合，有利于提高学生在专业领域的创新能力，充分发挥计算机基础教学在实现创新型人才培养目标过程中的作用。

关键词：计算机基础；课程体系；计算思维；实施方案

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）18-0173-03

一、引言

随着信息技术在社会各行各业的快速发展，熟练运用信息技术和手段解决专业领域问题已成为大学生必须具备的基本素质。大学计算机基础教学的目的是使非计算机专业学生掌握计算机、网络等相关的基本知识、方法和技术，培养学生的计算思维能力，提高学生的信息素养，以达到信息社会对大学生能力素质的要求。因此计算机基础教学在本科教育中有着极其重要的地位。目前的计算机基础课程体系设置在体现支撑计算思维能力培养、专业应用和社会应用方面还存在很多不足，所以就计算机基础课程体系设置如何在先进性和实用性方面为专业学习奠定基础、如何体现计算思维能力的培养，建立符合不同专业计算机基础教育要求的分类分层次的课程体系，仍需要不断探索和研究。

目前，计算思维的培养成为国际和国内计算机教育界关注的热点，计算思维能力不仅是计算机专业学生应该具备的能力，也是所有大学生应该具备的能力。因此，大学计算机基础课程体系的设置要强调和深化计算思维的培养，注重培养学生的思维方式和创新能力，从而实现创新人才的培养目标。

二、计算思维

（一）计算思维概念的提出

2006年3月，美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真（Jeannette M.Wing）教授首次提出并定义了计算思维（Computational Thinking）。她认为，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[1]。计算思维是一种本质的、所有人都必须具备的思维方式，就像阅读、写字、做算术一样，成为人们最基础、最普遍、最适用和不可缺少的思维方式。计算思维的本质是抽象（Abstraction）和自动化（Automation），即如何按照计算机求解问题的基本方法去考虑问题的求解，以便构建出相应的算法和基本程序。

（二）计算思维培养与计算机基础课程体系设置

计算思维是建立在计算机理论知识之上的一种思维方式，引导人们运用计算机技术去解决专业领域问题，是所有专业学生都应具备的一种能力。大学计算机基础教学面向的对象是非计算机专业学生，目的是培养学生运用信息技术解决本专业领域问题的意识和能力，而实现此目标的关键就是在课程体系设置以及课程知识体系方面体现以计算思维能力培养为核心。如何基于计算思维构建课程体系是计算机基础教学的首要任务，要把有关计算思维的相关思维特征和方法分解到课程体系所包含的具体的课程中，使各专业的学生广泛接受计算思维方法的训练，提高大学生的创新思维能力和解决实际问题的能力。另外，各个不同专业对学生的计算思维能力需求是有差异的，因此课程体系设置要兼顾计算思维培养和专业应用需求。

三、计算机基础课程體系存在的问题

计算机基础课教学涉及的内容广泛，学生的计算机基础水平参差不齐。另外，各个非计算机专业对计算机基础课程的知识结构与计算思维能力要求是有差异的。而目前在计算机基础课教学中，我校采用同一标准、同一要求的课程设置（《大学计算机基础》+《程序设计基础（C、VB）》），在知识分层、体现专业应用需求和计算思维能力培养方面还缺乏明确的导向，使得计算机基础课只注重基本知识和操作技能的培养，没有关注基于计算技术进行问题求解的思路和方法的培养，学生缺乏在专业领域进行科学研究和创新的能力。另外，课程不能与学生专业很好地结合，降低了学生学习的兴趣，造成教学效果不理想。再者，随着信息技术的快速发展，一些新概念和新技术如移动通信、物联网、大数据等不断涌现，但在计算机基础课教学中还没有引入这些新概念和新技术，造成计算机基础课的教学内容与社会应用需求脱轨，这必然会影响学生的学习动力。因此，有必要改革计算机基础教学的课程体系、知识体系以及实践体系，探索以计算思维能力培养为核心的面向专业应用的分层次的教学体系，重点加强学生使用计算机解决专业问题的基本思维和方法方面的培养，充分发挥计算机基础教学在实现创新人才培养目标中的作用。

四、以计算思维为导向的计算机基础课程体系设计

（一）课程体系设置方案

既然对非计算机专业学生进行计算机基础教学的目的是培养学生的计算思维能力和解决问题能力，就要在计算机基础课程体系中融入计算思维的思想和方法，以提高学生运用计算机知识抽象问题、形式化描述问题和进行问题求解的能力。计算思维包含的内容不是一门课程所能承担的。在大学计算机基础教学中，培养计算思维能力需要有一系列的计算机应用课程作支撑和拓展[2]。在我校的计算机基础课程体系改革中，根据学生的计算机能力以及专业特点等构建了面向专业、分层次的课程体系，以适应不同专业的计算思维能力的培养要求。首先将专业分为理工科非计算机类和文科类（包括经管类）两大专业类别，对不同类别专业分别开设不同层次的体现计算思维的必修课和选修课程；然后根据学生所学专业知识领域将计算机基础课程体系划分为三个层次：基础课程、专业基础课群、专业应用课群，如表1所示[3-4]。

1.基础课群。包括计算机基础和程序设计基础（C、VB）两门课，是必修课，重点培养学生的基础思维（0和1、程序和递归的思维等），这些思维可以帮助学生养成应用自动化手段求解问题的思维模式[5-6]。其中计算机基础课程包括计算机基础知识、算法基础、操作系统基本知识、网络基础、办公软件操作等方面的内容，重点放在学生的基本思维如信息及其表示、编码与解码等，以及计算机基本操作能力的培养；程序设计基础课程依据专业不同分别开始C和VB两个语言课程，重点讲授算法设计和程序设计方法，尽量从计算思维培养的角度按照问题抽象化描述、问题表示、模型建立、算法设计、机器实现等步骤进行讲解，侧重学习用计算机分析和解决问题的基本过程和方法，培养学生的计算思维能力。

2.专业基础课群。属于技术型课程，为计算机技术在专业领域中的应用奠定基础。根据不同专业对不同计算机技术的需求来开设课程，培养学生应用特定计算机技术解决问题的能力和方法。该层次课程按理工和文科类专业分别开设多个课程供学生选择。该层次课程是通用计算思维培养过程，如“数据化”、“网络化”有助于学生形成数据聚集与分析、网络化获取数据与网络化服务的新型思维模式，为将通用计算思维与专业应用结合起来，形成各专业的创造性思维以及创新能力的培养奠定基础。

3.专业应用课群。专业应用课群包括一些与专业结合比较密切的课程，从专业需求角度开展面向专业的计算思维能力的培养，将计算思维与专业进行融合。有些专业特征非常明显的课程，如统计分析软件Spss的使用、电子商务技术基础等，一般可以由计算机基础课教师和相关专业教师共同承担教学任务，结合专业领域实例，重点介绍运用计算思维解决专业领域问题的方法和思想，充分体现计算机技术在专业领域的应用。该层次的课程是学生根据自己学习的专业进行选修，通过该层次的课程的学习，使学生具有解决本专业领域中问题的能力。

（二）课程体系实施方案

1.选课方案。学生在课程的选择上采用“2+X+Y”方案（其中X为专业基础课程，Y为专业应用课程）。2是指基础课群的必选课程（大学计算机基础和程序设计基础），是全校各专业的必修课程，程序设计基础按照专业分别开设C语言和VB语言，所有专业的学生必选其一；X是指限制选择专业基础课群中的至少一门课程，其余的课程根据学生的个人兴趣自由选择；Y是指专业应用课群的任选课程，学生可以根据自己的兴趣爱好和所学专业自由选择多门课程学习。该选课方案兼顾学生的专业要求和兴趣爱好，可以激发学生的学习热情。通过系列课程的学习培养学生的计算思维能力。

2.课程的知识体系和实验体系。课程的知识体系和实验也应该和相关专业融合，以计算思维能力培养为核心。同一门课对不同的专业学生讲授时，在內容的组织和选取、讲授深度上应该有不同的授课标准，更多地关注运用计算思维及计算机技术解决各种专业问题，在教学内容上融合一些既能反映计算思维思想又能体现专业应用的相关案例，培养学生逐步地建立起运用计算思维解决问题的意识。

课程的实验体系是计算机基础教学的重要组成部分，是培养学生综合运用计算思维解决实际问题能力的重要手段。针对以计算思维为导向的多层次课程体系结构，实验体系的设计也要体现计算思维能力培养的特征，建立多层次的实验教学体系，可以划分为“基础与验证型实验”、“设计与开发型实验”和“研究与创新型实验”三个层次。在基础与验证型实验中增加有关计算思维的实验内容，让学生从实验中领会计算思维的基本思想；在设计与开发型实验中有意识地培养运用计算思维处理问题的基本过程（问题抽象化描述、问题表示、模型建立、算法设计、机器实现）；研究与创新型实验是最高层次的实验，重点是锻炼学生运用计算思维解决专业领域问题的能力，提升创新意识和创新能力。

3.课程体系实施过程。该课程体系分四个阶段实施，第一学期开设计算机基础课群的课程，即计算机基础和程序设计基础两门课，主要目标是培养学生对信息技术的基本理解，具备基本的计算思维方法，同时培养学生基本的计算机操作技能，为后续课群的学习奠定基础；第二学期开设专业基础课群中的课程，使得学生在进入专业课程学习之前修完专业应用中的基础课程，具备解决专业问题的计算思维能力和方法体系，这两个层次的课程对专业领域课程的学习起到支撑作用；而专业应用课群中的课程则从第三、四学期开始开设，在前两个层次课程学习的基础上，逐步在专业课教学当中引入相关的计算机技术和方法，培养学生用计算思维解决本专业领域中的问题，这个层次的课程教学直接面向专业应用能力培养服务，是计算机基础教学的根本所在。

五、结论

大学计算机基础教学的核心任务是培养学生的计算思维能力，通过计算思维的培养促进学生在专业领域创新能力的形成。而计算思维能力的培养不是一门课就能承担的，因此，建立了以计算思维能力培养为导向的面向专业应用的分类分层次的计算机基础课程体系，以系统化的方式逐层向学生传递计算思维的思想和方法。通过系列课程的学习，能够加强非计算机专业学生利用计算思维解决专业领域中问题的意识与能力，充分发挥计算机基础教学在实现创新人才培养目标中的作用。

参考文献：

[1]周以真.计算思维[J].中国计算机学会通讯，2007，3（11）：83-85.

[2]龚沛曾，杨志强.大学计算机基础教学中的计算思维培养[J].中国大学教学，2012，（5）：51-54.

[3]陈一明.新形势下普通高校计算机基础教育目标与课程体系研究[J].计算机教育，2013，（11）：73-77.

[4]王晓勇，方跃峰，肖四友，梁越.以专业应用为导向的计算机基础课程教学改革与实践[J].中国大学教学，2011，（7）：39-42.

[5]艾明晶，李莹.以计算思维能力培养为核心的大学计算机课程改革[J].计算机教育，2014，（5）：5-9.

[6]战德臣，聂兰顺.计算思维与大学计算机课程改革的基本思路[J].中国大学教学，2013，（2）：56-60.