化工类院校计算机基础教学中计算思维的培养

高敬阳　尚颖等

摘 要：针对新时期提出的计算机基础教学中计算思维的培养问题，给出了理解认识和教学实践中的落实。计算思维的培养通过能力培养来实现，在化工类院校，教学内容中把具有化工专业特色的专业案例教学作为学生计算思维培养的有效载体，教学方法上结合分级分层教学与参加大赛及建设使用资源网站有机结合来具体实施计算思维的培养。

关键词：化工类院校；计算机基础教学；计算思维；应用能力

一、计算思维培养与能力培养相辅相成

计算思维是信息时代每个人都应当具备的一种思维方式，计算机不仅为不同专业领域提供了解决专业问题的有效方法和手段，而且提供了一种独特的处理问题的思维方式。在计算机基础教学中有意识地培养学生的计算思维，真正认识到计算机不仅是工具，而且是可以启发人们思考问题的科学方法，引导学生站在计算思维的高度观察和处理问题，有利于教师提升课程的广度与深度。

2012年教育部高教司设立了以计算思维为切入点的“大学计算机课程改革项目”。2013年5月教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会发表了旨在大力推进以计算思维为切入点的计算机教学改革宣言。宣言指出，开展以计算思维培养为切入点的大学计算机课程改革将是大学计算机课程的第三次重大改革。以培养计算思维意识和方法为导向的教学改革，着眼于培养学生从本质上和全局上建立对于问题的解决思路，从而达到提高计算机应用水平的目的。计算思维的培养并不是要代替对于知识和能力的培养，相反，它与知识和能力培养呈现递进的关系。

（1）计算思维的培养通过能力培养来实现。计算思维是思考和处理问题的一种思维方式，计算思维是抽象的，这种能力的培养应该依赖于具体化的实际应用能力的培养。通过应用能力的培养、应用能力的训练来完成计算思维能力培养的过程。周以真教授给出的计算思维概念中主要是强调用计算机科学的概念和方法进行问题求解，实际上首先应该培养学生利用计算机的意识，有了利用计算机的意识才能进而寻求利用其特有的方法来解决问题。解决问题的过程就要培养学生学会有意识地使用计算思维的基本方法分析和处理，分析和处理问题的过程通过计算机应用能力来实现，所以说，计算思维的培养要通过应用能力的培养来具体化。二十多年的计算机基础普及教育让我们看到，计算机不仅仅帮助我们解决了很多问题，而且大大改变了人们的生活方式、工作方式、行为方式乃至思维方式。因此，计算机应用能力的培养是计算思维能力培养的一种具体形式。

（2）计算思维的培养贯穿于大学四年计算机基础系列课程。以培养计算思维意识和方法为目标的计算机基础教学改革，着眼于培养学生从本质上和全局上来建立对于问题的解决思路，从而达到提高计算机应用水平的目的。计算机应用水平提升依赖于计算机应用能力的培养，计算机应用能力的培养贯穿在大学四年系列计算机基础课程及培养环节中，并不仅在一两门课程中完成。2004年白皮书指出的4个知识领域、8大模块是大学计算机基础系列课程的主要内容。几年来的教学实践证明，对于计算机应用能力的培养行之有效，极大提高了学生的计算机应用能力和信息素养。随着学生计算机应用能力的提高和信息素养的提升，学生利用计算机解决问题的能力得到增强。计算思维培养通过能力培养来实现，所以，计算思维的培养也要贯穿在大学四年的计算机基础系列课程和辅助培养环节中，四年不断线培养。

（3）专业案例教学是计算思维培养的有效载体。计算机在化工领域的应用极大促进了化工专业的发展，化学化工对于计算机应用能力的要求也越来越广泛。如设计、优化、仿真、分析、控制、操作及研究等，都要求学生具备很强的计算机应用能力，特别在计算、仿真、分析中均要求比较强的计算思维能力，才能够解决其专业领域的问题。将计算思维与计算机基础教学有机结合，强调结合化工类专业案例的针对性教学，将成为化工类院校大学生计算思维培养的有效载体。

二、化工类院校基于计算思维培养的教学内容

目前我校大学计算机基础系列课程包括“大学计算机基础、程序设计、数据库技术及应用、多媒体技术及应用、软件技术基础、网页的设计与制作、Matlab基础及应用、Internet实用技术”共八门课程。为了培养学生的计算思维，我校在计算机基础教学内容中增加面向各个专业的案例教学来培养学生的计算思维能力，把案例教学作为培养计算思维能力的有效载体。

多年来教学上存在的一大问题是，我们教给学生的是一门一门独立的计算机课程，学生学完该课程后不知如何应用及用在何处。这就造成了非计算机专业的学生对计算机基础课程不重视，认为与其专业课程、专业发展关系不大，学不学无所谓，学好学坏无所谓。在计算机基础教学内容中，采用面向其专业的案例教学，让学生有意识地使用计算机，将专业问题转变为计算机可以解决的形式，并学会用计算机解决具体问题的方法和手段，这正是利用计算思维解决问题的方法，与计算思维的培养相一致。案例教学成为专业知识和计算机知识融会贯通、建立有机联系的桥梁和纽带，更好地实现了专业化和信息化相融合。

我校现有专业分为四大类，分别是化工/材料类、机电/信息类、理科基础类、经管文法类。按照四大类收集积累各个专业的典型应用案例。将团队中任课教师按授课专业固定下来，利于教师熟悉该类专业计算机应用需求，收集整理不断更新该类专业的典型应用案例，并分门别类归纳整理形成教学素材。教学内容中，结合学生所学专业给出本专业计算机应用实例，面向专业应用，进行专业案例教学。例如应用的案例有：在WORD中绘制流体萃取工艺流程图，用EXCEL解化工过程分析与合成优化问题、序贯模块法的迭代计算、化学实验数据统计分析等；在“程序设计”课程的重要章节例题和习题均有专业问题的应用，如Na2CO3总碱度测定实验数据处理、乙三烯的π分子轨道的能量、调节阀计算过程、PID算法和数字仿真等。化工类院校按以下四大类给出的案例教学内容部分案例见表1。

专业案例融入课程内容的若干主题当中，贯彻“专业案例驱动”，通过专业案例载体传授给学生利用计算机的意识、解决问题的方法和手段。通过每个典型的、针对性强的、贴近专业的案例推动知识的展开，与通识教育基础内容有机融合，推行“提出问题—分析问题—引入新知识—解决问题—总结提高”的教学模式，促进形成以计算思维为导向的思维方法。同时，激发学生对信息技术学习的热情，落实了计算思维的培养过程。

三、基于计算思维培养的教学方法

1.分级分层次培养

即便是同一学校、同一专业的学生，未来的发展有很大的不同，而每个学生对于信息技术的理解、掌握、应用程度也相差很大。各专业不仅培养满足未来发展的本专业的不同层次人才，而且每个学生在信息技术掌握水平上也应该分级分层次，以满足对信息技术不同层次的需求。

（1）分级培养。计算思维的培养和训练应该是循序渐进、持续培养、分级培养的过程。在具体教学过程中分为初、中、高级三个级别。初级要求完成大学计算机基础、程序设计两门必修课程；中级要求在以下课程中任意选择两门：数据库技术及应用、多媒体技术及应用、软件技术基础、网页的设计与制作、Matlab基础及应用、Internet实用技术；高级要求是在完成初级和中级的基础上，参加大赛并获得成绩。鼓励学生参赛，以大赛为导向，将大赛作为课程的外延及辅助培养环节。将课程和大赛结合培养学生信息意识和信息能力是非常好的方式，通过大赛使学生以计算思维为导向的计算机应用能力不断提高，学生会越来越好地利用计算机的方法和手段解决本专业领域的问题。

（2）分层次教学。各地中学虽然开设了信息技术课程，但计算机非高考科目，各中学要求不一致，城乡之间、地域之间、重点与非重点之间计算机教学水平相差很大，入学新生个体之间计算机基础水平相差悬殊。多年的教学实践表明计算机基础课程必须进行因材施教分层次的教学。开展分层次教学存在着考试内容选定、考试方式选择、教学中学生的管理、课上与课后各个分层次教学班考核评价等问题。我校在2011、2012两届新生中实施了分层次教学。每年入学的3000名新生通过上机考试分为免修、必修A级和必修B级，A级和B级分别为提高级和基础级。考试内容比例分配见表2。分层次结果免修人数占总人数的2%～3%，其中2011级是63人，2012级是102人。A级和B级的划分只在信息学院实施，确定一个A级班大约60个学生，其他学生为B级。

免修学生要求必须参加当年的全国信息技术应用水平大赛。A、B两级教学内容一致，但授课学时不同，A级用规定总学时的1/2学时完成教学任务，剩余学时讲大赛相关科目内容，鼓励学生参加竞赛。免修级学生的成绩由分级考试成绩和竞赛初赛成绩加权确定；A级和B级两级考试内容一样，标准相同。

2.资源网站是培养计算思维的辅助手段

资源丰富、功能齐备的资源网站是培养信息意识、信息能力、计算思维的辅助平台。

针对计算机基础课程开展的分级分层次教学，各级别的教学内容及安排，归类形成教学资源放在资源网站上，便于学生了解、使用和掌握。我校的北校区面对面答疑不便，特别是对于刚刚入学的新生教学，已经成为教学中亟待解决的问题。归纳整理计算机基础课程学习中常见的问题及解答，形成资源网站上的教学资源，在课堂教学中引导学生有效使用资源网站并进行自主学习。为了综合提高本科学生计算机实际应用能力及信息素养，仅依靠开设的课程是不够的，在四年的本科学习中需要有一个持续的学习。持续学习的内容通过资源网站提供给学生，包括实用软件的学习和使用、计算机等级考试辅导、ITAT大赛内容辅导、新知识讲座、新的计算机应用技术（如手机编程平台）等。内容充实的资源网站将成为我校大学本科四年开展持续学习的有效工具平台。

（1）不同级别教学内容在资源网站全面显现。建立自主学习持续学习资源网站，按课程科目分为windows操作系统、红旗Linux操作系统、Office操作、金山WPS办公软件、Dreamwear、Flash、Photoshop、Matlab、C程序设计、Java程序设计等子目录，每个科目按知识点分级目录，包括所有知识点的问题和解答。

（2）自主学习辅助答疑。学生遇到的任何操作问题，无论简单与复杂，在该网站按照科目查询都可以找到答案。随问随答，展开讨论，解决了北区答疑困难的问题。网站实时显示学生在网站的学习情况，包括浏览、提问、回答问题、讨论等等，学生在这些环节上均获得一定积分，作为平时成绩，积分过低不能参加期末考试，有效督促了学生的自主学习。

（3）持续学习的工具平台。信息技术和能力不是一朝一夕获得的，需要持续学习长期积累，从新生第一门计算机基础课程开始要求学生使用该网站，熟悉网站的结构及内容，依赖该网站，即使到了高年级没有信息技术课程而有相关问题时，学生知道回到资源网站寻求答案并与其他学生在此交流获取知识。另外，网站也可培养学生举一反三的能力，例如，教学中讲的是微软的操作系统和微软的办公软件，而网站有对应的国产的红旗Linux操作系统、国产金山WPS办公软件使用的相关内容。

参考文献：

[1] 李廉. 以计算思维培养为导向 深化大学计算机课程改革[J]. 中国大学教学，2013（4）：7-11.

[2] 教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会. 计算思维教学改革宣言[J]. 中国大学教学，2013（7）：7-10.

[3] 王移芝，鲁凌云，周围. 以计算思维为航标 拓展计算机基础课程改革的新思路[J]. 中国大学教学，2012（6）：39-41.

[4] 谭浩强. 研究计算思维，坚持面向应用[J]. 计算机教育，2012（21）：45-49.

[责任编辑：余大品]