摘要：将计算思维能力引入大学计算机教育，是高校计算机基础课程改革的一个重要改革方向。分析《大学计算机基础》课程的教学现状及发展趋势，提出了思维型大学计算机基础的课程体系和教学模式，简要介绍了广州大学在教学改革中的实践和效果。
关键词：大学计算机基础课程；教学改革；思维型教学模式
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）01-0151-03
1 《大学计算机基础》课程的教学现状及发展趋势
随着社会信息化的不断高速发展，培养具有计算思维能力的创新应用型人才是高校计算机教学改革的一个重要方向，改革势在必行。
《大学计算机基础》是高校非计算机专业学生接触的第一门计算机类课程，不仅没有受到重视，反而面临着严重的危机。现阶段，《大学计算机基础》课程大多侧重培养Office等办公软件的应用能力，甚少讲授计算机学科的核心思想与方法，以致大多数学生将计算机理解为狭义的工具，学习只是重复地模仿虚拟的场景，却得不到解决实际问题和创新能力的培养。同时，现有的教学也无法跨越通用计算手段到各学科专业计算手段的鸿沟。
高校的计算机基础教学必须从教学理念、培养模式与目标着手，探索具有计算思维能力的教学模式、教学方法与教学手段，以适应社会信息化进程的发展。将大学计算机基础教学定位在“面向应用、突出实践”，进一步完善和规范“能力结构”和与之相适应的“知识体系”和“实践体系”，是计算思维能力培养的重要手段。计算机基础教学应与高等数学、大学物理等基础教育课程一样，在高校教育中成为培养具有思维精神和能力的必修课程。
2 计算思维的内涵
2006年，周以真教授对计算思维进行了清晰系统的阐述。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。2009年，教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会“白皮书”强调“计算机不仅是一种工作、学习和生活工具，而且还具有一种独特的思维方式”，归纳了以能力结构为导向，在计算机基础教学中“4个领域、3个层次”的矩阵教学体系，进一步明确面向理工类、农林类和医药类专业的计算机基础核心课程的教学基本要求，并深化“1+X”的课程设置方案。要求非计算机专业学生通过学习认知计算机，能够利用计算机分析和解决实际问题，具有终身信息化学习的能力。
3 思维型大学计算机基础教学模式
计算思维包含的内容不是一门课程所能承受的，应将培养计算学科独特的思维方式贯穿在整个大学教育过程。以理工类计算机基础课程教学为例，教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会提出了1门“大学计算机基础”加上“数据库技术及应用”、“程序设计基础”、“计算机网络技术及应用”等几门核心课程的“1+X”课程建设方案。
根据广州大学非计算机专业学生的特点，构建融通专业、具有创新实践和现代科学能力的思维型大学计算机基础课程体系。该体系分为三个层次，第一层次“大学计算机基础”课程的教学目标是提高学生对计算机的认知能力和信息素养；第二层次设置若干门核心课程，课程的教学目标是培养学生的逻辑思维和信息协同能力；第三层次开设结合相关专业技能的一系列计算机课程，课程的教学目标是提高学生利用计算机解决专业领域及生活中各类问题的创新能力。思维型大学计算机基础课程体系如图1。
图1 思维型大学计算机基础课程体系
在图1所示的第二层次课程均为核心课程，其中数据库技术及应用课程涉及系统平台与计算环境、数据管理与信息处理领域，程序设计基础课程可根据专业开设“C程序设计”或者“Visual Basic程序设计”课程，涉及算法基础与程序设计领域，计算机网络技术及应用课程设计系统平台与计算环境、系统开发与行业应用领域，多媒体应用及技术课程涉及数据管理与信息处理领域，网页设计课程涉及系统平台与计算环境领域。将概念与基础、技术与方法以及专业应用三个层次的要求涵盖到每类课程的知识结构中，并由此确定教学内容。广州大学根据各专业的特点，由学生所在学院在第二层次的核心课程中选择1门作为专业基础必修课。广州大学开设的7类计算机基础第二层次课程见表1。
表1 思维型大学计算机基础课程体系
第二层次核心课程分类表
[序号＼&课程类别＼&课程名称＼&总学时＼&实验学时＼&考核方式＼&1＼&数据库技术＼&数据库技术及应用Ⅰ＼&56＼&28＼&考试＼&数据库技术及应用Ⅱ＼&32＼&16＼&考查＼&2＼&Visual Basic
程序设计＼&Visual Basic 程序设计Ⅰ＼&56＼&28＼&考试＼&Visual Basic 程序设计Ⅱ＼&32＼&16＼&考查＼&3＼&C程序设计＼&C程序设计Ⅰ＼&64＼&32＼&考试＼&C程序设计Ⅱ＼&32＼&16＼&考查＼&4＼&计算机网络技术＼&计算机网络技术Ⅰ＼&48＼&16＼&考试＼&计算机网络技术Ⅱ＼&32＼&16＼&考查＼&5＼&多媒体应用技术＼&多媒体技术与应用Ⅰ＼&56＼&28＼&考查＼&多媒体技术与应用Ⅱ＼&32＼&16＼&考查＼&PHOTOSHOP数字图像处理＼&32＼&16＼&考查＼&Flash动画设计＼&32＼&16＼&考查＼&多媒体课件设计与制作＼&32＼&16＼&考查＼&三维动画制作Ⅰ＼&56＼&28＼&考查＼&三维动画制作Ⅱ＼&32＼&16＼&考查＼&6＼&网页设计＼&网页设计＼&32＼&16＼&考试＼&7＼&计算机辅助设计＼&计算机辅助设计Ⅰ＼&56＼&28＼&考查＼&计算机辅助设计Ⅲ＼&32＼&16＼&考查＼&]
由于各专业的人才培养目标和内容的不同，对信息素养和计算机能力的要求不同，因此，教师在教学中应采用与专业相融合、启发学生计算思维能力的多元化教学模式。目前，部分院校“大学计算机基础”课程的考核采用第三方认证模式，如果完全依赖这个指标，将会引致“题海认证”现象，为了通过认证考试，不断增加刷题量，强化软件使用，最终弱化了计算思维能力的培养。学生不具备创新的思维能力，就不能深刻领悟，举一反三，即使考试成绩优秀，一旦碰到实际问题却无从下手。故此，探索大学计算机基础课程教学模式如下：
（1）与专业相通的教学设计模式
思维型大学计算机基础教学模式基于通用计算手段的计算思维与计算能力培养，在设计教学方案时应跨越计算机学科与其他专业学科的知识。例如，面向人文、经济、管理等专业学生，计算思维教学应侧重在数据收集、检索、分析等模块；面向理工、综合类专业学生，侧重高性能计算、算法等模块；面向艺术类专业的学生，则应侧重办公软件高级应用、多媒体制作模块的讲授。以48学时的“大学计算机基础”课程为例，理论和实践教学模块设计分别如表2和表3。
表2 “大学计算机基础”课程的理论教学模块
[序号＼&教学模块＼&理论学时＼&1＼&计算原理＼&计算机中的信息表示＼&4＼&2＼&计算机硬件系统及其工作原理＼&4＼&3＼&操作系统基础＼&2＼&4＼&计算应用＼&问题求解框架＼&2＼&5＼&程序设计基础＼&4＼&6＼&互联网计算基础、信息安全＼&4＼&7＼&专业实践
（选一）＼&算法描述与数据结构＼&4
＼&8＼&办公软件高级应用＼&9＼&数据库系统基础＼&10＼&多媒体技术基础＼&]
表3 “大学计算机基础”课程的实践教学模块
[序号＼&教学模块＼&实践学时＼&1＼&基本认知操作＼&4＼&2＼&操作系统＼&2＼&3＼&程序设计基础＼&6＼&4＼&网络信息检索、发布、信息安全＼&4＼&5＼&综合应用设计（选一）：
1）算法描述与数据结构
2）办公软件高级应用
3）数据库系统基础
4）多媒体技术基础＼&8＼&]
（2）任务驱动式教学模式
在教学内容中始终贯穿1-2个的具体任务，将课程要求掌握的知识、技能和能力训练要求渗入到任务中，通过提出问题、思考问题、解决问题等一系列活动，使学生掌握通过计算思维能力解决实际问题的技能。任务驱动式教学是一个很好的吸引学生学习兴趣的教学方法，但关键的问题是如何设计具有意义的任务。
以“算法描述与数据结构”教学模块中关于“二分查找”算法的讲授为例，可以设计一个学生熟悉的任务——猜数字游戏。猜数字任务的游戏规则是：使用二分算法，在一个已排序的整数数列中随机产生一个数字（假设为A），每次搜索从数列的中间元素开始与A进行对比，如果中间元素正好等于A，则搜索过程结束；如果A大于或者小于中间元素，则在数列大于或小于中间元素的一半中查找，并且再次与新数列的中间元素进行比较；如果数列为空，则表示搜索失败。任务要求学生自拟一个数列和随机数，然后计算出从该数列中查找到该随机数所需要的次数以及每次查找到的数字。
（3）主题研究型教学模式
在课堂教学的基础上，组织学生开展研究型学习。研究的主题可以由教师给出选题，也可以由学生根据专业特点或者兴趣爱好结合课程教学内容自拟。教师依据拟定的主题，指导学生撰写可行性分析报告和设计方案。设计的过程中，可安排期中检测活动，既可以了解研究进展，也可以通过该活动尽早地发现问题。研究结束后，学生按照课程要求提交作品和总结报告。自2010年起，广州大学对部分专业“大学计算机基础”、“数据库技术”课程使用主题研究型教学模式。实践证明，这种教学模式能够充分地调动学生主动思考和学习的积极性，增强学生的信息素养和计算思维能力。
以“办公软件高级应用”教学模块为例，在开展教学活动时，教师向学生说明实践目的和要求，讲解实践中涉及的主要操作技巧，可以通过展示范例或者往届作品使学生得到启发。范例作品如图4。
图4 “办公软件高级应用”范例作品
4 结语
实践证明，自2009年广州大学实施“大学计算机基础”1+X课程体系以来，学生掌握计算机知识及思维实践能力得到了有效的提升。近几年，学生在各级各类科技竞赛获得多个奖项：在全国“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中，获得三等奖1项；在全国大学生数学建模竞赛中，有15队分别获得国家级一等奖和二等奖；在全国教育机器人大赛中获得了多个全国一等奖3项；在全国信息技术水平大赛中获多项全国特等奖、一等奖、二等奖、三等奖；在首届全国GIS技能大赛中，有2队9名学生分别获得一等奖和三等奖；在全国高等院校学生斯维尔杯BIM系列软件建模大赛中获得一等奖和团队全能二等奖。
思维型大学计算机基础课程改革并不是一件立竿见影的事情，在改革过程中需要同时实施对教学团队、督导机制等方面的改革，抓住机遇，敢于探索和研究。
参考文献：
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