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摘要：计算思维能力的培养，对于促进大学计算机基础教学改革，培养学生的综合素质和创新能力有重要作用。针对高等院校目前大学计算机基础教学现状，对课程教学中的计算思维能力培养进行了研究和探讨，从教师教学理念、教学内容、教学方法等方面讨论了计算思维能力的培养，并以问题驱动的案例教学为例，阐述了适用于计算思维培养的教学组织过程。
关键词：计算思维；大学计算机基础；案例教学
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）35-0119-02
“大学计算机基础”课程是针对高校非计算机专业一年级学生开设的计算机公共基础课程，课程的培养目标是使学生掌握计算机科学与技术的基础知识，具备利用计算机分析和解决问题的意识与能力，为更好地解决专业领域问题奠定基础。计算机基础教学是培养大学生综合素质和创新能力不可或缺的重要环节，是培养复合型创新人才的重要组成部分。[1]
一、大学计算机基础教学中存在的问题
随着信息技术课程在中小学课堂的普及，大学新生已经具备了一定的计算机操作能力，高校的计算机基础教育已不再是“零起点”，“大学计算机基础”课程面临新的挑战。通过对国内一些高校的调查发现，目前在大学计算机基础教学中存在如下问题。
1.对课程存在片面认识
许多人对大学计算机基础课程的定位为“工具”，认为“计算机就是工具”，大学计算机课程就是“学习使用计算机”、“学习使用工具”。“工具论”观点使学生对计算机学科的认识停留在肤浅层面，使教师把计算机基础教学重点放在各种软件工具的使用和操作技术的讲授上，不利于计算科学中核心思想与重要方法的传授，
2.缺少核心知识体系和稳定的知识结构
计算机基础虽然是“基础”课程，但目前尚未形成如同“数学”、“物理”等基础课程的核心知识体系和稳定的知识结构。近10年来，大学计算机基础教学大致经历了学生计算机基础知识相对匮乏和信息技术在中小学逐年普及两个阶段。前一阶段中，教学中以计算机软件和具体操作讲解为主，主要是学习使用办公自动化软件；后一阶段在教学过程中逐渐弱化计算机具体操作讲解，注重计算机应用技能的培养，除办公自动化软件之外，许多高校增加了数据库、多媒体、网络应等学习内容。从整体来看，随着计算机学科的发展，课程教学内容在逐渐调整。
3.教学学时大幅度减少
随着本科培养方案中专业学时的总体减少，计算机基础教学的学时也被大量的压缩，而专业学习和社会对学生的计算机综合能力要求却在不断提高。如何利用有限的学时培养、提升学生的计算机应用能力，成为计算机基础教育者共同关注的问题。
二、计算思维与计算机教育改革
1.计算思维内涵
国际上广泛认同的计算思维的定义是美国卡内基·梅隆大学周以真教授在2006年提出的：计算思维就是运用计算机科学的基本概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。[2]典型的计算思维包括约简、仿真、递归、并行、抽象和分解、启发式推理、折衷等一系列思维方式。
国内许多学者对计算思维做了进一步的阐述。如董荣胜教授认为计算思维的根本目的是解决问题的，即求解问题、设计系统和理解人类行为，计算思维的本质是抽象（Abstraction）和自动化（Automation），即什么能被有效的自动执行；[3]何钦铭教授阐述了计算思维的核心是基于计算环境（模型）的问题的求解，不仅构造计算环境，而且构造基于计算环境的问题求解过程。[4]
2.以计算思维为核心的计算机教学改革
计算思维的提出，得到了美国教育界的广泛支持，包括卡内基·梅隆大学在内的美国70多所高校都开展了以“计算思维”为核心的大学计算教育改革。此外，英国等其他欧洲国家和地区针对计算思维也进行了相应的研究和探讨。
计算思维的发展，引起了国内计算机教育者的密切关注。2010年7月在西安举办的“九校联盟（C9）计算机基础课程研讨会”发表了《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》，确定了以计算思维为核心的计算机基础课程的教学改革方向。[1]计算机教育领域的许多研究学者积极致力于计算思维能力培养的研究和实践，并取得了初步的研究成果。[5-7]
三、大学计算机基础课程中计算思维能力培养措施
大学计算机基础课程是大学生的第一门计算机课程，也是培养学生计算思维的关键平台。大学计算机基础教学如何承担起培养学生计算思维的任务，从技能培养转变为计算思维意识和能力培养，需要采取行之有效的措施。本文结合作者从事计算机基础教育的实践，从教学理念、教学内容、教学方法三方面进行教学探索与实践。
概括来说，第一，提升教师的教学理念，利用科学的理论指导计算思维的培养；第二，优化教学内容，重视计算机学科中的基本原理和核心思想，构建计算思维能力培养的知识体系；第三，采用恰当的教学方法，把以讲授知识点和操作技能为主线，改为以培养学生应用计算机求解问题的思维能力为主线，逐步培养学生计算思维认知能力。以下分别从上述三方面讨论计算思维能力的培养。
1.提升教学理念
教学理念是对于教师教学活动和学生学习活动的基本观念，先进的教学理念可以更好的指导教学实践。因此，计算思维能力的培养首先需要教师与时俱进，更新、完善教学理念，以指导教学实践。提升教学理念可以从以下几方面进行着手。
（1）纠正狭隘的教学观念。抛弃“工具论”的狭隘思想，树立大学计算机基础课程如同数学、物理等课程同等重要的“基础”地位。注重计算机科学中核心思想和方法的讲授，培养学生计算机科学独特的思维方式。
（2）恰当扮演课堂角色。坚持以学生为主体，以教师为主导的教学理念。教师在课堂教学中扮演好引导者、组织者、启发者和总结者的角色，培养学生的探究精神和创新意识。不仅要“授人以鱼”，更要注重“授人以渔”，鼓励学生自主学习，扮演好设计者和激励者的角色。 （3）积极进行教育教学理论研究，重视学术交流。对计算思维理论进行系统的学习和深入的研究，跟踪其在计算机教育领域的最新研究成果。同时，定期参加学术会议，了解国内外同行的教学改革成果，达到相互学习、共同提高的目的。
2.优化教学内容
根据计算思维的内涵，教学内容可从三个层面上进行优化。首先，弱化操作性内容的讲解，注重计算机基本原理和核心思想的讲解；其次，对现有的教学内容进行拔高，提炼体现计算思维的教学案例，梳理出用于思维教学的知识载体；最后，增加计算思维相关教学内容，构建培养计算思维的知识体系。这三个层次也是循序渐进、逐步深入的改进过程。
目前，减少或取消纯粹操作内容在课堂上的讲授已基本形成了共识，用于计算思维教学的案例也在不断积累。例如，图灵机体现了建模思维；冯·诺依曼体系结构体现了任务的抽象和分解；信息在计算机中的存储和显示体现了编码、解码思维；Cache、内存、外存三级存储系统体现了在时间和空间、效率和成本之间进行折中的思维方法；多处理器体现了并行处理。通过对这些典型案例的提炼和升华，形成了用于思维训练的知识载体，为构建计算思维培养的知识体系奠定基础。同时，增加一部分新的教学内容，逐步形成系统的计算思维培养知识体系。如增加计算思维的理论教学内容，用于系统学习计算思维；增加计算机常用算法（如递归等）和建模工具（如数据库建模工具E—R图）的讲授，用于培养求解问题的能力；此外，还应不断探索适用于思维训练的工具和语言，用于训练和强化计算思维。
3.改革教学方法
在教学学时较少的限制下，要完成计算思维能力的培养目标，就一定要改革现有教学方法。教学过程中应根据教学内容特点，因地制宜的采用恰当的教学方法。如涉及计算机基础理论内容时宜采用“问题驱动教学”，而应用性和技能性内容宜采用“案例教学”，[8]计算机硬件发展史则采用“参观教学”，计算机技术最新动态宜采用“专题讨论教学”。此外，由于大学计算机基础教学内容宽广，单一的教学方法不能满足全部的课程教学任务，因此要重视多种教学方法的综合运用。
例如，在教学组织和实施过程中，可以把案例教学和问题驱动教学结合，形成以问题驱动的案例教学方法，这种方法可以充分结合问题教学和案例教学的优点，更好的进行思维训练。其总体思路为：首先选取经典案例，在案例教学中以“提出问题→求解思路→操作步骤→知识总结→思维升华→拓展练习”为主线进行教学。具体思路是：以问题驱动案例，吸引学生对教学内容的关注，启发学生对问题进行思考；通过分析解决问题的思路，培养学生分析问题的的能力；操作讲解侧重培养解决问题的能力；把知识学习融合在案例讲解中，并进行总结归纳；对案例进行提升点评，指出案例中蕴含的计算思维；拓展练习用于强化能力，引导学生进行深层思考和自主学习。
四、结论
课堂调查和教学反馈显示，以计算思维能力培养为主的课程教学方式，使学生的学习兴趣明显增强，主动学习意愿大幅提高，对计算机基本原理和思想方法的理解更为深入，教学质量得到明显改善。在教学实践中也发现了一些问题，如目前还缺少配套的实验教材使得计算思维能力培养真正落地，针对计算思维能力的考核机制尚未建立等。为了更好地实施计算思维教学改革、运用计算思维指导教学实践，广大教育者还需要不断的研究和探索。
参考文献：
[1]佚名.九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明[J].中国大学教学，2010，（9）：4-9.
[2]Jeannette M. Wing. Computational Thinking[J].Communications of the ACM，2006，49（3）：33-35.
[3]董荣胜.《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》
呼唤教育的转型[J].中国大学教学，2010，（10）：10-14.
[4]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[J].中国大学教学，2010，（9）：5-9.
[5]陈国良，董荣胜.计算思维与大学计算机基础教育[J].中国大学教学，2011，（1）：7-11.
[6]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.
[7]谢旻.面向非计算机专业的计算思维培养模式探讨[J].中国电力教育，2013，（7）：109-110.
[8]宋荣杰，魏蕾.VB程序设计案例教学浅析[J].电脑技术与应用，2007，（11）：1437-1438.
（责任编辑：刘丽娜）
关键词：计算思维；大学计算机基础；案例教学
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）35-0119-02
“大学计算机基础”课程是针对高校非计算机专业一年级学生开设的计算机公共基础课程，课程的培养目标是使学生掌握计算机科学与技术的基础知识，具备利用计算机分析和解决问题的意识与能力，为更好地解决专业领域问题奠定基础。计算机基础教学是培养大学生综合素质和创新能力不可或缺的重要环节，是培养复合型创新人才的重要组成部分。[1]
一、大学计算机基础教学中存在的问题
随着信息技术课程在中小学课堂的普及，大学新生已经具备了一定的计算机操作能力，高校的计算机基础教育已不再是“零起点”，“大学计算机基础”课程面临新的挑战。通过对国内一些高校的调查发现，目前在大学计算机基础教学中存在如下问题。
1.对课程存在片面认识
许多人对大学计算机基础课程的定位为“工具”，认为“计算机就是工具”，大学计算机课程就是“学习使用计算机”、“学习使用工具”。“工具论”观点使学生对计算机学科的认识停留在肤浅层面，使教师把计算机基础教学重点放在各种软件工具的使用和操作技术的讲授上，不利于计算科学中核心思想与重要方法的传授，
2.缺少核心知识体系和稳定的知识结构
计算机基础虽然是“基础”课程，但目前尚未形成如同“数学”、“物理”等基础课程的核心知识体系和稳定的知识结构。近10年来，大学计算机基础教学大致经历了学生计算机基础知识相对匮乏和信息技术在中小学逐年普及两个阶段。前一阶段中，教学中以计算机软件和具体操作讲解为主，主要是学习使用办公自动化软件；后一阶段在教学过程中逐渐弱化计算机具体操作讲解，注重计算机应用技能的培养，除办公自动化软件之外，许多高校增加了数据库、多媒体、网络应等学习内容。从整体来看，随着计算机学科的发展，课程教学内容在逐渐调整。
3.教学学时大幅度减少
随着本科培养方案中专业学时的总体减少，计算机基础教学的学时也被大量的压缩，而专业学习和社会对学生的计算机综合能力要求却在不断提高。如何利用有限的学时培养、提升学生的计算机应用能力，成为计算机基础教育者共同关注的问题。
二、计算思维与计算机教育改革
1.计算思维内涵
国际上广泛认同的计算思维的定义是美国卡内基·梅隆大学周以真教授在2006年提出的：计算思维就是运用计算机科学的基本概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。[2]典型的计算思维包括约简、仿真、递归、并行、抽象和分解、启发式推理、折衷等一系列思维方式。
国内许多学者对计算思维做了进一步的阐述。如董荣胜教授认为计算思维的根本目的是解决问题的，即求解问题、设计系统和理解人类行为，计算思维的本质是抽象（Abstraction）和自动化（Automation），即什么能被有效的自动执行；[3]何钦铭教授阐述了计算思维的核心是基于计算环境（模型）的问题的求解，不仅构造计算环境，而且构造基于计算环境的问题求解过程。[4]
2.以计算思维为核心的计算机教学改革
计算思维的提出，得到了美国教育界的广泛支持，包括卡内基·梅隆大学在内的美国70多所高校都开展了以“计算思维”为核心的大学计算教育改革。此外，英国等其他欧洲国家和地区针对计算思维也进行了相应的研究和探讨。
计算思维的发展，引起了国内计算机教育者的密切关注。2010年7月在西安举办的“九校联盟（C9）计算机基础课程研讨会”发表了《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》，确定了以计算思维为核心的计算机基础课程的教学改革方向。[1]计算机教育领域的许多研究学者积极致力于计算思维能力培养的研究和实践，并取得了初步的研究成果。[5-7]
三、大学计算机基础课程中计算思维能力培养措施
大学计算机基础课程是大学生的第一门计算机课程，也是培养学生计算思维的关键平台。大学计算机基础教学如何承担起培养学生计算思维的任务，从技能培养转变为计算思维意识和能力培养，需要采取行之有效的措施。本文结合作者从事计算机基础教育的实践，从教学理念、教学内容、教学方法三方面进行教学探索与实践。
概括来说，第一，提升教师的教学理念，利用科学的理论指导计算思维的培养；第二，优化教学内容，重视计算机学科中的基本原理和核心思想，构建计算思维能力培养的知识体系；第三，采用恰当的教学方法，把以讲授知识点和操作技能为主线，改为以培养学生应用计算机求解问题的思维能力为主线，逐步培养学生计算思维认知能力。以下分别从上述三方面讨论计算思维能力的培养。
1.提升教学理念
教学理念是对于教师教学活动和学生学习活动的基本观念，先进的教学理念可以更好的指导教学实践。因此，计算思维能力的培养首先需要教师与时俱进，更新、完善教学理念，以指导教学实践。提升教学理念可以从以下几方面进行着手。
（1）纠正狭隘的教学观念。抛弃“工具论”的狭隘思想，树立大学计算机基础课程如同数学、物理等课程同等重要的“基础”地位。注重计算机科学中核心思想和方法的讲授，培养学生计算机科学独特的思维方式。
（2）恰当扮演课堂角色。坚持以学生为主体，以教师为主导的教学理念。教师在课堂教学中扮演好引导者、组织者、启发者和总结者的角色，培养学生的探究精神和创新意识。不仅要“授人以鱼”，更要注重“授人以渔”，鼓励学生自主学习，扮演好设计者和激励者的角色。 （3）积极进行教育教学理论研究，重视学术交流。对计算思维理论进行系统的学习和深入的研究，跟踪其在计算机教育领域的最新研究成果。同时，定期参加学术会议，了解国内外同行的教学改革成果，达到相互学习、共同提高的目的。
2.优化教学内容
根据计算思维的内涵，教学内容可从三个层面上进行优化。首先，弱化操作性内容的讲解，注重计算机基本原理和核心思想的讲解；其次，对现有的教学内容进行拔高，提炼体现计算思维的教学案例，梳理出用于思维教学的知识载体；最后，增加计算思维相关教学内容，构建培养计算思维的知识体系。这三个层次也是循序渐进、逐步深入的改进过程。
目前，减少或取消纯粹操作内容在课堂上的讲授已基本形成了共识，用于计算思维教学的案例也在不断积累。例如，图灵机体现了建模思维；冯·诺依曼体系结构体现了任务的抽象和分解；信息在计算机中的存储和显示体现了编码、解码思维；Cache、内存、外存三级存储系统体现了在时间和空间、效率和成本之间进行折中的思维方法；多处理器体现了并行处理。通过对这些典型案例的提炼和升华，形成了用于思维训练的知识载体，为构建计算思维培养的知识体系奠定基础。同时，增加一部分新的教学内容，逐步形成系统的计算思维培养知识体系。如增加计算思维的理论教学内容，用于系统学习计算思维；增加计算机常用算法（如递归等）和建模工具（如数据库建模工具E—R图）的讲授，用于培养求解问题的能力；此外，还应不断探索适用于思维训练的工具和语言，用于训练和强化计算思维。
3.改革教学方法
在教学学时较少的限制下，要完成计算思维能力的培养目标，就一定要改革现有教学方法。教学过程中应根据教学内容特点，因地制宜的采用恰当的教学方法。如涉及计算机基础理论内容时宜采用“问题驱动教学”，而应用性和技能性内容宜采用“案例教学”，[8]计算机硬件发展史则采用“参观教学”，计算机技术最新动态宜采用“专题讨论教学”。此外，由于大学计算机基础教学内容宽广，单一的教学方法不能满足全部的课程教学任务，因此要重视多种教学方法的综合运用。
例如，在教学组织和实施过程中，可以把案例教学和问题驱动教学结合，形成以问题驱动的案例教学方法，这种方法可以充分结合问题教学和案例教学的优点，更好的进行思维训练。其总体思路为：首先选取经典案例，在案例教学中以“提出问题→求解思路→操作步骤→知识总结→思维升华→拓展练习”为主线进行教学。具体思路是：以问题驱动案例，吸引学生对教学内容的关注，启发学生对问题进行思考；通过分析解决问题的思路，培养学生分析问题的的能力；操作讲解侧重培养解决问题的能力；把知识学习融合在案例讲解中，并进行总结归纳；对案例进行提升点评，指出案例中蕴含的计算思维；拓展练习用于强化能力，引导学生进行深层思考和自主学习。
四、结论
课堂调查和教学反馈显示，以计算思维能力培养为主的课程教学方式，使学生的学习兴趣明显增强，主动学习意愿大幅提高，对计算机基本原理和思想方法的理解更为深入，教学质量得到明显改善。在教学实践中也发现了一些问题，如目前还缺少配套的实验教材使得计算思维能力培养真正落地，针对计算思维能力的考核机制尚未建立等。为了更好地实施计算思维教学改革、运用计算思维指导教学实践，广大教育者还需要不断的研究和探索。
参考文献：
[1]佚名.九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明[J].中国大学教学，2010，（9）：4-9.
[2]Jeannette M. Wing. Computational Thinking[J].Communications of the ACM，2006，49（3）：33-35.
[3]董荣胜.《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》
呼唤教育的转型[J].中国大学教学，2010，（10）：10-14.
[4]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[J].中国大学教学，2010，（9）：5-9.
[5]陈国良，董荣胜.计算思维与大学计算机基础教育[J].中国大学教学，2011，（1）：7-11.
[6]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.
[7]谢旻.面向非计算机专业的计算思维培养模式探讨[J].中国电力教育，2013，（7）：109-110.
[8]宋荣杰，魏蕾.VB程序设计案例教学浅析[J].电脑技术与应用，2007，（11）：1437-1438.
（责任编辑：刘丽娜）