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摘要：文章從教學內容入手，分析現階段課程內容的教學現狀，提出內容不斷更新、體現實用性、具有典型性、理論與實踐結合的改革思路，介紹面向計算思維能力培養的教學內容設計。

關鍵詞：大學計算機基礎；計算思維；教學設計；面向應用

一、背景

大學計算機基礎課程是面向非計算機專業大學生通識必修課程，是培養信息時代大學生綜合素質和創新能力不可或缺的重要環節。隨著計算機科學和技術的飛速發展，計算機學科的知識更新周期越來越短，傳統的計算機基礎課程中以Windows及Office等應用技能為主的教學內容遠遠滯后于學科發展。此外，教育部從2001年開始普及中小學信息技術教育，納入了許多傳統的大學計算機基礎的技能應用型的教學內容，傳統的大學計算機基礎的學習內容已經跟不上大一新生的學習需要。在這種情形下，迫切需要對大學計算機基礎課程進行教學改革。2010年，北京大學等9所高等學校發表了《九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》，確定將培養計算思維能力作為計算機基礎教學的核心任務。2015年，教指委（教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會）又發表了《大學計算機基礎課程教學基本要求》，進一步明確了大學生計算機能力的培養目標：不僅要理解計算學科的基本知識和方法，掌握基本的計算機操作技能，還要培養計算思維，掌握應用計算機技術分析解決問題的一般方法。目前，計算思維的概念已經得到了廣泛認同。然而，面對非計算機專業學生的計算機能力培養，如何有效推進以計算思維導向的教學改革仍然是對非計算機專業的計算機教育的挑戰，同時也是需要繼續深入研究的課題［1］。教學改革首先要改革的是教學內容。內容是知識的第一載體，是教學的綱領［2］。要培養計算思維能力，首先和重點就要設計與提煉表達計算思維過程的教學內容。計算思維的核心概念是經過高度概括和總結的抽象理論，并不適合成為直接的教學材料，其培養要滲透在具體的學科知識傳授、應用能力訓練的過程中［3］。如果教學內容不能體現計算思維的方式和過程，就很難開展計算思維能力的培養，因此，我們期望以教學內容改革為切入點，在大學計算機基礎教學中推進計算思維能力的培養。

二、現狀分析

目前許多國內高校都開展了面向計算思維能力培養的大學計算機基礎課程教學，作為從事計算機基礎課程教學的教師，通過教學實踐、問卷調查、院校交流、文獻查閱等方式，發現現階段的基于計算思維的課程教學中仍然存在不少問題，其中與教學內容相關的問題主要包括以下幾方面。（一）教學內容相對滯后。近年來計算機技術發展迅速，但是很多高校的計算機基礎教學內容卻沒有及時更新，涉及的教學內容還是平臺和軟件的操作與使用，所以學生無法學習到最新的計算機技術和知識。教學內容不夠新穎、實用、有趣，缺乏深度。（二）教學內容針對性不強。大學計算機基礎課程是除計算機專業以外所有的專業都要學習的課程，但各專業之間的學生在思維方式、學習興趣、理解能力、基礎知識等方面都有所區別。如果教學內容沒有專業的針對性，無法與專業結合滿足需求，學生就沒有學習的興趣，更遑論培養其計算思維能力了。（三）理論課程內容寬泛，點多卻不深入。按照教指委的指導意見，課程教學內容一般包括：信息與社會、計算機體系結構、操作系統、計算機網絡、算法與程序設計、數據庫技術、信息安全等。內容寬泛加上課時壓縮，教學往往點到即止，面對紛繁復雜的計算機專業詞匯，學生對于理論知識的學習變成了概念和知識點的簡單記憶，無法真正進行計算思維能力的培養。（四）理論與實驗教學脫節。理論教學內容側重于計算機解決問題的基本工作原理，概念、原理和方法的內容偏多，但許多高校的實踐實驗仍以傳統的Windows及Office工具軟件的學習為主，理論課程內容不能融入課程實踐，理論與實驗教學脫節，實驗課并沒有很好地發揮深化理論知識，培養應用能力、計算思維能力和信息素養的作用，學生普遍感覺理論知識的學習枯燥無味、抽象、難以理解，教學效果差。

三、改革思路

通過對大學計算機基礎教育教學內容的現狀進行分析，不難發現，計算機基礎教學作為非計算機專業的大學入學基本課程，必須在教學內容上不斷深化改革，才能不斷適應時代變化的需求。（一）不斷更新教學內容。圍繞計算思維能力的培養目標，重新設計和組織教學內容。針對原有的計算機基礎課程局限于傳統的計算機基本知識與理論教學的不足，整合、拓廣、深化教材內容，突出重要的概念與能力訓練，引入最新的學科前沿知識，例如當今人們所關注的人工智能、物聯網、云計算、大數據等前沿技術介紹等，將其作為重要的專題引入課堂，不斷提升教學內容的新穎性、實用性和趣味性，有效提升了大學計算機基礎課程的內涵。計算機新技術本身就是計算機技術發展到一定程度后針對新的問題的解決方案，體現了計算思維過程。（二）結合專業特點，合理組織教學內容。首先，在基本內容不變的前提下，明確各類專業與計算機的交叉知識點，適當引入計算機學科特別是計算機新技術在該專業領域應用的知識或者技能，使計算機基礎課程的教學內容體現專業特色，使學生能夠從自己專業領域的角度審視信息技術，更好地規劃專業學習課程。例如，文學類專業的學生可以介紹計算機寫詩、寫小說等實例及其中的計算機技術，音樂類專業的學生可以介紹音樂編制作曲軟件、計算機自動生成樂曲、音樂識別與比較等實例及其中的計算機技術。這些與專業相結合的計算機技術本身即是利用計算機解決實際問題的一般方法，體現了計算思維過程。具有專業特色的學習內容還可以有效提升學生的學習興趣、開闊學術視野培養探索精神。（三）加強實驗與理論互動。大學計算機基礎課程實踐性很強，實驗是教學過程中必不可缺的重要教學環節。要培養學生的計算思維能力，首先就要求學生要能靈活使用計算機這一基本的計算工具，在此基礎上還需有一定的實踐積累和動手操作能力［4］。為此，要精心編制設計實驗項目。實驗內容除了面向基本操作技能訓練，還要立足理論知識點，加強應用能力訓練，使學生在應用計算機過程中加深對計算機的基本概念和功能的認識和理解，掌握應用計算機技術解決問題的方法和思路，在實踐過程中自然而然地體會計算思維，從而潛移默化地具備計算思維的能力，培養分析問題、解決問題的能力?；炯寄苡柧毎ú僮飨到y的設置、使用和維護，辦公軟件（Office）的應用、Internet的基本使用等，應用能力訓練包括算法與程序設計基礎，數據庫的建立、使用和維護，網絡安全設置等。（四）刪繁就簡，提煉典型計算思維培養內容。目前，大部分高校的大學基礎課程課時并不充裕，但課程內容寬泛，要在有限的課時內達到計算思維能力培養的目標，實現問題求解能力的培養，勢必要梳理課程核心知識體系，提煉最能體現計算思維理念的內容重點展開教學。許多大學生已經具備了一定的自主學習能力，對他們來講，并不需要老師在課內喋喋不休地講解很多基礎性、概念性的知識點或操作方法，新型學習環境（網絡化、在線教育等）下學生完全可以根據的學習任務和學習資料按個體經驗和需要進行自主學習，教師只需要在必要的時候進行答疑即可［5］。

四、面向計算思維能力培養的教學內容設計

基于上述分析，參照教指委編制的指導意見，高校非計算機專業大學計算機基礎教學內容應該立足計算思維能力培養，具有時代特征，體現一定的新穎性；與專業結合，體現實用性；課程知識體系完整，重點突出，體現典型性；尤其注重理論與實踐教學內容結合，面向應用，使學生在學習和應用計算機的過程中自然而然地培養計算思維能力?；谝陨纤悸?，我們重新設計和組織了一種計算機基礎課程的教學內容組織框架。1.計算的發展歷程和應用。介紹計算的需求促進計算工具的革新、計算技術的發展歷程。介紹人工智能、物聯網、云計算、大數據等前沿的計算機新技術及其在各個領域尤其是在學生所學專業領域的典型應用。知識點還包括計算機的誕生和發展史、計算機的特點與應用、計算機的發展趨勢等。2.計算機基本工作原理。從構造自動計算工具的理論出發，介紹馮諾依曼計算機的思想與構成，以一個指令級機器程序的執行為基礎理解計算機的自動計算過程，進而理解“自動化”這一重要的計算思維概念。知識點還包括計算機的硬件和硬件系統、微型計算機的組成、計算機的性能指標等。3.軟件與操作系統。從為什么需要操作系統出發介紹作為計算平臺的操作系統的基本功能，重點介紹操作系統是如何實現計算資源的分工—合作與協同管理的基本思維，理解計算機資源的共享和競爭。介紹嵌入式操作系統、移動操作系統、虛擬機技術。知識點還包括操作系統的構成、操作系統的發展與演進。4.計算機中數據的表示。要利用計算機解決問題，首先就要對問題進行表示，對信息進行編碼并在計算機中存儲是問題求解的前提和基礎。從一張圖片信息的采集與顯示出發介紹信息在計算機中的存儲和表示，涉及采樣、量化、編碼、壓縮。在此基礎上介紹圖形、視頻、流媒體等技術。知識點還包括數制及相互轉化，數值、西文字符和漢字數據在計算機中的表示方法。5.算法類問題求解。算法與程序設計課程體現了問題求解過程，是進行計算思維能力培養的重要教學模塊。以典型問題（例如旅行商問題，或者與專業相關問題）求解算法為例介紹算法類問題求解的基本思路：問題抽象和數學建模，算法策略設計，算法的程序設計實現，算法的分析與評價?？梢越柚鶶cratchBlocks平臺、Blockly平臺等進行可視化編程實現算法，以幫助其加深對于計算機解決問題過程的理解，進而理解“抽象”、“自動化”等重要的計算思維概念。知識點還包括算法的起源、定義和表示，常用算法（求和、累乘、窮舉、迭代、遞歸、排序、查找）。6.數據庫技術。很多系統類問題的解決都依賴于數據庫系統。從數據管理的原因出發介紹數據庫技術基礎，以設計某高校學生信息管理系統為例介紹怎樣進行數據抽象和設計，并利用Access建立數據庫系統，理解系統化問題求解的典型思路。知識點還包括數據庫技術基礎的基本概念、數據描述的3個層次、數據模型、關系模型，關系數據庫系統。7.計算機網絡。從資源共享和信息交換出發介紹網絡基礎知識，其核心應該是約定問題（協議）。以組建宿舍網絡為例，介紹傳統局域網和無線局域網的組建。知識點還包括計算機網絡相關基本概念，網絡模型，網絡硬件，IP地址和DNS服務，移動通信網。8.計算機信息安全。以信息安全大事件為學習案例介紹防火墻技術、數據加密技術、數字簽名與數字證書、用戶身份識別等信息安全技術基礎；介紹維護信息安全的基本舉措，深入淺出地闡述如何免受信息安全威脅，保護自己的隱私和秘密，解決用戶關心的信息安全問題。以上各部分教學內容基本圍繞案例展開，融入了計算思維的核心概念如抽象和自動化，在具體教學時，可以圍繞問題的逐步解決展開，在教學的過程中自然而然地傳達這樣的解題思路。對于離散的、概念化的、基礎的知識點或操作方法可以通過學習資料以學習任務的形式事先布置給學生自學即可，我們的調查也顯示絕大部分的學生能接受這樣的學習任務。針對實驗教學內容，考慮到大一新生受來源地地域條件的限制呈現出較大差異，我們將傳統的以Windows及Office等應用技能訓練為主的基礎驗證型實驗移至學期前半段完成，這一階段大約需要4~6周（16∼24個學時）。經過這一階段的強化學習，絕大部分學生具備了一定的信息素養和計算機應用能力，更利于開展后半段面向計算思維能力培養的課程學習。針對上述8個模塊（32∼40個學時）相應實踐教學內容設計如下：1.計算機技術在本專業的應用。通過網絡搜索、對各自專業的教師和高年級學長進行調研等手段，了解計算機技術在本專業的典型應用與最新應用，以圖文形式提供研究報告并做課堂匯報，使學生從自己專業領域的角度審視計算機技術，加深計算機對于促進專業學習和能力培養重要性的認識。2.微型計算機硬件系統的組成。通過拆解和安裝微型計算機了解微型計算機的各硬件部件及其功能特性，理解以馮諾依曼計算機為理論基礎的現代計算機的結構和基本工作原理，要求以圖文形式提供實驗分析和報告。3.虛擬機（或模擬器）的安裝與使用。通過在PC上安裝一款Android模擬器并在其中安裝若干APP了解操作系統的基本功能，掌握虛擬機（或模擬器）的安裝與應用技術，要求以圖文形式提供實驗分析和報告。4.信息的存儲與表示。利用畫圖軟件繪制具有簡單形狀的字符或圖形，然后借助Matlab讀入圖片并進行處理（例如灰度化、二值化），通過查看和修改圖像矩陣（信息隱藏）理解信息在計算機中的存儲與表示。5.算法實現基礎。利用可視化編程工具實現常見問題如韓信點兵、百雞問題、漢諾塔問題的求解，理解計算機系統解決問題時的抽象和自動化思維。6.數據處理與管理。利用OfficeAccess開發一個簡單的高校學生信息管理系統，創建數據庫并使用窗體實現信息輸入、瀏覽和查詢等基本功能，理解利用數據庫技術解決系統類問題的基本過程，理解數據庫系統的三級模式結構。7.無線局域網組網與應用。掌握無線路由器的配置和加密方法，實現利用無線局域網連接互聯網，并利用局域網聊天軟件（飛秋、飛鴿等）實現非互聯網模式下的信息共享與傳遞，加深對于計算機網絡的基本功能的理解。8.簡單密碼的暴力破解。利用可視化編程工具實現簡單密碼的暴力破解，以圖文形式提供實驗分析與研究報告，就如何保護自己的隱私的各種信息安全手段與舉措寫出有見解的心得體會。以上分析與歸納是一個教學內容組織框架的設計，在具體的教學過程中還需要根據實際情況進行調整，給予合適的描述，使之能適合基礎各不相同的各個專業，便于操作。

四、結語

在大學計算機基礎課程教學中推進計算思維能力培養是當下高校非計算機專業計算機基礎教學改革與深化的必然趨勢。作為知識載體和教學綱領的教學內容改革是其中的重中之重。面向非計算機專業的計算機教育本質應當是計算機應用的教育，教學內容應當面向應用，要以大學生的專業學習、生活和將來工作的需要為導向，體現計算機解決問題的思路，使學生在學習和應用計算機時自然而然地感受計算思維要素之妙，掌握計算思維的基本方式，實現思維能力和應用能力同步提升。為此，教學內容必須強化理論指導下的實踐，一方面要講知識，講方法，講科學，一方面更要重視理論聯系實踐，實踐出真知，讓學生在實踐中學知識，驗證方法，感悟解決問題的思路，達到培養計算思維能力和解決實際問題能力的目標。

作者:蔡美玲 單位:湖南師范大學