以培养计算思维为导向的计算机基础课程改革

郭小燕，韩俊英

(甘肃农业大学信息科学技术学院，甘肃兰州730070)

大学计算机教育是培养信息时代大学生综合素质和创新能力不可或缺的重要环节。但在信息技术高速发展的背景下，计算机基础课程在中小学早已普及，使得许多大学生在入校时已具备一定的计算机操作技能，这对大学计算机教育提供了基础，同时也造成了一定的冲击。大学计算机教育将何去何从，这引发许多本科院校对大学计算机基础课程的课程结构、性质以及定位的再一次思考，同时也将其推到不得不进行改革的风口浪尖上。

一、计算机基础课程性质及发展历程

自20世纪80年代我国各个大学普遍开设计算机基础课程以来，计算机基础课程教学在不断的改革与调整中主要经历了以下3个阶段［1］。

(一)第一阶段

1997年教育部高教司发布了《加强非计算机专业计算机基础教学工作的几点意见》(即155号文件)，同时规划了“计算机文化基础”、“程序设计语言”、“计算机软件技术基础”、“计算机硬件技术基础”和“数据库应用基础”5门课程及教学基本要求，确立了计算机基础课程的地位，并对课程体系作了规范化整合。

(二)第二阶段

起始于2004年，在《关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见暨计算机基础课程教学基本要求》中，明确提出了进一步加强计算机基础教学的若干建议，构建了“1+X”的课程设置方案，并将“大学计算机基础”作为第一门课程。此项改革促进了计算机基础教学不断向科学、规范、成熟的方向发展。从早期对于大学生计算机技能的培养，逐步过渡到对于计算机应用能力的培养。

(三)第三阶段

2010年，北京大学、清华大学、西安交通大学等9所“985工程”高校在西安召开了首届“九校联盟(C9)计算机基础课程研讨会”。会后发表了《九校联盟(C9)计算机基础教学发展战略联合声明》达成4点共识:(1)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。(2)旗帜鲜明地把“计算思维能力的培养”作为计算机基础教学的核心任务。(3)进一步确立计算机基础教学的基础地位，加强队伍和机制建设。(4)加强以计算思维能力培养为核心的计算机基础教学课程体系和教学内容的研究［2］。

会后，国家明确定位计算机基础课程是和数学、物理同地位的基础课程，计算机不仅为不同专业提供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——计算思维，这也成为推动计算机基础教育迈入第三次重大改革的主要力量。

计算思维作为推动人类社会文明进步和科技发展的3大科学思维(理论思维、实验思维和计算思维)之一，以计算思维培养为切人点是今后大学计算机课程深化改革、提高质量的核心任务。

二、计算机基础课程所面临的危机

现阶段，除一些985，211重点院校以及部分一本院校外，大部分二本院校，农林院校，师范院校，医科院校计算机基础课程的发展仍处在第二阶段，因此，面临计算机的普及、全民信息化的背景，以及中小学生已开设相关的计算机课程，大学生入学时已具备相应的计算机能力的现实，大学计算机基础课程正遭遇着巨大的危机，以至大学生、教师、学校、社会、对计算机基础课程都产生了怀疑，同时围绕这门课程是否有意义，是否该保留，是否应该弱化，展开了激烈的讨论，归结起来，产生这种怀疑的主要原因有以下两点。

(一)狭义工具论

认为教计算机基础就是教授计算机工具及其使用方法。许多大学的计算机基础教育的重点是一些实用软件及工具的介绍，“工具”意味着它是一种辅助性学科，并不是主业，这种狭隘的认知对信息科技的全民普及极其有害。

(二)课程内容设置不合理

课程的内容与大学生在中学时学到的计算机的内容有较大的重复，学生在上课时提不起兴趣。计算机基础课程在理论课堂中沿袭多年不变的以讲解Office应用软件的操作为主，使学生听课与练习脱节，从而丧失学习的兴趣。加之教师自身对课程的理解不充分，面临学生以及社会的质疑，教师对课程也开始怀疑，并陷入进退两难的尴尬境地。

三、计算机基础课程改革方案

(一)改革思路

响应教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会所提出的大学计算机基础课程新一轮改革的思路，以培养学生计算思维为导向，以提高大学计算机综合应用能力为目标，深入推进基础课程改革，促使高校大学生计算机基础教育尽快迈进到计算机基础教育的第三个阶段，开启计算机基础课程改革的历程。

学生审题能力在“趣味四部曲”中悄然提升，相信其他方面的学习如果能紧紧抓住“趣味性”这一主线，一定可以让学生在轻松、愉悦的氛围之中主动学习并掌握。

(二)改革方案

1．在课堂教学中加强计算思维的培养。计算思维(Computational Thinking，CT)是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为，本质是抽象化和自动化。它是如同所有人都具备“读、写、算”(简称3R)能力一样，都必须具备的思维能力［3］。大学计算机课程对学生计算机能力的培养，不能停留在技能、工具培养的层次，而是将学生思维能力的培养作为一个重要任务，并将其提升到一个新的高度，使计算机不只是软件、硬件等人造物呈现给我们的生活，而是让它被人们用来求解问题、管理日常生活以及与他人进行交流和互动。计算机枯燥且沉闷，人类聪颖且富有想象力。是人类赋予计算机激情，反过来，是计算机给了人类强大的计算能力，人类可以利用这种力量去解决大量计算的问题［4］，以下两个示例来说明人类思维与计算思维的相辅相承。

示例1将两个变量x，y中的数据进行交换。

思维方式

(1)变量是内存中的空间，可将其看作一个容器，用来存放数据。

(2)有x，y两个容器，分别放着数据5和数据6(假设)，任务是将两个容器中的数据进行交换。

(3)生活中的实例，有两个杯子，红杯里面盛有牛奶，蓝杯里盛有水，任务是将两个杯中液体进行交换。

(4)生活中的实例的解决方案是，再借助一个杯子。

(5)计算机中问题的解决方案类似，再借助一个变量t。

(6)计算机程序段:

T=x:x=y:y=t示例2将10个数据存放在数组中，求这10个数中的最大数。

思维方式

(1)10个数放在10个连续的容器中，分别以a(1)到a(10)编号，求这些容器存放的最大数。

(2)生活中的实例，10个盒子，每个盒子中都放了1个苹果，找出盒子中放置的最大苹果。

(3)生活中实例的解决办法，假定第一个盒子中的苹果最大，拿它跟第二个盒子的苹果相比较，如果第二个盒子里的苹果比较大，拿起第二个苹果，再跟第三个比较，依此类推，将剩下的9个苹果逐个做比较，总是拿起较大的苹果，比较结束时，最后手中拿到的就是最大的苹果。

(4)计算机程序实现

Max=a(1)

For i=2 to 10

If max＜a(i)then max=a(i)

Next i

Print max

由此可见，计算思维与人类思维相互渗透。在计算机基础课程的教育中，应该注重技能培养与计算思维并重，在课堂中注意培养学生的计算思维，同时也将计算思维和日常生活相联系。

2．优化计算机基础课程培养层次。以教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会对于大学计算机基础课程第三次重大改革的思路和内容为导向，提出对于非计算机专业分层次开设计算机基础课程的模式。分别为“计算机应用基础”，“计算机程序设计”，“计算机程序设计提高”，“计算机综合应用与兴趣培养”4个层次，如表1所示。

(1)计算机应用基础:开设“计算机应用基础”课程，以培养学生具有最基本的计算机知识和技能为目标，训练学生计算机操作能力为任务。理论部分主要为计算机硬件基础、计算机软件基础、算法基础，实践部分分为主流办公软件(Word，Excel，PowerPoint)的使用和计算机网络的基础操作两大组成部分。

(2)计算机程序设计:以培养学生具有逻辑思维的能力和基本的程序设计能力为目标，以训练学生具有用计算机解决实际问题的能力为任务。针对学生所学专业的特点分别开设“VB程序设计”，“C程序设计”，“VFP程序设计”。

(3)计算机程序设计提高:以培养学生计算机程序设计能力为目标，以训练大学生对于程序设计语言的综合应用能力为任务。针对学生所学专业的特点分别开设《VB程序设计提高》，《C程序设计提高》，《VFP程序设计提高》。

(4)计算机综合应用与兴趣培养:以培养学生的计算机兴趣，计算机综合应用能力为目标，训练学生利用计算机解决专业问题的能力，开阔学生眼界为任务。开设的课程有“网站建设与网页设计”，“计算机网络技术及应用”，“多媒体技术及应用”，“数据库技术及应用”，“计算机组装与维护”，“Photoshop图像处理与创意”，“Excel函数应用”，“电脑文秘与行政办公”，“Flash动画设计”等公共选修。

表1 计算机基础课程改革方案

3．加强对“计算机应用基础”课程的改革。“计算机应用基础”课程作为大学计算机基础教育开设的第一门课程，以培养大学生计算机基础理论和基本操作为主，对后续计算机基础课程的开设提供基础，也是培养大学生计算思维的起点，同时也是最备受质疑的一门课程，现提出以下改革方案。

(1)调整理论课程结构，将Office的讲解从理论课中去除，理论课以培养学生计算思维为主，Office的使用只在实验中讲解，知识结构见表2。

表2 以计算思维为导向的非计算机专业计算机基础课程知识体系

(2)优化实验课的授课内容。鉴于中小学生已开设相关的计算机课程，入学大学生已具备基本计算机使用能力，将Office的基本操作内容:如字体设置，段落设置，插入图片等在中学生已学内容在大学课堂中不讲或弱讲，在实验部分重点对学生自学时很难掌握，但又和学生日常生活、学习关系密切的内容加强训练。实验部分知识结构如表3所示:

表3 优化后的实验课授课内容

4．加强对程序设计类课程的改革。程序设计类课程是继“计算机应用基础”后开设的计算机课程，以更进一步培养学生的计算机应用能力、解决问题的能力以及计算思维为目标。主要分为2个阶段，基础阶段与提高阶段，基础阶段以教授程序设计语言的基本语法、基本算法、计算机语言的思维方式为主。提高阶段是在完成基础阶段的学习任务以后的后续学习过程，以训练学生编程能力，提高学生用计算机解决实际问题的能力、提高计算机等级考试过关率为主。

5．将项目教学法融入到理论与实践教学中。由于计算机课程有较强的实践性，因此在理论教学和实践教学中，设计适当的项目，构建一个现实的项目情境，使学生“亲临”在项目情境中的体验完成项目，在体验解决问题的快感中完成的学习过程，项目教学法不是由教师把知识简单地传递给学生，而是由学生自己建构知识。学生不是简单被动地接收信息，而是主动地建构知识的意义，使教学达到一种良性的互动，从而较好体现计算机课程有较强操作性和应用性的特点，同时在项目小组成员的沟通会话中，交流思想，分享经验，促进教学效果，使计算思维得到切实的应用。

四、改革成效

从2013年开始对甘肃农业大学2013级本科生计算机基础课程实行改革以来，与前三年(2010—2012)相比，学生的学习兴趣有明显提高，学习自觉性显著增强，理论课的卷面平均成绩由原来的62．5分，上升到了73．4分。实验课的达标率由原来的77%上升到85%，实验的优秀率由原来的7%上升到15%，在课堂完成实验的比率也由原来的86%上升到93%。改革效果得到了教师和学生的认可，以及教学专家的肯定，同时，改革思路为一些兄弟院校所效仿。

［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］ 胡乐，杜晓静，何秋燕．基于计算思维能力培养的计算机基础课程教学研究［J］．网络安全技术与应用，2013(10):49-51．

［3］ 张桂香，堵秀凤，于晓敏．基于计算思维的大学计算机基础教学设计［J］．高师理科学刊，2013，33(6):98-100．

［4］ 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(5):8-10．