孫淑霞

摘要：本文針對地方高校第一門計算機基礎(chǔ)課程“大學計算機基礎(chǔ)”的改革，介紹了大學計算機基礎(chǔ)課程的改革歷程，推進課程改革和建設(shè)的做法，以及以計算思維為導(dǎo)向?qū)Υ髮W計算機基礎(chǔ)課程進行改革的探索和教學內(nèi)容的設(shè)計。

關(guān)鍵詞：大學計算機基礎(chǔ)；計算思維；程序設(shè)計；算法流程圖；思維導(dǎo)圖；地方高校

“大學計算機基礎(chǔ)”是面向高校非計算機類各專業(yè)的第一門計算機公共基礎(chǔ)課程，是培養(yǎng)信息時代大學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力不可或缺的重要環(huán)節(jié)。目前，如何推進以計算思維為導(dǎo)向的大學計算機基礎(chǔ)課程改革是地方高校要接受的挑戰(zhàn)，同時也是需要深入研究的課題。

一、大學計算機基礎(chǔ)課程的改革歷程

我國在高等教育中計算機基礎(chǔ)教學經(jīng)歷了三次改革。

1．1997－2004年計算機普及階段。1997年，教育部教高司頒布了155號文件《加強非計算機專業(yè)基礎(chǔ)教學工作的幾點意見》，是我國計算機基礎(chǔ)教學歷史上具有里程碑意義的指導(dǎo)性文件，它確立了計算機基礎(chǔ)作為大學基礎(chǔ)課程的地位，提出了計算機基礎(chǔ)教育的“計算機文化基礎(chǔ)、計算機技術(shù)基礎(chǔ)、計算機應(yīng)用基礎(chǔ)”的三層次課程體系。各高校在師資隊伍的培養(yǎng)和實驗室的建設(shè)上都進行了較大力度的投入，“計算機文化基礎(chǔ)”進入各專業(yè)的本科培養(yǎng)計劃，成為開設(shè)的第一門計算機基礎(chǔ)課程。各高?；臼前凑沼嬎銠C基礎(chǔ)三個層次開展教學，重點是技能的培養(yǎng)。

2．2004年，計算機基礎(chǔ)教學指導(dǎo)委員會提出了在新形勢下進一步加強高校計算機基礎(chǔ)教學的意見，教育部高教司2006年發(fā)布了《關(guān)于進一步加強高等學校計算機基礎(chǔ)教學的意見暨計算機基礎(chǔ)課程教學基本要求》（簡稱“白皮書”），提出了加強計算機基礎(chǔ)教學的11條建議，確定了“4個領(lǐng)域×3個層次”的知識結(jié)構(gòu)總體構(gòu)架以及“1+X的課程設(shè)置方案”，考慮到不同辦學層次的學校（專業(yè)）的實際情況，將教學基本要求分為“一般要求”和“較高要求”兩個層次，并且給出了6門典型核心課程（大學計算機基礎(chǔ)、計算機程序設(shè)計基礎(chǔ)、計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)與應(yīng)用、多媒體技術(shù)與應(yīng)用以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用）。“大學計算機基礎(chǔ)”課程逐步取代了“計算機文化基礎(chǔ)”課程。2009年，教育部高等學校計算機基礎(chǔ)課程教學指導(dǎo)委員會發(fā)布的《高等學校計算機基礎(chǔ)教學發(fā)展戰(zhàn)略研究報告暨計算機基礎(chǔ)課程教學基本要求》繼承了“白皮書”中“4個領(lǐng)域×3個層次”的計算機基礎(chǔ)教學的知識結(jié)構(gòu)以及“1+X”的課程設(shè)置方案等。同時在三個方面做了重要發(fā)展：一是充實了上述知識結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，形成了計算機基礎(chǔ)教學的知識體系；二是提出和構(gòu)建了計算機基礎(chǔ)教學的實驗體系；三是基于知識體系和實驗體系，科學地描述各專業(yè)大類核心課程的教學基本要求[1]。

3．2012年教育部啟動了第三輪大學計算機課程改革項目，批準了“以計算思維為導(dǎo)向的大學計算機基礎(chǔ)課程研究”等22個項目。旨在提升大學生信息素養(yǎng)和應(yīng)用能力，推動以計算思維能力培養(yǎng)為重點的大學計算機課程改革。

大學計算機基礎(chǔ)課程開展計算思維教學，并不是顛覆原有的課程內(nèi)容，而是在原有課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上進行梳理、提升和優(yōu)化，將原有課程中無意識的計算思維教學變?yōu)橹鲃拥?、積極的、有意識的計算思維教學。

作為占全國高校95%以上的地方高校，已經(jīng)成為中國高等教育的主體部分，迫切需要根據(jù)地方高校的特點探索出合適的改革方案。

二、抓住契機，推進課程改革和建設(shè)

在大學計算機基礎(chǔ)教學的每一次改革浪潮中，我們的做法是抓住契機，積極主動地參與，不斷探索和實踐，推進大學計算機基礎(chǔ)課程改革和建設(shè)。

1998年，根據(jù)教育部教高司155號文件精神，面向全校非計算機專業(yè)學生開設(shè)了計算機文化基礎(chǔ)、計算機技術(shù)基礎(chǔ)、計算機應(yīng)用基礎(chǔ)三個層次的6門計算機基礎(chǔ)課程。教學重點放在技能的培養(yǎng)。

2004年，以精品課程建設(shè)為契機，開展課程建設(shè)，建立了系列網(wǎng)絡(luò)平臺。通過建設(shè)課程網(wǎng)站，完成或完善教學大綱、演示文稿、動畫演示、習題答案、教學錄像、實驗內(nèi)容、實驗指導(dǎo)、測試系統(tǒng)等；教學網(wǎng)站為師生提供了資源下載、作業(yè)提交、在線討論與提問、即時評教等；資源網(wǎng)站為學生提供課外學習的多種參考資料。這些網(wǎng)站為教與學提供了方便，也為教學質(zhì)量的保障起到了不可估量的作用。

2007年，抓住“十一五”國家級規(guī)劃教材建設(shè)的契機，出版了《大學計算機基礎(chǔ)》系列教材，第一門計算機基礎(chǔ)課程也從“計算機文化基礎(chǔ)”過渡到了“大學計算機基礎(chǔ)”，教學重點轉(zhuǎn)到能力培養(yǎng)。

2012年，以教育部第三輪大學計算機課程改革項目“基于計算思維的地方高校大學計算機基礎(chǔ)課程教學改革與實踐”為契機，推動以計算思維能力培養(yǎng)為重點的大學計算機課程改革，開展以計算思維為導(dǎo)向的大學計算機基礎(chǔ)課程建設(shè)，出版了以計算思維為導(dǎo)向的《大學計算機基礎(chǔ)》新教材。同時抓住精品資源共享課建設(shè)的契機，進一步推動課程資源建設(shè)和課程內(nèi)容的改革。

15年來，我們深深地體會到，大學計算機基礎(chǔ)課程教學只有抓住契機，以各級教改項目為依托，為課程改革和建設(shè)創(chuàng)造條件，團隊成員共同參與，協(xié)同努力，不斷探索，才能適應(yīng)各個時期社會對人才培養(yǎng)的需要，鞏固課程的地位。

三、大學計算機基礎(chǔ)課程改革

2013年我們通過參與教育部第三輪大學計算機課程改革項目“基于計算思維的地方高校大學計算機基礎(chǔ)課程教學改革與實踐”，針對地方高校的實際情況對大學計算機基礎(chǔ)課程主要進行了如下改革。

1．踏實邁進、平穩(wěn)過渡。對原有教學內(nèi)容進行梳理、整合、提高、優(yōu)化。

2．多校聯(lián)合，協(xié)同創(chuàng)新，共建共享。通過多所地方高校聯(lián)合編寫以計算思維為導(dǎo)向的《大學計算機基礎(chǔ)》教材，建設(shè)包括教學大綱、教學日歷、演示文稿、習題作業(yè)及答案、試題庫等課程基本資源，并通過實踐對其進行評價。聯(lián)合可充分發(fā)揮各高校的特長，更利于協(xié)同創(chuàng)新，相互學習，取長補短，更好地進行資源共享。

3．進行課程內(nèi)容更新，結(jié)構(gòu)調(diào)整。各學?？筛鶕?jù)本校教學時數(shù)選擇不同章節(jié)或者不同模塊組織教學（見圖1）。

圖1大學計算機基礎(chǔ)課程教學組織結(jié)構(gòu)

4. 重點增強問題求解，通過算法、程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)三部分實現(xiàn)。由于流程圖是大部分高校計算機基礎(chǔ)課程首先引入的與程序、算法表達有關(guān)的基礎(chǔ)概念，所以我們引入Raptor解決算法問題，使一些原本抽象的理念變得更加清晰。

Raptor（the Rapid Algorithmic Prototyping Tool for Ordered Reasoning，用于有序推理的快速算法原型工具）是一種可視化的程序設(shè)計環(huán)境，為程序和算法設(shè)計的基礎(chǔ)課程的教學提供實驗環(huán)境。Raptor已經(jīng)被卡內(nèi)基?梅隆大學等世界上22個以上的國家和地區(qū)的高等院校使用在計算機基礎(chǔ)課程教學中。它用連接基本流程圖符號來創(chuàng)建算法，可以在其環(huán)境下直接調(diào)試和運行算法（單步執(zhí)行或連續(xù)執(zhí)行），方便跟蹤Raptor程序指令流的執(zhí)行過程，可以直觀地顯示當前執(zhí)行符號所在的位置、所有變量的值。實踐證明，Raptor的引入使學生在沒有學習程序設(shè)計語言前就可以很容易地調(diào)試和執(zhí)行算法。

5．實驗教學以應(yīng)用能力和計算思維培養(yǎng)為主線。實驗教學除保留計算機組成、操作系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)一些基本實驗外，主要進行了如下優(yōu)化和提升：

（1）提升辦公軟件的任務(wù)。取消中學階段信息技術(shù)課程中所學內(nèi)容，以任務(wù)驅(qū)動，優(yōu)化內(nèi)容。

（2）用Raptor進行三種控制結(jié)構(gòu)流程圖的編制。通過實驗使學生很容易理解和掌握理論教學中的算法內(nèi)容。

（3）運用FreeMind繪制思維導(dǎo)圖。FreeMind是一種利用圖像式思考輔助工具來表達發(fā)散性思維的工具，通過在平面上的一個主題出發(fā)畫出相關(guān)聯(lián)的對象。由于這種表現(xiàn)方式和人思考時的空間想象比單純的文本更加接近，已經(jīng)越來越為大家用于創(chuàng)造性思維過程中。

思維導(dǎo)圖適合自頂向下逐步求精、模塊化的設(shè)計方法，在一個軟件項目中，思維導(dǎo)圖可作為系統(tǒng)的功能設(shè)計、總體設(shè)計、頭腦風暴、項目會議組織的思維與描述工具。圖2是一種“教師信息管理系統(tǒng)”思維導(dǎo)圖。

（4）引入XMind“可視化思維工具”。通過XMind可以繪制思維導(dǎo)圖、魚骨圖、二維圖、樹形圖、邏輯圖、組織結(jié)構(gòu)圖等以結(jié)構(gòu)化的方式來展示具體的內(nèi)容。用XMind繪制圖形的時候，可以時刻保持思路清晰，隨時把握計劃或任務(wù)的全局，快速厘清思路，提高工作和學習的效率。XMind最典型的應(yīng)用有會議記錄、任務(wù)計劃、知識管理、寫作提綱、主題演示、教學等。

圖2“教師信息管理系統(tǒng)”思維導(dǎo)圖

四、以計算思維為導(dǎo)向，設(shè)計教學內(nèi)容

國際上廣泛認同的計算思維定義來自美國卡內(nèi)基?梅隆大學周以真教授。周以真教授認為，計算思維是運用計算機科學的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計，以及人類行為理解的涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動[2]。計算思維的本質(zhì)是抽象和自動化。如同所有人都具備“讀、寫、算”（簡稱3R）能力一樣，計算思維是必須具備的思維能力。

根據(jù)“基于計算思維的地方高校大學計算機基礎(chǔ)課程教學改革與實踐”項目實施計劃，通過對課程內(nèi)容的梳理，進行了如下理論教學內(nèi)容的設(shè)計。

1．引論。突破傳統(tǒng)教學的組織方式，增加計算模型、計算思維基本概念的內(nèi)容，有意識地引導(dǎo)學生思考計算思維的問題。

2．計算機硬件基礎(chǔ)。通過易經(jīng)的陰陽、電路中的0和1到計算機中的0和1，更好地理解計算機為什么采用二進制；介紹現(xiàn)代計算機中數(shù)據(jù)的存儲與表示，數(shù)據(jù)壓縮方法，計算機硬件組成。

3．計算機軟件基礎(chǔ)。介紹作為計算平臺操作系統(tǒng)的發(fā)展、虛擬化技術(shù)、移動操作系統(tǒng)；從理論層面而非操作層面介紹操作系統(tǒng)的功能，理解計算機資源的共享和競爭。

4．算法基礎(chǔ)。算法是計算科學的精髓，是教學的重點之一。介紹算法的起源、算法的3種結(jié)構(gòu)、算法的表示、算法設(shè)計基本方法、常見算法（求和、累乘、窮舉、迭代、遞歸、查找與排序）、算法的評價，通過Raptor流程圖實現(xiàn)算法。實踐證明，這樣很容易被初學者理解和掌握。

5．程序設(shè)計基礎(chǔ)。介紹高級程序設(shè)計語言的特征、程序設(shè)計過程和方法、Raptor流程圖編程、基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

6. 數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)。介紹數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫模型、結(jié)構(gòu)化查詢語言，以設(shè)計某高校學生教學管理系統(tǒng)為例說明數(shù)據(jù)庫的建立。

7．計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。介紹網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識，當前網(wǎng)絡(luò)中常見的、新的概念、技術(shù)和應(yīng)用。以組建家庭網(wǎng)絡(luò)為例，介紹傳統(tǒng)局域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、電力線載波局域網(wǎng)的組建。

8．計算機信息安全。介紹數(shù)據(jù)加密技術(shù)、數(shù)字簽名與數(shù)字證書、用戶身份識別等信息安全基礎(chǔ)；用網(wǎng)絡(luò)防火墻、無線網(wǎng)絡(luò)安全管理、漏洞掃描、運行隔離阻擋信息安全的威脅，深入淺出地闡釋與一般用戶相關(guān)的信息安全知識，解決一般用戶關(guān)心的信息安全問題。

針對實驗教學內(nèi)容，我們進行了如下設(shè)計。

1．計算機組成及操作。通過微型計算機的組裝了解微型計算機各部件及其組成。

2．Windows操作系統(tǒng)。了解Windows 7的操作和虛擬機的使用。

3．Microsoft Word 2010。以一篇畢業(yè)論文為素材進行長文檔排版，掌握科技論文的編排；完成一個圖文表混排的文檔。

4．Microsoft Excel 2010。用Excel完成一個學生成績的綜合管理和數(shù)據(jù)的圖表化。

5. Microsoft Powerpoint 2010。通過一個元旦晚會的演示文稿，掌握演示文稿中文字、動畫、聲音和視頻的添加。

6．程序設(shè)計基礎(chǔ)。完成順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、循環(huán)和分支結(jié)構(gòu)流程圖編程；運用FreeMind繪制思維導(dǎo)圖，運用XMind繪制魚骨圖。

7．計算機網(wǎng)絡(luò)。完成無線路由器的設(shè)置和無線局域網(wǎng)上網(wǎng)，組建電力線載波局域網(wǎng)。

8．計算機信息安全。掌握如何保護自己的隱私和秘密，網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的使用。

教育需要創(chuàng)新，“大學計算機基礎(chǔ)”課程的教學應(yīng)該教什么（內(nèi)容）？如何教（方法）？在當前形勢下，探索以計算思維為導(dǎo)向的教學設(shè)計，使教師和學生真正能夠在教學中學會構(gòu)建計算環(huán)境、進行問題求解，是我們正在尋找的突破點。

參考文獻：

[1] 教育部高等學校計算機基礎(chǔ)課程教學指導(dǎo)委員會. 高等學校計算機基礎(chǔ)教學發(fā)展戰(zhàn)略研究報告暨計算機基礎(chǔ)課程教學基本要求[M]. 北京：高等教育出版社，2009.

[2] Jeannette M. Wing. Computational Thinking[J]. Communications of the ACM. 2006, 49(3).

[項目來源：教育部高等教育司大學計算機課程改革項目（2-4）“基于計算思維的地方高校大學計算機基礎(chǔ)課程教學改革與實踐”]

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