李立春

摘要：如今多學(xué)科融合、跨學(xué)科培養(yǎng)是本科教育的必然趨勢，在工程應(yīng)用的過程中培養(yǎng)學(xué)生計算思維的能力，促進(jìn)學(xué)生積極聯(lián)想與探索，實現(xiàn)計算思維與專業(yè)相融合，充分利用線上線下混合教學(xué)模式拓展學(xué)生的思維，讓學(xué)生感受到大學(xué)計算機課程的魅力。

關(guān)鍵詞：計算思維;線上線下;大學(xué)計算機

中圖分類號：G642 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）35-0207-02

1 背景

2020年秋季學(xué)期，因居家隔離的原因在線上進(jìn)行了一個學(xué)期的線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。其間在家里和學(xué)生一起學(xué)習(xí)，學(xué)會了使用多種直播軟件，錄制教學(xué)小視頻，剪輯編輯小視頻。突然打開另一扇思維空間的大門，逐漸理解了線上教學(xué)的特點。目前在大學(xué)計算機課程學(xué)時不斷壓縮的情況下，同時還存在理論知識和實用技能哪一個是我們的教學(xué)重點的爭論，在海量的信息中教學(xué)內(nèi)容如何進(jìn)行選擇。基本理論知識的堆砌沒有形成理論框架，需要圍繞計算思維主線確定主要內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)，因此大學(xué)計算機課程改革勢在必行。

2 大學(xué)計算機課程的內(nèi)容

大學(xué)計算機是普通本科大學(xué)教育中不可缺少的獨立課程。各個高校大學(xué)計算機主要講解的內(nèi)容側(cè)重點不盡相同，分以下三種情況。

1）講授計算機文化基礎(chǔ)相關(guān)內(nèi)容，主要講解計算機的基本概念以及流行軟件產(chǎn)品的使用介紹。我校在計算機剛剛興起的初期采用此種培養(yǎng)模式。

2）講授計算機應(yīng)用基礎(chǔ)相關(guān)內(nèi)容，主要是從多門課程多種軟件中提煉出共性知識，強調(diào)應(yīng)用素質(zhì)的培養(yǎng)。教學(xué)以任務(wù)驅(qū)動，例如講文章排版的素養(yǎng)而非Office，講程序的基本要素與程序設(shè)計而非流行程序設(shè)計語言等。整個教學(xué)分為課堂教學(xué)和實驗教學(xué)兩大部分，課堂教學(xué)主要是任務(wù)驅(qū)動的共性知識講授，實驗教學(xué)是流行軟件產(chǎn)品應(yīng)用技能訓(xùn)練。我校在中期采用此種培養(yǎng)模式進(jìn)行計算機教學(xué)。

3）講授大學(xué)計算機計算思維相關(guān)內(nèi)容，計算思維是大學(xué)生創(chuàng)造性思維培養(yǎng)的重要組成部分，知識傳授與素養(yǎng)培養(yǎng)貫穿于思維教學(xué)當(dāng)中，要求教師從知識的灌輸轉(zhuǎn)變成計算思維的傳授[1]。目前我校主要是采用此種計算思維的培養(yǎng)模式。

3 計算思維

2006年3月，周以真教授定義了計算思維。周教授認(rèn)為：計算思維（Computational Thinking）是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動[2]。

由于計算機沒有思想，控制計算機的人借助已經(jīng)掌握的思維來操作計算機[3]。學(xué)習(xí)計算機語言及程序設(shè)計、數(shù)據(jù)庫等課程時，可以通過不斷的訓(xùn)練掌握相關(guān)的計算機知識和技能;學(xué)習(xí)云計算與云服務(wù)、企業(yè)資源規(guī)劃與供應(yīng)鏈管理等課程時，是對學(xué)生知識與視野的拓展，對所學(xué)知識寬度和深度的擴展，講述一些前沿性和貫通性的內(nèi)容是對能力的培養(yǎng)。而大學(xué)計算機課程（計算思維導(dǎo)論）是啟發(fā)理解性的知識，指出了大學(xué)計算機面向計算思維的課程內(nèi)容最小集合以及擴展集合，試圖破解在計算機課程教學(xué)內(nèi)容體系方面的困惑[4]。良好的計算思維需要好奇、思考、聯(lián)想和貫通。

關(guān)于計算機思維的幾個誤區(qū)：

1）計算思維是人的思維不是計算機的思維，是站在計算機的角度尋找問題的求解，同時激發(fā)人的想象力，把計算機當(dāng)作解決問題的工具。

2）計算思維不止應(yīng)用在計算機上，還可應(yīng)用于生活中。我們應(yīng)該培養(yǎng)每個學(xué)生的計算思維能力。比如學(xué)生上課前要把課本以及相關(guān)資料放到書包中，就是緩存和預(yù)置的思想。

3）計算思維不是純粹的數(shù)學(xué)性的思考，它來自工程思維，需要與其他學(xué)科的知識進(jìn)行融合。

4 大學(xué)計算機課程的實施方案

1）線上課堂

近兩年人們對開放式的大規(guī)模線上教學(xué)（MOOC）狂熱的態(tài)度已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槔硇缘姆此迹槍W(xué)生特點可控可微調(diào)的小規(guī)模線上課堂受到了師生們的青睞。利用超星集團的學(xué)習(xí)通平臺按照課程的目標(biāo)要求建立本課程本班級的私有學(xué)習(xí)空間。一些課堂上沒有講授或講授不完整的內(nèi)容在學(xué)習(xí)通中有完整的體現(xiàn)，學(xué)生要完成學(xué)習(xí)通中的視頻、文檔、測試、作業(yè)和考試，并參與學(xué)習(xí)通中的討論，按要求取得相應(yīng)的成績。線上課堂拓展了學(xué)生學(xué)習(xí)的空間，把學(xué)生的零散時間利用起來，可以對重點和難點內(nèi)容進(jìn)行重新多次學(xué)習(xí)。在線上課堂還針對感興趣且學(xué)有余力的學(xué)生設(shè)置了一部分“有深度”內(nèi)容，以供有選擇性地學(xué)習(xí)。無論何時何地利用手機App的學(xué)習(xí)可以馬上開始，移動生態(tài)下的線上課堂使教師授課、學(xué)生學(xué)習(xí)、課內(nèi)外練習(xí)、考試等教學(xué)環(huán)節(jié)實現(xiàn)了環(huán)環(huán)相扣，充分利用空間優(yōu)勢和時間優(yōu)勢實現(xiàn)與線下傳統(tǒng)教學(xué)的有機融合。

2）線下傳統(tǒng)課堂

以學(xué)生為本、以教師為主導(dǎo)的線下傳統(tǒng)課堂的授課方式還是不能丟棄的。線上課堂中的教學(xué)內(nèi)容往往都是微視頻和微練習(xí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)時間多數(shù)情況下也是分散的，學(xué)生學(xué)習(xí)過程有碎片化的傾向。為了避免這種情況，教師利用學(xué)校課表安排的線下傳統(tǒng)課堂，圍繞計算思維完成主線內(nèi)容和重點內(nèi)容的講解，在學(xué)生充分預(yù)習(xí)線上課堂內(nèi)容的前提下組織討論，學(xué)生均應(yīng)參加課堂學(xué)習(xí)，參加聽課與討論。這樣使線上課堂和線下課堂互為補充，并且能面對面地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和共性問題，及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)進(jìn)度。

3）線下翻轉(zhuǎn)課堂

移動互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展使學(xué)生線上課堂自主學(xué)習(xí)成為可能，進(jìn)一步催化了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式。線下翻轉(zhuǎn)課堂提高了學(xué)生課余時間的利用率，改變了學(xué)生聽課的精神面貌，增強了學(xué)生課堂上的參與意識，堅持以學(xué)生為中心發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性[5]。學(xué)生站上講臺講課，老師聽課點評，學(xué)生再討論，具體方案實施如下：

首先根據(jù)本班人數(shù)，分5組或6組進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂，每小組6人左右，分組原則可按學(xué)號組合或自由分組。根據(jù)計劃，兩次理論課后，一次翻轉(zhuǎn)課堂，每小組主講時間為5～8分鐘。每次翻轉(zhuǎn)課堂由老師確定翻轉(zhuǎn)課堂題目，各個小組進(jìn)行選擇，老師隨機指派每小組的一名學(xué)生進(jìn)行主講。老師以及其他小組學(xué)生提問，翻轉(zhuǎn)組組員進(jìn)行回答討論。組內(nèi)評分，每組按組員所做工作，給出排名。老師和學(xué)生評委（每組推選1人）根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂效果和回答問題情況打分，翻轉(zhuǎn)課堂評分表如圖1所示。

教師在整個翻轉(zhuǎn)課堂中要提前了解學(xué)生的學(xué)習(xí)困難，并進(jìn)行有效的引導(dǎo)，如果只布置任務(wù)不進(jìn)行輔導(dǎo)答疑，學(xué)生會沒有方向感，達(dá)不到預(yù)期的效果。翻轉(zhuǎn)課堂再建了學(xué)生的學(xué)習(xí)流程，促使學(xué)生提前積極自主完成線上線下課堂的相關(guān)內(nèi)容，并且進(jìn)行探索性學(xué)習(xí)查找相關(guān)資料來重新組織授課內(nèi)容。同時同學(xué)之間進(jìn)行了有目標(biāo)的更高效的交流討論，在不知不覺中知識就得到了快速的內(nèi)化吸收，最后以自己的風(fēng)格和講課節(jié)奏來呈現(xiàn)知識的表達(dá)。翻轉(zhuǎn)課堂強化了學(xué)生的參與度，以小組為單位增強了學(xué)生的團隊合作意識和集體榮譽感。

在線上線下混合模式大學(xué)計算機授課過程中，教師要參與到各個教學(xué)環(huán)節(jié)中，需要組織線上課程視頻內(nèi)容、文字內(nèi)容、試題庫、傳統(tǒng)課堂主線重點內(nèi)容、圍繞計算思維的教學(xué)案例、作業(yè)、翻轉(zhuǎn)課堂討論主題、及時線上線下答疑等一系列內(nèi)容。教師的作用得到了充分的體現(xiàn)，這樣才能環(huán)環(huán)相扣達(dá)到理想的教學(xué)效果。

5 面向計算思維教學(xué)內(nèi)容的組織

該課程從計算思維的概念和本質(zhì)出發(fā)，詳細(xì)闡述了計算機課程中經(jīng)典計算思維的應(yīng)用，歸納總結(jié)了以計算思維培養(yǎng)為核心的教學(xué)內(nèi)容[6]。相關(guān)教師組織并探討了各個章節(jié)之間知識貫通的案例教學(xué)方法[4]，制定了切實可行的培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱。本課程講授信息的素養(yǎng)和計算的思維，而不是講解計算機與軟件的應(yīng)用（即所謂工具的使用），后者將通過相應(yīng)的實驗教材和實驗課來傳授。由于課時有限，在第一學(xué)期我們只講解了前六個內(nèi)容即計算思維課程內(nèi)容最小集合。算法思維部分在后續(xù)的程序設(shè)計課程中進(jìn)行講解，信息素養(yǎng)部分列為線上課堂自學(xué)內(nèi)容。

1）計算機、計算與計算思維

本部分首先介紹人類探索自動計算的歷史以及計算機出現(xiàn)的重大科學(xué)意義。其次重點介紹計算思維的本質(zhì)：計算機描述（信息表示，簡約）;遞歸思維（抽象與分解，轉(zhuǎn)化）;權(quán)衡利弊（容錯與糾錯，共生）;啟發(fā)性推理（忠誠的策略）。最后理解計算之樹——計算思維多維度框架。

2）符號化、計算化與自動化

首先通過介紹小白鼠測試哪瓶水有毒的實驗問題引入二進(jìn)制的思維，然后層層遞進(jìn)講解語義符號化、符號計算化、計算自動化。具體如圖2所示。

3）程序與遞歸：組合、抽象與構(gòu)造

了解計算系統(tǒng);理解程序、計算學(xué)科中的“組合”和“抽象”的概念;掌握程序的構(gòu)造性;區(qū)分“遞歸”和“迭代”。具體如圖3所示。

4）馮?諾依曼計算機—機器級程序及其執(zhí)行

了解圖靈機的基本思想;理解馮?諾依曼計算機基本思想;理解存儲器、運算器和控制器的基本工作原理;掌握計算機指令的執(zhí)行——節(jié)拍、時鐘和信號的區(qū)別;了解現(xiàn)代計算機的硬件組成;重點理解機器級程序的存儲與執(zhí)行。

5）現(xiàn)代計算機—復(fù)雜環(huán)境下程序執(zhí)行

了解現(xiàn)代計算機的構(gòu)成以及現(xiàn)代計算機的存儲體系;掌握操作系統(tǒng)對計算機資源的分工-合作與協(xié)同管理思想;重點理解操作系統(tǒng)對磁盤的管理;了解計算機系統(tǒng)的工作過程;熟悉通用計算環(huán)境的進(jìn)化思維。理解如何通過擴充資源數(shù)量提高計算機性能、改善系統(tǒng)資源利用率，從而進(jìn)一步理解并行分布計算與云計算環(huán)境[4]。

6）程序設(shè)計思維

了解由機器語言到高級語言;掌握高級語言（程序）的基本構(gòu)成要素;理解計算機語言的發(fā)展思維。詳細(xì)講解計算機語言和編譯器的發(fā)展，使學(xué)生理解計算機執(zhí)行越來越復(fù)雜程序的原因，以及不同抽象層次的計算系統(tǒng)[4]。

6 結(jié)束語

通過教學(xué)改革促進(jìn)了良好教風(fēng)的形成，教師認(rèn)真授課、積極準(zhǔn)備微視頻和相關(guān)討論課題、主動相互聽課、交流教學(xué)體會、與學(xué)生積極交流、教學(xué)理念得到提升。良好的教風(fēng)的形成同時可以促進(jìn)學(xué)風(fēng)的改變，在課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、學(xué)科競賽等方面學(xué)生計算思維素養(yǎng)得到了提高。通過超星學(xué)習(xí)通平臺、QQ群、微信等多種方式，創(chuàng)新教學(xué)方法，實現(xiàn)線上與線下教學(xué)相融合的體系，拓展了學(xué)生的思維空間。采用大班授課，小班研討即翻轉(zhuǎn)課堂的方式進(jìn)行教學(xué)，提高學(xué)生構(gòu)建知識體系自主學(xué)習(xí)的能力。結(jié)合理工類院校學(xué)生的思維及學(xué)習(xí)特點，積極進(jìn)行教學(xué)改革與探索，構(gòu)建了多元混合教學(xué)模式，提升學(xué)生綜合創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馮月華，李文娟，文銀娟.面向計算思維的大學(xué)計算機課程的教學(xué)改革探析[J].中央民族大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2018，27（2）：72-76.

[2] 百度百科.計算思維[EB/OL].[2021-06-16].https：//baike.baidu.com/item/計算思維.

[3] 諶文芳，高海波，諶興宇.面向計算思維的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容改革[J].課程教育研究，2017（51）：242-243.

[4] 戰(zhàn)德臣，王浩.面向計算思維的大學(xué)計算機課程教學(xué)內(nèi)容體系[J].中國大學(xué)教學(xué)，2014（7）：59-66.

[5] 劉冬霞，張永波.面向計算思維的多向互動模式在大學(xué)計算機基礎(chǔ)課教學(xué)中的應(yīng)用[J].電子世界，2018（24）：63，65.

[6] 張敏，賈強.基于計算思維的Python程序設(shè)計課程教學(xué)案例設(shè)計[J].微型電腦應(yīng)用，2021，37（3）：48-50，62.

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