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大学计算机基础教学中的计算思维培养   (2)

时间:2016-03-03 10:21 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:龚沛曾 杨志强 点击次数:


  计算思维包含的内容不是一门课程所能承担的。计算思维教学需要贯穿在所有的大学计算机基础课程中。在大学计算机基础教学中,培养计算思维能力需要有一系列的计算机应用课程作支撑和拓展,如数据技术与应用、多媒体技术与应用等课程。这些课程引导学生应用计算思维解决各种专业的问题。
  二、计算思维教学现状
  尽管计算思维研究不是很成熟,还有许多深层次问题需要进一步研究,但计算机基础教学界一直在大学计算机基础教学中无意识、潜移默化地培养大学生的计算思维。
  教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会颁布的《关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见》、《计算机基础课程教学基本要求》等有关文件虽然没有明确提出计算思维,但是贯穿了计算思维思想。《关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见》提出:计算机基础教学的目标是培养学生掌握一定的计算机基础知识、技术与方法,以及利用计算机解决本专业领域中问题的能力。大学计算机基础的课程目标是"使他们在各自的专业中能够有意识地借鉴、引入计算机科学中的一些理念、技术和方法……利用计算机、认识并处理计算机应用中可能出现的问题"简单地说,是使用计算机科学技术和方法处理问题,这是计算思维的目标。
  "大学计算机基础"课程中充满着大量的计算思维案例。例如,全面展示计算机的应用,实质上起了培养计算思维意识的作用;从算盘到计算机的发展过程是计算思维内容不断拓展的过程;计算机系统是用抽象和分解来控制庞杂的任务和设计复杂的系统;数据在计算机中的表示是表示问题的方法;操作系统是用计算思维思想解决了计算机自身问题的案例;使用办公软件是一种基本的、低级的计算思维;网上检索、网上购物、网上开店是典型有别传统思维的计算思维活动;设计一个数据库就是抽象和分解的过程;设计一个动画,可以看成是一个建模和仿真的问题。
  "程序设计基础"是一门关于计算思维方法的课程,是典型的计算思维课程。它涉及大量的算法,像枚举、递归、回溯等都是毫无争议的典型的计算思维典型案例;面向过程和面向对象程序设计也都是计算思维。
  各种应用课程的教学目标是创作一个系统或一个作品,这也是计算思维的终极目标。
  在现今的大学计算机基础教学中,计算思维教学存在着下列问题:
  1.无意识的计算思维教学。由于计算思维受重视的时间不长,但是因为一方面计算机应用的本质是问题求解,与周以真教授的阐述相一致,另一方面计算机问题求解的方法就是计算思维的方法,因而广大计算机教育者都在无意识、潜移默化地实施计算思维教学。未来需要有意识地、系统性地开展计算思维教学。
  2.没有从战略高度认识到计算思维对人才培养的重要性。由于早前对计算思维重要性认识不足,人们普遍认为计算思维是计算机应用能力之一,没有意识到这是与理论思维、实验思维一起构成了人类的三大思维,是21世纪人才应具备的基本技能;没有认识这关系计算机科学的发展和转型,会影响其他学科的发展,将改变计算机基础教学的面貌。所以,应从战略高度将计算思维从计算机应用能力上提升出来,作为人的一种基本技能来教学。
  3.注重技术与应用的教学,忽视了"思想的教学"这也是我校学生经过课程学习后向我们提出的意见。由于计算机应用的最终成果是一个软件或系统,因而人们重视技术和应用的教学,注重软件和系统开发的过程和细节,忽视了引领计算机应用的思维。因此计算机基础教学需要将课程提升到思想教学的高度。
  三、计算思维教学方案和实施
  计算机基础教学面向计算思维进行教学改革是当今教学改革的热点之一。目前各高校普遍根据教指委《关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见》采用了"1+X"的课程体系,发达地区有的高校采用了"2+X"的课程体系。计算机基础教学已经规范化和科学化,以计算思维能力培养为核心的计算机基础课程教学改革具有良好的基础。
  需要注意的是,在大学计算机基础课程开展计算思维教学,并不是颠覆原有的课程内容,而是在原有课程内容的基础上进行提高和优化。原有课程本身在进行无意识的计算思维教学,只需将计算思维与原来的内容进行有机的结合,变无意识的为主动的、积极的、有意识的。
  我们认为,开展计算思维教学是一项系统工程,各门课程应该统筹考虑、联动改革。"大学计算机基础"是关键,"程序设计课程"是重点,'X'门应用课程"是目的。具体方案为:
  1.大学计算机基础
  "大学计算机基础"是所有学生必修的课程,课程包含了计算机基本知识、基本使用技能和网络、数据库与多媒体三大核心模块使用。课程内容多、学时少、学生程度不一。如何在该课程中实施以计算思维为导向的教学改革,有难度但也是趋势,要探索和实践,具体所做工作如下。
  (1)摸底测试,了解学生情况,确定实施方案。2011年9月开学,针对第一门课程对24个专业1030名新生进行入学摸底测试,内容、难度基本等同该课程的要求(除Flash制作外),每模块都是以100分为满分计分,分数统计结果见下图。对当前学生的计算机基础知识和技能的掌握有所了解,对指导该课程向计算思维提升有一定的依据。
  (2)探索实施以计算思维为导向的教学方案。原则上分类实施:分为理工类、综合类和人文艺术类。主要区别是前两者增加程序设计算法要求,后者增加办公软件高级应用。
  2011年秋我们选择4个理工类、综合类的专业进行试点。试点方案是弱化Office软件课堂讲解,强化实践和自主学习;保持原来网络、数据库、多媒体基本要求,精简了在后继课程中涉及的多媒体制作;腾出6周时间开展计算思维和程序设计算法教学。其中:
  ①利用1周(2学时)开展计算思维基础知识专题教学。主要内容包括:
  科学思维:三大科学思维、计算思维及其主要内容、计算思维的作用。
  计算理论:冯·诺依曼计算机、存储程序,图灵机、停机问题、图灵猜想,可计算性问题、计算复杂性、P&NP问题。
  大学计算机基础由于教学对象是非计算机专业大学生,因此计算思维基础知识教学必须有别于专业学生。在计算机专业中,某些知识点就是一门课程,如可计算性理论。在大学计算机基础中,开展计算思维基础知识教学要注意:对三大科学思维、计算思维及其主要内容、计算思维的作用、冯o诺依曼计算机、存储程序等问题
  简明扼要地阐述清楚;停机问题、图灵猜想、可计算性问题、P&NP问题等本身没有答案,仅仅是像公理一样的命题,只需要简单举例提出并说清楚即可,不需展开。
  ②利用5周(10学时)讲授程序设计基本知识和训练算法基本功。让学生明白计算机抽象、自动执行的道理,掌握基本编程的能力。更有利的是学生根据各自情况,利用假期可更深入地自主学习程序设计内容,拓展第二课堂的学习渠道。

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