計算機教育思維能力的培養范文

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《工業和信息化教育雜志》2016年第11期

摘要：

本文結合計算機基礎教學改革項目，針對全校大學生計算機基礎系列課程，就如何培養學生的創新能力問題進行了分析，從“寬、專、融”三個角度對大學計算機基礎課程之間的關聯性進行了闡述。并以“互聯網+”課程為例，重點分析了思維能力培養的實施過程。此外，從引入新的教學理念、探索新的教學方法、新技術元素融入等角度總結了教師在思維訓練和創新引導方面的一些體會。

關鍵詞：

思維能力培養；創新教育；實踐教學

1大學計算機基礎創新教育概述

如何培養具有創新性的人才是目前國內外高校都在進行研究探索的課題，研教結合被普遍認為是一條培養創新人才的有效途徑。計算思維的科學意義以及對社會發展進步的深遠影響，無疑會對高校計算機教學提出新的挑戰。通過計算思維訓練與本專業（例如：經濟、通信、機械、交通等）知識相結合，不僅使學生的學習由被動變為主動，而且提高了學生多方面的能力，如查閱文獻資料的能力、實踐操作能力、學習能力、研究能力等，開闊了視野，完善了自己本專業的知識結構，意志力也得到了磨煉。計算思維的意義已徹底顛覆了計算機教育只是學習操作的傳統觀念，其是當代大學生知識結構、基本素質、創新能力不可或缺的基本元素。大學計算機教學不僅僅是大學教育的通識課程，也是實現新一代人才培養目標和引領學生走向創新之路的重要前提。對于從事計算機基礎教育的同行，如何在教學中滲透“計算思維”的教學理念是需要花時間和精力思考的問題。在校級教學改革項目“基于計算思維能力培養的計算機基礎教學改革的研究與實踐”的支持下，我們通過本校的教學實踐活動，實施了一套基于“計算機思維及創新能力”培養為目標的教學方案。通過對部分班級的教學實踐，取得了良好的實驗效果。預計在2016年教學實踐中，我們將在全校近4000人中開展這種教學模式。現將試點過程與效果與各位同仁共享和共勉。期望北京交通大學的這次教學改革能夠發揮一定的示范和輻射作用，促進計算機基礎教學的改革與建設。

2大學計算機基礎創新教育實踐方案

在教改實踐中我們體會到，計算機基礎系列課程的設計難就難在如何在新知識、新技術不斷更新擴充的大背景下，讓大部分學生通過計算機的系列課程真正學懂應該掌握的基本知識，學會應該學會的基本技能，真正做到學有所得，學有所用，而不是單純為了附庸風雅或掙幾個學分。依據非計算機專業計算機教學的培養目標，我們提出了一套基于“寬、專、融”的動態立體化教學實施方案，我校非計算機專業計算機基礎系列課程教學體系圖譜，如圖1所示，課程體系如表1所示。

2.1“寬”是指通識型（基礎類）課程

通識型課程的教學目標是培養學生對計算機系統的基本理解、培養學生基本的信息素養、培養學生基本的計算機應用能力。目前北京交通大學為了完成這個層次的培養目標，開設的課程是“大學計算機基礎”。但是經過這么多年的基礎教學工作，我們發現，入學新生計算機水平參差不齊，差距較大。為了更好地保證教學效果，讓“吃不了”的學生能吃到，讓“吃不飽”的學生餓不著，我們對學生進行入學測試。達到課程要求的學生可以直接通過，不參加課堂教學，沒有通過的學生，需要選修“大學計算機基礎”。開學后預計需要4～6周的時間完成測試和分班等工作。“大學計算機基礎”的教學方式，建議采用MOOC教學與教師引導相結合的方式，如表1所示。

2.2“專”是技術型課程

技術型課程的教學目標是培養學生利用計算機處理問題的思維方式和利用軟、硬件技術與先進工具解決本專業及相關領域中一些問題的初步能力。目前，北京交通大學為了完成這個層次的培養目標，開設了一系列的程序設計類課程，具體見表1。

2.3“融”是交叉型課程

交叉型課程的教學目標是學生能夠靈活熟練地應用計算機知識和技能。目前這部分內容沒有學分要求。如果有學生需求，我們基地教師可以根據學生需求提供個性化的培養計劃。我校除計算機學院，還設有電子信息工程學院、經濟管理學院、交通運輸學院、土木建筑工程學院、機械與電子控制工程學院、電氣工程學院、理學院、語言與傳播學院、軟件學院、馬克思主義學院、法學院、建筑與藝術學院共12個學院。這些計算機基礎課程如何為全校各個專業的人才培養服務，需要研究計算機基礎課程之間的關聯性，以及與專業課之間的關聯性。

3大學計算機基礎教學中的思維訓練實踐活動

結合計算機基礎教學的“C語言程序設計”實際教學情況，落實計算思維能力的培養，我們對C語言的程序設計類課程采用“二橫一串”的教學方案。“二橫”是正常的教學活動，但是教學模式分成兩步走。“一串”是訓練學生計算思維的創新拓展活動，結合表1中的“第三層次”設計了結合課程創新實踐教學階段。

3.1“二橫”教學模式

第一階段，我們采用了兩步并行走的方法（“二橫”）。一橫，在現有教學目標和教學內容不變的狀態下，教學模式采用了基于實例的程序設計方法，即學生利用實例在機房自學程序設計的重點，充分發揮學生的主體作用。教師起主導作用，收集學生在學習過程中的共性問題，即難點。學生自學后，教師對知識進行系統化和難點分析。這個思路借鑒了目前的“翻轉課堂”。但是，我們是通過編寫程序設計實踐指導書，有組織有計劃地引導學生在機房自學。二橫，課程設置采用了“2+1”模式，即將原48學時的程序設計類課程，按照實驗室授課占2/3，教室授課占1/3的比例完成。教師指導學生在機房授課，邊講授邊實踐完成教學內容。在機房安裝自行開發的程序設計軟件，學生需要到實驗室才能完成實驗題目。

3.2“一串”教學模式

“C語言程序設計”課程教學要求學生適當結合本專業，將學到的編程知識學以致用，用這32學時將學生在“二橫”階段學到的知識“串”起來。這將計入學生的創新活動記錄，但不算作學分。下面以選修“互聯網+”課程的41名大二學生為樣本，詳細介紹此套方法的實施過程。“互聯網+”為全校選修課，41名學生分別來自于不同專業，各專業分布情況如表2所示。根據不同專業學生的特點及其掌握計算機程序設計程度的不同劃分出A、B、C和D四類。即英語和社會學等專業的學生為D類；土木工程和運輸等專業的學生為C類；機械和光信息科學與技術等專業的學生為B類；通信和軟件等專業的學生為A類。將表2數據用統計軟件整理后，如表3和圖2所示。通過初步統計預測，每學期教研組會調整“創新培養”教學方案。如表3所示，A層次和B層次的學生較多，那么，我們會拿一套適合B層次學生的“創新能力培養預測題”。預測題目主要考查學生的預備知識情況，如果情況很好，我們將按照原定的A套教學方案進行教學；反之，如果大部分學生不能準確回答題目，我們會將原A套教學方案調整為B套教學方案。這里教學方案的區別在于知識的深度、廣度和技術技能的應用范圍有所不同。雖然方案選擇的工作有些繁瑣，工作量較大，但是通過助教的協助，是可以順利完成的。“磨刀不誤砍柴功”，這些工作為選修課的有效教學打下了良好的基礎，同時為我們及時調整教學方案和教學思路提供了很好的依據。例如，我們對學生采用了A套教學方案，通過32學時的講授和實踐，學生根據教師指導完成了6個小實驗，并通過“創新協助小組”完成了4組創新實驗。2015年春季“互聯網+”課程的學生作品如圖3所示。鼓勵學生積極參加各種研究型活動，提高學生的學習興趣，對改善教學效果、提高教學質量行之有效。這41名學生完整地經歷了計算機基礎系列課程改革新方案的“寬、專、融”三個階段。下面是對41名學生的調研，結果如圖4所示。問卷第一道問題是“通過計算機系列課程的學習，是否有所收獲？”，學生給出的評價如圖4（a）所示。我們發現有近30名學生選擇了“有很大收獲”，說明學生對于這種課程體系的設置和教學方式還是比較滿意的。我們同時對學生反饋的興趣點進行了分析，如圖4（b）所示，從程序設計、計算機網絡技術、數據庫技術、多媒體技術、計算機硬件技術、Office實際操作、二進制理論知識、計算機發展史8個方面進行調查。學生對于程序設計、多媒體技術和計算機網絡技術最感興趣。而很少有人喜歡二進制理論知識和計算機發展史。這也引起我們對今后教學改革的進一步探索：如何讓學生在實踐中學會思考，將看似枯燥的理論知識與實踐有效結合。

4計算機基礎教學改革新方案實施的體會

4.1引入新的教學理念

為培養學生的創新意識，我們在課程設置上注重系統性、科學性和先進性，全面更新了計算機基礎教育教學系列課程的教學內容。在教學中，堅持“以學生為主體、以教師為主導”的根本教育理念，從學生和教師兩個方面深化教學方法和手段的改革。在實驗教學內容和實驗方法方面，給學生提供更多的自我發展空間和學習自主權，倡導自主學習、發現學習、研究學習、協作學習，為培養具有創新意識的高素質人才奠定堅實的基礎。MOOC教學的大面積開展對傳統的教師集編寫講義教案、講授答疑、批改作業于一身的工作方式是很大的挑戰。為此，教師充分利用國家級精品課程來共享資源，積極參與高校開展的模擬教學、課堂錄像、公開教學觀摩課等活動，積極參與各種教師研討和經驗交流活動，以開發教學資源，充分發揮每個人的特長和優勢，把學科發展的最前沿、最精華的東西展現給學生，從實踐方面深化教學改革，從整體上提高教學的效果和質量。

4.2探索新的教學方法

根據計算思維的教學理念，我校對教學手段進行了大膽改革，同時針對校選課人數多、專業分布不均勻、教學人員不足等弊端，對課程的教學方法進行了探索。選修課對于拓寬本科生的知識面，提高學生的綜合素質，進行一專多能的“通識”教育具有積極的促進作用。“計算機基礎系列課程”作為全校選修課，由于學生知識層次的不同使得教學上遇到了許多困難。因此，只有通過加強課程體系建設、改進教學方法，才能確保這門選修課的教學質量。為了實現上述教學目標，需要解決“教師如何教，學生如何學”的問題，即，教師如何有效地調動學生的學習主動性，讓學生完善知識結構；學生如何通過計算機系列課程熟練地將計算機知識應用于實際工作和學習中。圍繞上述兩個問題，教研組提出了“二橫一串”教學法，以加強教學針對性，使不同專業、不同層次的學生提高網絡學習興趣，能夠學以致用。實踐表明，教學效果明顯。

4.3融入新鮮的教學手段

我們采用了微信公眾號、MOOC教學平臺、“大學計算機基礎系列課程”APP選課指導手冊等新教學手段。讓學生切身體會到電子信息技術、計算機技術給大學學習帶來的深刻變化。例如，我們開發的“計算機基礎系列課程”APP選課系統，支持學生在iPad、手機等移動設備上翻閱和選課。

5結語

近兩年的教改實踐使我們深刻體會到，教學是師生互動、教學相長的過程。教改既要發揮教師的主導作用，又要以學生為本調動學生學習的主動性和創新。為此在教改中我們注意遵循教學規律，大膽探索，勇于實踐，還調動一切現代教學手段，努力把看似枯燥的理論知識講得生動活潑，以獨到的見解、道理征服人，千方百計培養學生的學習興趣和好奇心，變“要我學”為“我要學”。通過教改，目前大學計算機基礎系列課程教學效果正日益變好。今后我們還要多思考，不斷探索、總結和積累經驗，讓大學計算機基礎系列課程順應時代變革和發展，讓越來越多的大學生受益。

作者:魯凌云 王移芝 周圍 單位:北京交通大學計算機與信息技術學院