探讨计算思维导向的高职计算机基础课程教学的改革与发展

摘要：自九校联盟(C9)明确提出要将培养计算思维能力作为“计算机基础”课程教学改革的核心任务后,培养高职学生的计算思维能力成为高职教育的重要组成部分。本文介绍了计算思维的基本概念以及高职计算机基础教学中计算思维能力的培养现状,梳理出高职计算机基础教学中计算思维能力培养存在的问题,并针对这些问题提出构建基于计算思维的计算机基础课程体系、提高教师的计算思维素质教育、加快制订计算思维评价机制与体系和三方联合推广计算思维教育等具体建议,以期推动计算思维导向的高职计算机基础课程教学的改革与发展。

 

　　关键词：计算思维; 高职院校; 计算机基础教学;

 

　　引言

 

　　计算思维最早应用于大学计算机基础课程中，旨在阐明学习计算机学科知识和从事计算机专业开发之间的关系。作为一种全新的科学思维活动，计算思维要求学生不仅要掌握计算机的基本知识和技能，还要掌握运用知识和技能解决实际问题的能力。因此，培养学生的计算思维对提升学生的信息素养具有重要作用。高职教育是我国最高层次的职业教育，同时也是我国高等教育中不可或缺的重要方面。高职学生既是高等职业人才的主体，也是大学生的重要组成部分。高职院校依据它特有的教育理念和教学模式来培养专业型人才，注重培养学生的动手操作能力、管理能力、思维能力、创新能力等综合能力素质。因此，培养高职学生的计算思维是高职教育的重要部分。2010年，九校联盟（C9）发布了《九校联盟计算机基础教学发展战略联合声明》[1]，提出要将培养计算思维能力作为“计算机基础”课程的教学改革的核心任务。因此，研究计算思维导向的高职计算机基础教学，对提高高职院校计算机教学质量、培养高职学生的创新意识、提升高职学生运用计算思维解决问题的能力具有重大的现实意义。

计算机教学

 

　　19 8 0年，美国麻省理工学院的Seymour Papert[2]教授首次在Mind-storms:Children,Computers,and Powerful Ideas中谈及计算思维。2006年，美国卡耐基梅隆大学的周以真教授首次对计算思维的定义进行了描述，2008年，她又进一步对计算思维进行了阐述。随着研究的不断深入，众多专家学者以周以真教授的观点为参考，基于不同角度，对计算思维的内涵进行了不同的解读。董胜荣等人将“基础概念”改为“思想方法”，认为计算思维是使用计算机科学的思想与方法进行问题求解、系统设计和理解人类行为等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[3]；蒋宗礼认为计算思维是人类在求解问题时有意识地使用计算机科学家们所采用的思想方法、技术工具、环境等相关的思维形式[4]；美国国际教育技术协会和计算机科学教师协会[5](ISTE&CSTA）联合发布了计算思维的操作性定义：计算思维是利用计算机及其工具来解决问题的过程，该过程包括数据的收集、分析和表示，利用算法制定最优解决问题的方案，并将该过程迁移至其他领域。

 

　　高职计算机基础教学中计算思维能力培养现状

 

　　1.课程内容

 

　　目前，对计算机基础教学内容的改革主要有两大观点：全面更新和内容重组。[6]前者认为应该将计算基础课程的教学内容进行大幅度增减和更新，将计算思维的培养融入到各个知识点中，如可开设“计算思维导论”“计算思维概述”等公共必修课。后者认为，根据各专家学者对计算思维的解读以及计算思维的特征，以计算思维的培养为主线，重新组织课程内容，通过系统的内容结构来培养学生的计算思维。当前，国内有关计算思维的研究还停留在探索阶段，可见，内容重组这一观点是主流观点，更适合计算机基础教学的实际情况，而全面更新这一观点主要针对计算机相关专业。

 

　　2.教学方法

 

　　当前，高职依托计算机基础课程培养计算思维的教学方法主要有三类：基于问题解决式教学、游戏化教学以及混合式教学。基于问题解决式教学指的是以解决现实问题来设计教学活动，而计算机思维是一种直观与抽象的思维方式，与基于问题解决式教学十分契合，这也是当前高职院校培养学生计算思维的主流教学方法；游戏化教学指的是利用计算机设计游戏的过程中，进行一系列的分析、抽象、设计算法、自动化等，掌握问题的求解方式，以此培养高职学生的计算思维能力；采用混合式教学培养高职学生的计算思维是一种新趋势，线上学习计算思维，其教学效果并不明显，需要教师严格监督，以发挥混合式学习的最优化。目前，高职院校主要采用基于问题解决式教学和游戏化教学两种方式来培养学生的计算思维。

 

　　3.教学资源

 

　　高职院校计算机基础课程开展时间久远，积累了大量的教学资源，这些教学资源虽然蕴含计算思维，但是计算思维这一思想并未内化于课程教学中。当前高职院校培养计算思维的教学资源建设主要有在线开放课程和整合已有教学资源两种形式。搜索各大在线开放课程平台，培养计算思维的课程有哈尔滨工业大学的战德臣等人开发的《大学计算机——计算思维导论》、桂林电子科技大学的董胜荣等人开发的《计算思维的结构》等，而专门针对高职计算机基础课程教学的资源较少。

 

　　高职计算机基础教学中计算思维能力培养存在的问题

 

　　1.课程体系建设尚不健全

 

　　现阶段，全国多数高职院校和普通高校开始以培养计算思维为目的，开展计算机基础课程体系建设工作，但以计算思维为主线穿插至计算机基础课程中，对于高校的教育工作者来说，是一项艰难的工作。[7]大部分高职院校只开设了计算机文化通识课，几乎没有开设有关计算思维导论的课程，课程内容依旧以办公软件的操作技能为主，教学目标仅是教会学生掌握知识和技能。

 

　　2.对计算思维的认识存在偏差

 

　　当前，绝大多数的高职教师对利用计算机基础教学来培养计算思维的认识存在偏差。主要表现在两个方面：第一，将程序设计能力等同于计算思维能力。虽然程序设计是发展高职学生计算思维的载体之一，但计算思维并非编程教育，应将计算思维的培养提升至方法论层面。第二，将计算思维能力培养与计算机应用割裂开来，未能注意到两者之间的延续性和整体性。大部分高职院校的计算机基础课程存在“工具论”思维，以上机操作为主，不注重思维能力的培养，认为熟练掌握计算机的软件操作技能就是掌握了计算思维能力。

 

　　3.计算思维评价体系尚未建立

 

　　大部分高职院校计算思维评价体系尚未建立。当前，绝大多数的高职院校考核计算机基础知识和计算思维能力的方式较为单一，主要以全国计算机等级考试（NCRE）一级为主。然而，NCRE考试大纲的内容未能及时更新，未跟上技术的发展步伐，评价的有效性不能得到保证。此外，目前对计算思维评价的研究仅停留在认知层面，对计算思维能力的外在行为无从考核，无法衡量教学效果的优劣，未能体现教学评价对教学环节的诊断、调控和改进作用。

 

　　4.对计算思维教育重视不够

 

　　目前，虽然各高职院校已意识到计算思维对高职学生未来发展的重要性，应加大力度推进计算思维导向的高职计算机基础课程改革，但从具体实施情况来看，重操作技能、轻思维培养的尴尬局面并未得到彻底有效的改善。此外，部分教师未能充分认识到计算思维能力的重要性，依旧按原来的教学内容、教学模式讲授计算机基础课，部分教师虽然意识到计算思维对培养创新型人才的意义，尝试将计算思维融入计算机基础课，但由于计算思维的发展不成熟，自身又缺乏相关培训，所以取得的教学效果不明显。就高职学生而言，许多学生只是学习简单的软件操作，未能意识到计算思维对提升自身综合素质的重要性。

 

　　高职计算机基础教学计算思维能力培养策略与建议

 

　　1.构建基于计算思维的计算机基础课程体系

 

　　构建基于计算思维的计算机基础课程体系，并非将当前计算机基础课程的教学内容全盘否定，也不是简单地将计算思维教育叠加在计算机基础课程中，而是在原有计算机教学内容的基础上，以计算思维教育为主线重新梳理和组织教材内容。由于选修计算机基础课程的学生有计算机专业和非计算机专业，因此，针对不同专业的学生，可以构建不同的计算机基础课程体系。

 

　　(1）基础类课程：专指开设计算机和计算思维教育的入门课程。例如，可开设计算机文化基础课和计算思维导论两门课程；或者将计算思维导论的主要内容整合进计算机基础课程中，作为高职学生的公共必修课。基础类课程的开设旨在强化高职学生对计算机基本知识的掌握以及培养学生计算思维意识。

 

　　(2）应用类课程：培养利用计算机及其工具、计算思维能力解决各个领域的难题，即利用计算机的基本知识和技能解决现实问题的能力（计算思维）的课程。例如，针对非计算机专业的学生，可开设电子商务网站开发课程；针对旅游专业的学生，可开设网页设计课程；针对文秘专业的学生，可开设办公自动化原理及应用课程；针对计算机专业的学生，可开设程序设计与开发、C++、网络编程等课程。

 

　　(3）拓展类课程：是指通过各类在线开放课程，进一步深度学习计算机领域相关知识和计算思维的课程。例如，MOOC平台中的国家精品课程、学校举办一些专题讲座等。

 

　　2.提高教师的计算思维素质教育

 

　　以计算思维导向的计算机基础课程的改革能否获得成功，关键在于师资队伍的建设。[8]笔者认为可通过以下途径提升高职教师的计算思维素养。

 

　　(1）分层次培训：邀请计算思维领域的专家采用网络课程培训、专题讲座直播培训等方式先对高职计算机专业的教师进行计算思维知识的普及，教师根据自身的实际情况，选择不同方式进行学习，从而提升自身的计算思维意识。之后，可将培训推广至非计算机专业的教师，从而提升整个高职教师队伍的计算思维能力，为将计算思维与其他学科融合奠定坚实的基础。

 

　　(2）探索有效提升计算思维的教学模式：应改变传统的“操作演示型”授课的方式，将计算思维的相关知识潜移默化地融入原有的知识结构中，不断探索适合培养计算思维的教学策略，如采用基于计算思维的PBL教学模式、基于计算思维的协作式学习模式等。

 

　　3.加快制订计算思维评价机制与体系

 

　　高职院校对计算思维现有的评价体系更多地体现在认知层面的测量，而无法测量计算思维能力的具体表现，因此，应根据计算思维的外显能力开发相应的测量量表和测评工具，尽快完善计算思维能力的评价体系。

 

　　(1）在实施计算思维教育过程中进行评价：考查计算的基本知识、编程的基本概念以及计算思维的核心概念等程序性知识；或者在学生进行程序设计的过程中考查其对分析、抽象、算法设计、模块化、自动化等内容的掌握情况，并实时记录。

 

　　(2）评价量表：科尔马兹认为计算思维是创造力思维、问题解决、算法思维、批判性思维和沟通技巧等综合思维的共同体现，所以，可以采用这几种思维的量表来综合评价计算思维。此外，在总结性评价时，可采用纸笔测试或者上机测试等直观方式评价计算思维能力。

 

　　4.三方联合推广计算思维教育

 

　　在高职院校推广计算机基础课程的改革和计算思维的普及教育，需要高职教育管理者、教师和学生个人三方力量联合。高职教育管理者是培养计划的决策者，应充分认识到在高职院校推广计算思维教育的重要性。此外，教师应不断提升自身计算机综合能力及计算思维素养，并充分认识到计算思维对创新型人才培养的重要性，不断探索和改进原有教学观念和教学方法，力求将计算思维融入计算机基础课程。最后，就高职学生个人而言，应该意识到计算思维对未来职业发展的帮助，激发对计算机基础课程的学习兴趣，增强学习动机，在不断地学习与练习中，利用计算思维解决各类难题。总之，只有在三方力量的共同努力下，计算思维教育才会在高职院校遍地开花。