導(dǎo)語：計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：文章從教學(xué)內(nèi)容入手，分析現(xiàn)階段課程內(nèi)容的教學(xué)現(xiàn)狀，提出內(nèi)容不斷更新、體現(xiàn)實用性、具有典型性、理論與實踐結(jié)合的改革思路，介紹面向計算思維能力培養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計。

關(guān)鍵詞：大學(xué)計算機基礎(chǔ)；計算思維；教學(xué)設(shè)計；面向應(yīng)用

一、背景

大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程是面向非計算機專業(yè)大學(xué)生通識必修課程，是培養(yǎng)信息時代大學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力不可或缺的重要環(huán)節(jié)。隨著計算機科學(xué)和技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機學(xué)科的知識更新周期越來越短，傳統(tǒng)的計算機基礎(chǔ)課程中以Windows及Office等應(yīng)用技能為主的教學(xué)內(nèi)容遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于學(xué)科發(fā)展。此外，教育部從2001年開始普及中小學(xué)信息技術(shù)教育，納入了許多傳統(tǒng)的大學(xué)計算機基礎(chǔ)的技能應(yīng)用型的教學(xué)內(nèi)容，傳統(tǒng)的大學(xué)計算機基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)內(nèi)容已經(jīng)跟不上大一新生的學(xué)習(xí)需要。在這種情形下，迫切需要對大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程進(jìn)行教學(xué)改革。2010年，北京大學(xué)等9所高等學(xué)校發(fā)表了《九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》，確定將培養(yǎng)計算思維能力作為計算機基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)。2015年，教指委（教育部高等學(xué)校大學(xué)計算機課程教學(xué)指導(dǎo)委員會）又發(fā)表了《大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》，進(jìn)一步明確了大學(xué)生計算機能力的培養(yǎng)目標(biāo)：不僅要理解計算學(xué)科的基本知識和方法，掌握基本的計算機操作技能，還要培養(yǎng)計算思維，掌握應(yīng)用計算機技術(shù)分析解決問題的一般方法。目前，計算思維的概念已經(jīng)得到了廣泛認(rèn)同。然而，面對非計算機專業(yè)學(xué)生的計算機能力培養(yǎng)，如何有效推進(jìn)以計算思維導(dǎo)向的教學(xué)改革仍然是對非計算機專業(yè)的計算機教育的挑戰(zhàn)，同時也是需要繼續(xù)深入研究的課題［1］。教學(xué)改革首先要改革的是教學(xué)內(nèi)容。內(nèi)容是知識的第一載體，是教學(xué)的綱領(lǐng)［2］。要培養(yǎng)計算思維能力，首先和重點就要設(shè)計與提煉表達(dá)計算思維過程的教學(xué)內(nèi)容。計算思維的核心概念是經(jīng)過高度概括和總結(jié)的抽象理論，并不適合成為直接的教學(xué)材料，其培養(yǎng)要滲透在具體的學(xué)科知識傳授、應(yīng)用能力訓(xùn)練的過程中［3］。如果教學(xué)內(nèi)容不能體現(xiàn)計算思維的方式和過程，就很難開展計算思維能力的培養(yǎng)，因此，我們期望以教學(xué)內(nèi)容改革為切入點，在大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)中推進(jìn)計算思維能力的培養(yǎng)。

二、現(xiàn)狀分析

目前許多國內(nèi)高校都開展了面向計算思維能力培養(yǎng)的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)，作為從事計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)的教師，通過教學(xué)實踐、問卷調(diào)查、院校交流、文獻(xiàn)查閱等方式，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段的基于計算思維的課程教學(xué)中仍然存在不少問題，其中與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的問題主要包括以下幾方面。（一）教學(xué)內(nèi)容相對滯后。近年來計算機技術(shù)發(fā)展迅速，但是很多高校的計算機基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容卻沒有及時更新，涉及的教學(xué)內(nèi)容還是平臺和軟件的操作與使用，所以學(xué)生無法學(xué)習(xí)到最新的計算機技術(shù)和知識。教學(xué)內(nèi)容不夠新穎、實用、有趣，缺乏深度。（二）教學(xué)內(nèi)容針對性不強。大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程是除計算機專業(yè)以外所有的專業(yè)都要學(xué)習(xí)的課程，但各專業(yè)之間的學(xué)生在思維方式、學(xué)習(xí)興趣、理解能力、基礎(chǔ)知識等方面都有所區(qū)別。如果教學(xué)內(nèi)容沒有專業(yè)的針對性，無法與專業(yè)結(jié)合滿足需求，學(xué)生就沒有學(xué)習(xí)的興趣，更遑論培養(yǎng)其計算思維能力了。（三）理論課程內(nèi)容寬泛，點多卻不深入。按照教指委的指導(dǎo)意見，課程教學(xué)內(nèi)容一般包括：信息與社會、計算機體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)、算法與程序設(shè)計、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、信息安全等。內(nèi)容寬泛加上課時壓縮，教學(xué)往往點到即止，面對紛繁復(fù)雜的計算機專業(yè)詞匯，學(xué)生對于理論知識的學(xué)習(xí)變成了概念和知識點的簡單記憶，無法真正進(jìn)行計算思維能力的培養(yǎng)。（四）理論與實驗教學(xué)脫節(jié)。理論教學(xué)內(nèi)容側(cè)重于計算機解決問題的基本工作原理，概念、原理和方法的內(nèi)容偏多，但許多高校的實踐實驗仍以傳統(tǒng)的Windows及Office工具軟件的學(xué)習(xí)為主，理論課程內(nèi)容不能融入課程實踐，理論與實驗教學(xué)脫節(jié)，實驗課并沒有很好地發(fā)揮深化理論知識，培養(yǎng)應(yīng)用能力、計算思維能力和信息素養(yǎng)的作用，學(xué)生普遍感覺理論知識的學(xué)習(xí)枯燥無味、抽象、難以理解，教學(xué)效果差。

三、改革思路

通過對大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，不難發(fā)現(xiàn)，計算機基礎(chǔ)教學(xué)作為非計算機專業(yè)的大學(xué)入學(xué)基本課程，必須在教學(xué)內(nèi)容上不斷深化改革，才能不斷適應(yīng)時代變化的需求。（一）不斷更新教學(xué)內(nèi)容。圍繞計算思維能力的培養(yǎng)目標(biāo)，重新設(shè)計和組織教學(xué)內(nèi)容。針對原有的計算機基礎(chǔ)課程局限于傳統(tǒng)的計算機基本知識與理論教學(xué)的不足，整合、拓廣、深化教材內(nèi)容，突出重要的概念與能力訓(xùn)練，引入最新的學(xué)科前沿知識，例如當(dāng)今人們所關(guān)注的人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)介紹等，將其作為重要的專題引入課堂，不斷提升教學(xué)內(nèi)容的新穎性、實用性和趣味性，有效提升了大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程的內(nèi)涵。計算機新技術(shù)本身就是計算機技術(shù)發(fā)展到一定程度后針對新的問題的解決方案，體現(xiàn)了計算思維過程。（二）結(jié)合專業(yè)特點，合理組織教學(xué)內(nèi)容。首先，在基本內(nèi)容不變的前提下，明確各類專業(yè)與計算機的交叉知識點，適當(dāng)引入計算機學(xué)科特別是計算機新技術(shù)在該專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的知識或者技能，使計算機基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)專業(yè)特色，使學(xué)生能夠從自己專業(yè)領(lǐng)域的角度審視信息技術(shù)，更好地規(guī)劃專業(yè)學(xué)習(xí)課程。例如，文學(xué)類專業(yè)的學(xué)生可以介紹計算機寫詩、寫小說等實例及其中的計算機技術(shù)，音樂類專業(yè)的學(xué)生可以介紹音樂編制作曲軟件、計算機自動生成樂曲、音樂識別與比較等實例及其中的計算機技術(shù)。這些與專業(yè)相結(jié)合的計算機技術(shù)本身即是利用計算機解決實際問題的一般方法，體現(xiàn)了計算思維過程。具有專業(yè)特色的學(xué)習(xí)內(nèi)容還可以有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、開闊學(xué)術(shù)視野培養(yǎng)探索精神。（三）加強實驗與理論互動。大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程實踐性很強，實驗是教學(xué)過程中必不可缺的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。要培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，首先就要求學(xué)生要能靈活使用計算機這一基本的計算工具，在此基礎(chǔ)上還需有一定的實踐積累和動手操作能力［4］。為此，要精心編制設(shè)計實驗項目。實驗內(nèi)容除了面向基本操作技能訓(xùn)練，還要立足理論知識點，加強應(yīng)用能力訓(xùn)練，使學(xué)生在應(yīng)用計算機過程中加深對計算機的基本概念和功能的認(rèn)識和理解，掌握應(yīng)用計算機技術(shù)解決問題的方法和思路，在實踐過程中自然而然地體會計算思維，從而潛移默化地具備計算思維的能力，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力。基本技能訓(xùn)練包括操作系統(tǒng)的設(shè)置、使用和維護，辦公軟件（Office）的應(yīng)用、Internet的基本使用等，應(yīng)用能力訓(xùn)練包括算法與程序設(shè)計基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)庫的建立、使用和維護，網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)置等。（四）刪繁就簡，提煉典型計算思維培養(yǎng)內(nèi)容。目前，大部分高校的大學(xué)基礎(chǔ)課程課時并不充裕，但課程內(nèi)容寬泛，要在有限的課時內(nèi)達(dá)到計算思維能力培養(yǎng)的目標(biāo)，實現(xiàn)問題求解能力的培養(yǎng)，勢必要梳理課程核心知識體系，提煉最能體現(xiàn)計算思維理念的內(nèi)容重點展開教學(xué)。許多大學(xué)生已經(jīng)具備了一定的自主學(xué)習(xí)能力，對他們來講，并不需要老師在課內(nèi)喋喋不休地講解很多基礎(chǔ)性、概念性的知識點或操作方法，新型學(xué)習(xí)環(huán)境（網(wǎng)絡(luò)化、在線教育等）下學(xué)生完全可以根據(jù)的學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)資料按個體經(jīng)驗和需要進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，教師只需要在必要的時候進(jìn)行答疑即可［5］。

四、面向計算思維能力培養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

基于上述分析，參照教指委編制的指導(dǎo)意見，高校非計算機專業(yè)大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該立足計算思維能力培養(yǎng)，具有時代特征，體現(xiàn)一定的新穎性；與專業(yè)結(jié)合，體現(xiàn)實用性；課程知識體系完整，重點突出，體現(xiàn)典型性；尤其注重理論與實踐教學(xué)內(nèi)容結(jié)合，面向應(yīng)用，使學(xué)生在學(xué)習(xí)和應(yīng)用計算機的過程中自然而然地培養(yǎng)計算思維能力。基于以上思路，我們重新設(shè)計和組織了一種計算機基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容組織框架。1.計算的發(fā)展歷程和應(yīng)用。介紹計算的需求促進(jìn)計算工具的革新、計算技術(shù)的發(fā)展歷程。介紹人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等前沿的計算機新技術(shù)及其在各個領(lǐng)域尤其是在學(xué)生所學(xué)專業(yè)領(lǐng)域的典型應(yīng)用。知識點還包括計算機的誕生和發(fā)展史、計算機的特點與應(yīng)用、計算機的發(fā)展趨勢等。2.計算機基本工作原理。從構(gòu)造自動計算工具的理論出發(fā)，介紹馮諾依曼計算機的思想與構(gòu)成，以一個指令級機器程序的執(zhí)行為基礎(chǔ)理解計算機的自動計算過程，進(jìn)而理解“自動化”這一重要的計算思維概念。知識點還包括計算機的硬件和硬件系統(tǒng)、微型計算機的組成、計算機的性能指標(biāo)等。3.軟件與操作系統(tǒng)。從為什么需要操作系統(tǒng)出發(fā)介紹作為計算平臺的操作系統(tǒng)的基本功能，重點介紹操作系統(tǒng)是如何實現(xiàn)計算資源的分工—合作與協(xié)同管理的基本思維，理解計算機資源的共享和競爭。介紹嵌入式操作系統(tǒng)、移動操作系統(tǒng)、虛擬機技術(shù)。知識點還包括操作系統(tǒng)的構(gòu)成、操作系統(tǒng)的發(fā)展與演進(jìn)。4.計算機中數(shù)據(jù)的表示。要利用計算機解決問題，首先就要對問題進(jìn)行表示，對信息進(jìn)行編碼并在計算機中存儲是問題求解的前提和基礎(chǔ)。從一張圖片信息的采集與顯示出發(fā)介紹信息在計算機中的存儲和表示，涉及采樣、量化、編碼、壓縮。在此基礎(chǔ)上介紹圖形、視頻、流媒體等技術(shù)。知識點還包括數(shù)制及相互轉(zhuǎn)化，數(shù)值、西文字符和漢字?jǐn)?shù)據(jù)在計算機中的表示方法。5.算法類問題求解。算法與程序設(shè)計課程體現(xiàn)了問題求解過程，是進(jìn)行計算思維能力培養(yǎng)的重要教學(xué)模塊。以典型問題（例如旅行商問題，或者與專業(yè)相關(guān)問題）求解算法為例介紹算法類問題求解的基本思路：問題抽象和數(shù)學(xué)建模，算法策略設(shè)計，算法的程序設(shè)計實現(xiàn)，算法的分析與評價?？梢越柚鶶cratchBlocks平臺、Blockly平臺等進(jìn)行可視化編程實現(xiàn)算法，以幫助其加深對于計算機解決問題過程的理解，進(jìn)而理解“抽象”、“自動化”等重要的計算思維概念。知識點還包括算法的起源、定義和表示，常用算法（求和、累乘、窮舉、迭代、遞歸、排序、查找）。6.數(shù)據(jù)庫技術(shù)。很多系統(tǒng)類問題的解決都依賴于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。從數(shù)據(jù)管理的原因出發(fā)介紹數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎(chǔ)，以設(shè)計某高校學(xué)生信息管理系統(tǒng)為例介紹怎樣進(jìn)行數(shù)據(jù)抽象和設(shè)計，并利用Access建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，理解系統(tǒng)化問題求解的典型思路。知識點還包括數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎(chǔ)的基本概念、數(shù)據(jù)描述的3個層次、數(shù)據(jù)模型、關(guān)系模型，關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。7.計算機網(wǎng)絡(luò)。從資源共享和信息交換出發(fā)介紹網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識，其核心應(yīng)該是約定問題（協(xié)議）。以組建宿舍網(wǎng)絡(luò)為例，介紹傳統(tǒng)局域網(wǎng)和無線局域網(wǎng)的組建。知識點還包括計算機網(wǎng)絡(luò)相關(guān)基本概念，網(wǎng)絡(luò)模型，網(wǎng)絡(luò)硬件，IP地址和DNS服務(wù)，移動通信網(wǎng)。8.計算機信息安全。以信息安全大事件為學(xué)習(xí)案例介紹防火墻技術(shù)、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技術(shù)基礎(chǔ)；介紹維護信息安全的基本舉措，深入淺出地闡述如何免受信息安全威脅，保護自己的隱私和秘密，解決用戶關(guān)心的信息安全問題。以上各部分教學(xué)內(nèi)容基本圍繞案例展開，融入了計算思維的核心概念如抽象和自動化，在具體教學(xué)時，可以圍繞問題的逐步解決展開，在教學(xué)的過程中自然而然地傳達(dá)這樣的解題思路。對于離散的、概念化的、基礎(chǔ)的知識點或操作方法可以通過學(xué)習(xí)資料以學(xué)習(xí)任務(wù)的形式事先布置給學(xué)生自學(xué)即可，我們的調(diào)查也顯示絕大部分的學(xué)生能接受這樣的學(xué)習(xí)任務(wù)。針對實驗教學(xué)內(nèi)容，考慮到大一新生受來源地地域條件的限制呈現(xiàn)出較大差異，我們將傳統(tǒng)的以Windows及Office等應(yīng)用技能訓(xùn)練為主的基礎(chǔ)驗證型實驗移至學(xué)期前半段完成，這一階段大約需要4~6周（16∼24個學(xué)時）。經(jīng)過這一階段的強化學(xué)習(xí)，絕大部分學(xué)生具備了一定的信息素養(yǎng)和計算機應(yīng)用能力，更利于開展后半段面向計算思維能力培養(yǎng)的課程學(xué)習(xí)。針對上述8個模塊（32∼40個學(xué)時）相應(yīng)實踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)計如下：1.計算機技術(shù)在本專業(yè)的應(yīng)用。通過網(wǎng)絡(luò)搜索、對各自專業(yè)的教師和高年級學(xué)長進(jìn)行調(diào)研等手段，了解計算機技術(shù)在本專業(yè)的典型應(yīng)用與最新應(yīng)用，以圖文形式提供研究報告并做課堂匯報，使學(xué)生從自己專業(yè)領(lǐng)域的角度審視計算機技術(shù)，加深計算機對于促進(jìn)專業(yè)學(xué)習(xí)和能力培養(yǎng)重要性的認(rèn)識。2.微型計算機硬件系統(tǒng)的組成。通過拆解和安裝微型計算機了解微型計算機的各硬件部件及其功能特性，理解以馮諾依曼計算機為理論基礎(chǔ)的現(xiàn)代計算機的結(jié)構(gòu)和基本工作原理，要求以圖文形式提供實驗分析和報告。3.虛擬機（或模擬器）的安裝與使用。通過在PC上安裝一款A(yù)ndroid模擬器并在其中安裝若干APP了解操作系統(tǒng)的基本功能，掌握虛擬機（或模擬器）的安裝與應(yīng)用技術(shù)，要求以圖文形式提供實驗分析和報告。4.信息的存儲與表示。利用畫圖軟件繪制具有簡單形狀的字符或圖形，然后借助Matlab讀入圖片并進(jìn)行處理（例如灰度化、二值化），通過查看和修改圖像矩陣（信息隱藏）理解信息在計算機中的存儲與表示。5.算法實現(xiàn)基礎(chǔ)。利用可視化編程工具實現(xiàn)常見問題如韓信點兵、百雞問題、漢諾塔問題的求解，理解計算機系統(tǒng)解決問題時的抽象和自動化思維。6.數(shù)據(jù)處理與管理。利用OfficeAccess開發(fā)一個簡單的高校學(xué)生信息管理系統(tǒng)，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫并使用窗體實現(xiàn)信息輸入、瀏覽和查詢等基本功能，理解利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)解決系統(tǒng)類問題的基本過程，理解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)。7.無線局域網(wǎng)組網(wǎng)與應(yīng)用。掌握無線路由器的配置和加密方法，實現(xiàn)利用無線局域網(wǎng)連接互聯(lián)網(wǎng)，并利用局域網(wǎng)聊天軟件（飛秋、飛鴿等）實現(xiàn)非互聯(lián)網(wǎng)模式下的信息共享與傳遞，加深對于計算機網(wǎng)絡(luò)的基本功能的理解。8.簡單密碼的暴力破解。利用可視化編程工具實現(xiàn)簡單密碼的暴力破解，以圖文形式提供實驗分析與研究報告，就如何保護自己的隱私的各種信息安全手段與舉措寫出有見解的心得體會。以上分析與歸納是一個教學(xué)內(nèi)容組織框架的設(shè)計，在具體的教學(xué)過程中還需要根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整，給予合適的描述，使之能適合基礎(chǔ)各不相同的各個專業(yè)，便于操作。

四、結(jié)語

在大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)中推進(jìn)計算思維能力培養(yǎng)是當(dāng)下高校非計算機專業(yè)計算機基礎(chǔ)教學(xué)改革與深化的必然趨勢。作為知識載體和教學(xué)綱領(lǐng)的教學(xué)內(nèi)容改革是其中的重中之重。面向非計算機專業(yè)的計算機教育本質(zhì)應(yīng)當(dāng)是計算機應(yīng)用的教育，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)面向應(yīng)用，要以大學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)、生活和將來工作的需要為導(dǎo)向，體現(xiàn)計算機解決問題的思路，使學(xué)生在學(xué)習(xí)和應(yīng)用計算機時自然而然地感受計算思維要素之妙，掌握計算思維的基本方式，實現(xiàn)思維能力和應(yīng)用能力同步提升。為此，教學(xué)內(nèi)容必須強化理論指導(dǎo)下的實踐，一方面要講知識，講方法，講科學(xué)，一方面更要重視理論聯(lián)系實踐，實踐出真知，讓學(xué)生在實踐中學(xué)知識，驗證方法，感悟解決問題的思路，達(dá)到培養(yǎng)計算思維能力和解決實際問題能力的目標(biāo)。

作者:蔡美玲 單位:湖南師范大學(xué)