摘 要：计算思维能力是计算机类专业学生必须掌握的能力，是进入计算机类专业大门的钥匙。《计算机导论》是高校计算机类专业新生入学后的第一门专业导引性课程，也是培养计算思维能力的前沿阵地。目前的导论课程内容庞杂，并且学时有限，如何有效利用这门课培养同学们的计算思维能力，为后续的专业课学习做好准备，是《计算机导论》课程的重中之重，本文阐述了结合线上线下混合式教学模式和有效的思维训练工具Raptor对导论课程进行改革实践的研究，旨在培养学生分析和解决问题的能力。

关键词：计算思维;混合式教学;Raptor;思维导图

中图分类号： G642 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2021.03.052

本文著录格式：于娟.以培养计算思维为主线的《计算机导论》课程改革实践[J].软件，2021，42（03）：180-183

Reform and Practice of Foundations of Computer Science with the Main Purpose of Cultivating Computational Thinking

YU Juan

（College of Engineering Technology， Yang-En University， Quanzhou  Fujian  362014）

【Abstract】：The ability of computational thinking is very important for the students of computer major， its the key to enter the door of computer science. 《Foundations of Computer Science》 is the first professional guiding course for the freshmen of computer major in Colleges and universities， and also the front position of cultivating the ability of computational thinking. This course is very complex and has limited class hours under the current situation. How to utilize effectively this course to train students' Computational Thinking Ability and prepare for the follow-up professional courses is the top priority of this course. This paper expounds the research on the reform and practice of the 《Foundations of Computer Science》combining the online and offline blended teaching pattern and the effective thinking training tool Raptor， the purpose is to develop students' ability to analyze and solve problems.

【Key words】：computational thinking;blended teaching;Raptor;mind mapping

0引言

“計算思维”被誉为21世纪的核心能力，是人人都应该掌握的生存能力。美国卡内基·梅隆大学周以真教授认为[1]：计算思维是运用计算机科学的基本概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为。作为计算机类专业的同学，更是应该先人一步，通过一定的训练，完成由高中的数理思维向大学计算思维的转变。简单来说，计算思维可以理解为：将由“人”解决问题转变为由“机器”解决问题，那么利用机器解决问题的思维方式就是计算思维，是对问题进行分析、重构、建模，是数理思维能力的升华。

计算思维是解决问题的思维方式，将一个问题分解细化，抽象成一定的结构并构造算法，从而求解问题。在这个过程中，计算思维和算法对于大一新生来说都是新内容，需要循序渐进的学习和实践[2]。

1 计算机导论课程的任务

计算机导论课程面向计算机科学与技术和网络工程等相关专业开设，在信息化的今天成长起来的大多数孩子，对于计算机的基本操作相对比较熟悉，但是也有来自边远地区的同学对计算机缺乏认识，为了扫除专业学习的障碍，计算机导论课程的开设非常必要。作为应用型高校，结合本校的学生特点，制定了导论课程的基本任务。简单来说，导论课程的基本任务是“扫盲”，就是使同学们对计算机这个学科有个浅显而广泛的认识，并且能培养兴趣，为今后的专业课程学习奠定基础。其次，要培养学生的计算思维，理解计算机解决问题的基本策略和方法，为今后的程序类课程打基础。再次，导论课程中需要培养学生的应用能力，能利用计算机解决生活和学习中的相关问题。

2 导论课程的改革

作为民办高校，结合大一新生的自身情况，我们制定了“3+1”的教学模式，并利用线上线下混合式教学，有效的延伸了课堂教学时长，通过自主学习自主考测，提高学生的认知水平，现分为以下几个层面一一介绍。

2.1 “3+1”的教学模式

“3+1”的教学模式简单来说就是将《计算机导论》教学内容分为3大部分，分别是：数据基础、硬件基础和软件基础。“+1”是指在三大基础之上增加应用能力的培养和引导。

数据基础旨在培养学生的多进制思维，学习计算机中的数据存储方法和数据运算规则，并能结合一定的生活实际理解原理。数据存储通过引入汉字的存储方式、声音视频等多媒体的存储方式进行讲解。数据运算包括逻辑运算、移位运算和算数运算，其中对计算机中的多种编码进行详细介绍。

硬件基础从“冯·诺依曼”结构开始说起，结合案例使同学们理解计算机各部件协调配合的工作方式，以及每个部件起到的主要作用。通过实例介绍ALU和CU的工作原理，学习指令执行的基本过程，并能结合案例复盘该过程。硬件基础也包含网络基础知识，从Internet引入，过渡到IP、域名、HTTP、WWW等常见概念，进一步扩展到7层OSI模型的认知。

软件基础包括操作系统、算法和程序设计基础认知三部分。其中操作系统是每天在用的软件，也是最接近硬件的软件，教学要求上有概括认识即可。算法基础介绍顺序、选择和循环三种结构，并学习利用Raptor软件绘制相应流程图，并能写出伪代码。程序设计基础主要介绍程序设计语言的演化过程，语言的翻译方法，相关概念和标识符，并以C语言和Java语言举例说明。

“+1”则主要包括常见应用软件的使用，如文档处理，演示文稿制作，图片处理和数据报表的制作。这部分利用实验课以任务驱动的方式学习。

2.2 主要教学手段

该课程作为计算机专业导引课程，重点培养学生的逻辑思维和计算思维，强化相关的基本计算和操作能力，为后续的专业课奠定基础。但因大一年级开学较晚，学时不足，课程任务相对较重，为此我们采用线上线下的混合式教学，补足课时短板，建立有效的师生联络途径。以超星学习通为教学工具，以思维导图知识点梳理和习题自测为主，答疑解惑为辅。如图1所示为课程首页，图2展示的是章节框架，图3所示为“本章内容”，主要为同学们展示章节知识点和重难点，引导同学们有的放矢地学习。

课堂上通过超星学习通投屏操作进行智慧教学，教学中利用选人，弹幕，投票等形式活跃课堂气氛，并能针对教学效果及时收到反馈。课下通过学习通的通知、讨论、群聊和私信与同学们建立联络，让同学们遇到任何学习问题都能随时随地联络到同学和老师，形成学习氛围，并且根据每章知识点设计针对性的考测，及时反馈，及时调整教学步调[3]。

在算法和程序设计环节引入Raptor工具，Raptor（the Rapid Algorithmic Prototyping Tool for Ordered Reasoning）是用于有序推理的快速算法原型工具，是一种可视化的程序设计环境，为程序和算法设计的基础课程教学提供实验环境。通过该工具，实现将教材的UML图可视化可运行，在同学们绘制流程图的过程当中，能切身的体会到程序的执行过程[4]。图4为教材第8章中描述选择排序算法的流程图，教材通过示例对一组数23、78、45、8、32、56进行排序，通过讲授，同学们能够基本理解排序的思路，但是对排序的过程无法从感官上进行更加深入的理解，于是我们通过引入Raptor模拟该示例的排序过程，形成直观感受，对同学们理解该算法有极大帮助，具体算法可见图5和图6。

对于学有余力的同学可以适当布置算法任务请他们完成，对于训练计算思维和解决问题的能力有较大的帮助，也为今后学习程序设计打下基础。

2.3 考核说明

在《计算机导论》课的考核方式上進行了以下尝试：

（1）阶段考核代替“末考定输赢”。

（2）计算能力优先，理论实践结合。

（3）线上线下数据相结合。

整体来说，就是侧重计算思维能力、兼顾学科认知水平、提升应用素养三个要素。

阶段考核的形式既能及时为教学情况提供反馈，也能避免学生期末临阵磨枪。根据教学内容“3+1”，我们设计了3次考试和1次课程设计，利用过程化考核，立体化全方位的督促学生学习。同时，为了平衡同学们的学习压力采用了开卷闭卷相结合的模式。

计算能力是重中之重，这部分内容采用闭卷考试。计算机硬件知识内容庞杂，不是一朝一夕就能理解的，尽量避免死记硬背，故利用学习通App设计线上开卷试卷。算法部分采用上机实操的模式，主要考核流程图和伪代码的应用能力，给定实际问题写出解题伪代码，再利用Raptor绘制流程图并运行。“+1”部分则主要考核学生的自学能力，选择合适的软件制作个人简历。课程总评成绩则由3次考试、1次课程设计和线上的学习数据三部分构成。

3 教学改革的效果

2018年教育部印发《教育部关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》，对振兴本科教育做出明确规定，适当为大学生“增负”是时代需要。刚刚经历高考的大一新同学，精力旺盛，学习能力强，但是有不少同学在学习上有所懈怠，随着高考结束一并失去了学习目标。《计算机导论》课程积极改革，对学生的学习要求绝不放松，多措施并举，共同推进导论课程的教学效果，力求学生们能学有所获，为日后的专业课学习打下坚实基础，更好地将同学们交到专业课老师的手中。

4 总结

让同学们在最好的年纪学习文化知识，武装头脑，四年后能够从容的进入社会是国家的愿望，家长的期盼，也是每一位老师的殷切希望。计算机学习理论和实践缺一不可，学习任重道远，希望通过导论课程的引领，带同学们进入专业学习的大门。

参考文献

[1] Wing J M.Computational thinking[J].Communications of the ACM，2006，49（3）：33-35.

[2] 战德臣，聂兰顺.计算思维与大学计算机课程改革的基本思路[J].中国大学教学，2013（2）：56-60.

[3] 王林.基于超星学习通平台的移动教学模式研究[J].安徽电子信息职业技术学院学报，2019，18（3）：39-41.

[4] 郦丽，沈应兄.基于RAPTOR和计算思维的计算机科学导论课堂教学研究[J].电子商务，2019（1）：91-92.