崔舒宁+桂小林+张小彬

摘 要：针对计算思维能力的培养，提出分层次的计算机基础教育实践体系，具体阐述每个层次的要求和培养目标，结合计算机应用能力实训，通过问卷调查，说明学生的计算机应用能力通过这种实践体系得到提高。

关键词：实践体系；计算机基础教学；计算机应用能力

1 背 景

计算思维是使用计算机求解问题的一种思维方式[1]。培养学生的计算思维能力是计算机教学的核心任务，然而该如何培养学生的计算思维能力却是多年来一直没有很好解决的一个问题[2]。经过多年的教学总结，我们认为只有通过大量的实践训练，才能提高学生的计算思维能力以及计算机应用能力[3-5]。

计算机科学是一门实践性很强的学科，需要大量的实践才可能真正掌握，大学生计算机应用能力的高低在信息化社会尤显重要。计算机技术是信息技术的核心， 因此不论什么专业，都理所当然地要加强计算机应用实践能力的培养[6]。计算机基础教学实验内容的设置以及实验教学质量决定人才培养的质量，特别是决定计算机应用能力培养的成败。由于计算机具有强烈的实践特征，同时计算机基础教学的重要目标是为专业领域的应用服务，因此在计算机基础教学中实践能力的培养极为重要。实验指导教师需要精心设计实验项目，将课程内容恰当地融入所设计的项目中；要通过实验，激发学生学习的积极性，鼓励开展研讨式、探索式、协作式的实践学习活动，使学生从单纯的知识接受者变成知识的探索者，从而达到提高创新能力的目的。

在目前的教学中，重理论、轻实践的情况仍然较为严重。研究培养新型信息人才的实践教学体系，凝练优秀的实践教学资源，精心设计实践教学环节，将计算机应用能力的培养落到实处，是一个亟待解决的问题。

2 计算机基础教育实践体系

对于计算机基础的教学体系，已经有过很多研究[7]。在这些体系的研究中，通常计算机的基础教学分为“系统平台与计算环境” “算法基础与程序设计”“数据管理与信息处理”和“系统管理与行业应用”4个层次[8]。不同的层次对应不同的计算机课程，而每门课程都有相应的实践或者实验环节，这些实验和实践环节组成了计算机基础教育的实践体系，这些实验内容主要是对课本上理论教学的验证和补充。实践教学体系和理论教学体系密切相关，不可分割。

近年来，随着对实践训练的加强和重视，高校鼓励教师开设开放实验、创新实验等多种以实践为主的课程；学生也可以通过实践为主、理论为辅的方式学习计算机知识。这就促使我们建立单独的实践体系，该体系和理论教学体系不再是密不可分，以提高学生的计算机应用能力为目标，促进计算思维的培养落地。该实践体系的具体实现，是通过单独开设的实践课程、计算机必修课以及单独的计算机实训支持的。

整个计算机的应用能力培养可以分为6个层次：①计算机的认知能力，具有使用计算机、安装系统和应用软件、网络搜索等基本的计算机认知和使用能力；②复杂文档的编辑和行业软件的使用能力，能够编辑复杂的文档和电子表格，使用本专业的常用大型软件，如Matlab、SPSS等；③面向问题求解的编程能力，能够通过编程解决问题，理解离散数据结构，熟悉常用的算法；④数据库应用、网络和Web编程能力，能够开发数据库应用程序、网络程序或者构建Web网站；⑤计算机接口编程能力，熟悉计算机接口技术，熟悉单片机、汇编语言以及嵌入式系统的开发；⑥计算机系统能力，熟悉FPGA、CPU、指令系统，能够构建Mini OS系统。

对不同的专业，要求也不一样，具体如图1所示。

在针对大学1年级和2年级具体实施时，主要对前3层作适当的调整设计，分别是：①计算机基本应用能力；②计算机编程能力；③计算机问题求解能力。在大学1—2年级阶段，通过2门必修课大学计算机基础和计算机程序设计以及开放实验课培养学生的计算机能力。第3阶段的培养主要是通过一个为期2周的计算机实训完成。

如何检验学生的计算机能力水平？我们主要通过两个途径：一个是正常的教学考核和开放实验考核，包含正常的学生学习本门课程的成绩或参加开放实验课程的考核成绩；第二个途径是鼓励学生参加第三方的证书考试，通过第三方的考核衡量学生的计算机能力。为此，我们建设有计算机等级考试、PAT考试、微软认证等多个考点，学生可以根據自身能力参加相应的考试，具体如图2所示。

3 计算机应用能力实训

针对前面提出的实践体系，教师可在3个层次上纵向设计贯通的实践方案，在计算机认知上通过大学计算机基础课程的实践活动来完成，同时开设智能演示课件设计与制作和计算机系统、常用软件使用技巧2门开放实验课。通过这一层次的实践教学，学生能够具有一定的计算机应用能力，对数据库网络有初步的了解。

在计算机程序设计阶段的能力培养上，通过学习计算机程序设计课程、开放实验C#程序设计等，学生能够具有初步的程序设计能力和使用程序设计解决问题的能力。

通过以上2个阶段的学习，学生具有初步的应用计算机解决问题的能力，但在学习的初级阶段，教学重点放在了对计算机最基本核心概念的讲解，在程序设计的教学上，重点多放在对语法的掌握；这些对于期望达到的能够编写优良的程序或者进行小型的软件开发都还有一定的距离。

为此，西安交通大学组织了面向所有专业的计算机实训。该实训为期2周共10天，每天实训时间为6小时。这样学生通过60小时的实训，可以加强自身的计算机应用能力。通过实训要达到以下目标：①具有编写千行以上代码的能力；②具有团队合作意识；③具有自主分析问题和分解问题的能力，具有使用计算机解决问题的能力。

每年的实训大约有2 000名学生参加。实训分2期进行，每期2周。所有实训中保证每个学生有1台电脑可用，可以跟随教师一起操作。每天的6小时中，大约3小时为授课时间，3小时为实践练习时间；同时建议学生课余2小时完善巩固1天的学习内容。实训主讲教师从企业聘请，至少具有3年以上的项目开发经验。每个班级配备1名企业教师，同时配备1名校内教师和1名研究生辅导，这样平均大约每20名学生有1位教师辅导，以保证实训质量。实训的内容根据专业大类不同，主要有6个模块。

（1）模块1： C++游戏程序的开发。本项目使用C++语言，开发Windows环境下的小游戏，使用MFC架构，学生选做的程序主要有五子棋、扫雷、飞机通关等。面向的专业学生有数学、物理、化工、钱学森班的学生。学生在参加实训前，主要学习的计算机课程是大学计算机基础、C++程序设计，其中在C++程序设计的课程里面学习面向对象的编程知识和控制台程序，但是没有学习图形界面的编程以及MFC的基础和相关知识。

（2）模块2：基于.NET的医疗信息系统（hospital information system，HIS）。本项目使用C#语言，开发一个HIS系统，采用的是B/S结构，实现的功能主要是病人选择科室、挂号、开处方、取药、结算、录入病人信息、给出诊断结论等。本模块有一定的难度，涉及HTTP协议、C#语言、数据的访问、Javascript、网页等多方面的知识，学生完成难度较大。实际实训的时候是学生自己选取部分模块进行开发训练，只有极少数优异的学生完成全部模块的开发。本项目主要适用于医学类的学生，在此之前的大学计算机课程里面讲述网络和数据库的相关知识（不含编程）；随后学习C#程序设计，讲述面向对象的编程技术和Windows窗体编程技术（不含网络、ASP和数据库编程）。

（3）模块3：C#窗体程序开发。本项目使用C#语言，开发一个Window环境下的窗体程序。开发的窗体程序主要有音乐播放器、图片浏览器、五子棋等，其内容和C#程序设计课程的内容难度相当，代码难度中等。这个模块主要是针对那些因为种种原因没有开设程序设计课程的专业和学生而准备的。

（4）模块4：基于C语言的单片机开发。我们搭建了真实的单片机开发环境。学生使用C语言编写程序，然后录入单片机中运行。实训的项目包括液晶屏的图形显示、数码显示管的控制、各类传感器数据的读取等。参加本项目的学生主要是电气类的学生，在前期学习了大学计算机基础和C语言程序设计。

（5）模块5：基于.NET的博客系统开发。在这个项目中，使用ASP.NET技术开发一个简单的博客网站，具有登录验证、发表博客、访问日志等功能，涉及的技术环节有数据库的存储和访问、表单的提交、ASPX编程、Javascript编程等，难度较大。参加本项目的学生主要是工科类的学生，在前期学习了大学计算机基础和C#程序设计。

（6）模塊6：复杂文档处理。本项目通过对Word、Excel和PowerPoint 3个软件如何使用进行讲述，帮助学生学会使用Excel，学习使用Excel处理数据并进行数据分析，能够使用Word编辑复杂的文档。此类学生主要来自于外语专业、文学专业等文科专业，前期学习了大学计算机基础但没有学习过程序设计课程。

实训完成后，我们对所有学生发放了调查问卷，部分结果如图3所示。

通过实训，主要完成计算机实践第3层次的任务，即面向问题的计算机求解能力培养。学生通过实训项目的设计，选择合适的方法，最终解决问题。从最后调查问卷的分析结果来看，实训较好地完成了该任务，达到了实训的目的。

4 结 语

我们通过构建计算机实践教学体系以及对全校学生实施计算机认知、程序设计和项目实训3个阶段的计算机实践，逐步培养了学生的计算思维能力和使用计算机解决问题的能力，全面提高了学生的计算机应用能力。计算机能力或计算思维的培养，仅仅依靠一两门课程是无法做到的。这是一个长时间的训练过程，而关键在于实践，因此需要针对性地设计一套实践体系，逐步开展和实施计算机实践教学，分阶段、有步骤地将计算机能力和计算思维的培养落到实处。

参考文献：

[1] Wing J M. Computational thinking and thinking about computing[J]. Philosophical Transactions of the Royal Society， 2008， 366（1881）： 3717-3725.

[2] 冯博琴. 对于计算思维能力培养落地问题的探讨[J].中国大学教育， 2012（9）： 6-9.

[3] Mao L. Study on university computer basic teaching reform based on application ability training[J]. Advanced Materials Research， 2014（2）： 2727-2730.

[4] Feng X J， Su B Y. Establishing the teaching system of practicing based on the teaching center of project practicing[J]. Journal of Anqing Teachers College（Natural Science Edition）， 2014， 20（4）：138-140.

[5] Zhang Y J， Lin H F， Wang J. Research and exploration of computer practical teaching system construction[J]. Laboratory Science， 2014， 17（3）： 206-208.

[6] 刘华伟， 张宏莉， 王亚东. 项目驱动的计算机专业实践教学体系初探[J]. 计算机教育， 2015（9）： 2-4.

[7] 谢宏霖. 基于应用型本科的计算机类实践教学体系研究[J]. 山东农业大学学报， 2013， 30（6）： 163-164.

[8] 教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会. 高等学校计算机基础教学发展战略研究报告暨计算机基础课程教学基本要求[M]. 北京： 高等教育出版社， 2009： 40-126.

（编辑：宋文婷）