李立春

摘要：如今多学科融合、跨学科培养是本科教育的必然趋势，在工程应用的过程中培养学生计算思维的能力，促进学生积极联想与探索，实现计算思维与专业相融合，充分利用线上线下混合教学模式拓展学生的思维，让学生感受到大学计算机课程的魅力。

关键词：计算思维;线上线下;大学计算机

中图分类号：G642      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）35-0207-02

1 背景

2020年秋季学期，因居家隔离的原因在线上进行了一个学期的线上网络教学。其间在家里和学生一起学习，学会了使用多种直播软件，录制教学小视频，剪辑编辑小视频。突然打开另一扇思维空间的大门，逐渐理解了线上教学的特点。目前在大学计算机课程学时不断压缩的情况下，同时还存在理论知识和实用技能哪一个是我们的教学重点的争论，在海量的信息中教学内容如何进行选择。基本理论知识的堆砌没有形成理论框架，需要围绕计算思维主线确定主要内容进行教学，因此大学计算机课程改革势在必行。

2 大学计算机课程的内容

大学计算机是普通本科大学教育中不可缺少的独立课程。各个高校大学计算机主要讲解的内容侧重点不尽相同，分以下三种情况。

1）讲授计算机文化基础相关内容，主要讲解计算机的基本概念以及流行软件产品的使用介绍。我校在计算机刚刚兴起的初期采用此种培养模式。

2）讲授计算机应用基础相关内容，主要是从多门课程多种软件中提炼出共性知识，强调应用素质的培养。教学以任务驱动，例如讲文章排版的素养而非Office，讲程序的基本要素与程序设计而非流行程序设计语言等。整个教学分为课堂教学和实验教学两大部分，课堂教学主要是任务驱动的共性知识讲授，实验教学是流行软件产品应用技能训练。我校在中期采用此种培养模式進行计算机教学。

3）讲授大学计算机计算思维相关内容，计算思维是大学生创造性思维培养的重要组成部分，知识传授与素养培养贯穿于思维教学当中，要求教师从知识的灌输转变成计算思维的传授[1]。目前我校主要是采用此种计算思维的培养模式。

3 计算思维

2006年3月，周以真教授定义了计算思维。周教授认为：计算思维（Computational Thinking）是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[2]。

由于计算机没有思想，控制计算机的人借助已经掌握的思维来操作计算机[3]。学习计算机语言及程序设计、数据库等课程时，可以通过不断的训练掌握相关的计算机知识和技能;学习云计算与云服务、企业资源规划与供应链管理等课程时，是对学生知识与视野的拓展，对所学知识宽度和深度的扩展，讲述一些前沿性和贯通性的内容是对能力的培养。而大学计算机课程（计算思维导论）是启发理解性的知识，指出了大学计算机面向计算思维的课程内容最小集合以及扩展集合，试图破解在计算机课程教学内容体系方面的困惑[4]。良好的计算思维需要好奇、思考、联想和贯通。

关于计算机思维的几个误区：

1）计算思维是人的思维不是计算机的思维，是站在计算机的角度寻找问题的求解，同时激发人的想象力，把计算机当作解决问题的工具。

2）计算思维不止应用在计算机上，还可应用于生活中。我们应该培养每个学生的计算思维能力。比如学生上课前要把课本以及相关资料放到书包中，就是缓存和预置的思想。

3）计算思维不是纯粹的数学性的思考，它来自工程思维，需要与其他学科的知识进行融合。

4 大学计算机课程的实施方案

1）线上课堂

近两年人们对开放式的大规模线上教学（MOOC）狂热的态度已经转变为理性的反思，针对学生特点可控可微调的小规模线上课堂受到了师生们的青睐。利用超星集团的学习通平台按照课程的目标要求建立本课程本班级的私有学习空间。一些课堂上没有讲授或讲授不完整的内容在学习通中有完整的体现，学生要完成学习通中的视频、文档、测试、作业和考试，并参与学习通中的讨论，按要求取得相应的成绩。线上课堂拓展了学生学习的空间，把学生的零散时间利用起来，可以对重点和难点内容进行重新多次学习。在线上课堂还针对感兴趣且学有余力的学生设置了一部分“有深度”内容，以供有选择性地学习。无论何时何地利用手机App的学习可以马上开始，移动生态下的线上课堂使教师授课、学生学习、课内外练习、考试等教学环节实现了环环相扣，充分利用空间优势和时间优势实现与线下传统教学的有机融合。

2）线下传统课堂

以学生为本、以教师为主导的线下传统课堂的授课方式还是不能丢弃的。线上课堂中的教学内容往往都是微视频和微练习，学生的学习时间多数情况下也是分散的，学生学习过程有碎片化的倾向。为了避免这种情况，教师利用学校课表安排的线下传统课堂，围绕计算思维完成主线内容和重点内容的讲解，在学生充分预习线上课堂内容的前提下组织讨论，学生均应参加课堂学习，参加听课与讨论。这样使线上课堂和线下课堂互为补充，并且能面对面地了解学生的学习状态和共性问题，及时调整教学内容和教学进度。

3）线下翻转课堂

移动互联网的迅猛发展使学生线上课堂自主学习成为可能，进一步催化了翻转课堂的教学模式。线下翻转课堂提高了学生课余时间的利用率，改变了学生听课的精神面貌，增强了学生课堂上的参与意识，坚持以学生为中心发挥了学生的主观能动性[5]。学生站上讲台讲课，老师听课点评，学生再讨论，具体方案实施如下：

首先根据本班人数，分5组或6组进行翻转课堂，每小组6人左右，分组原则可按学号组合或自由分组。根据计划，两次理论课后，一次翻转课堂，每小组主讲时间为5～8分钟。每次翻转课堂由老师确定翻转课堂题目，各个小组进行选择，老师随机指派每小组的一名学生进行主讲。老师以及其他小组学生提问，翻转组组员进行回答讨论。组内评分，每组按组员所做工作，给出排名。老师和学生评委（每组推选1人）根据翻转课堂效果和回答问题情况打分，翻转课堂评分表如图1所示。

教师在整个翻转课堂中要提前了解学生的学习困难，并进行有效的引导，如果只布置任务不进行辅导答疑，学生会没有方向感，达不到预期的效果。翻转课堂再建了学生的学习流程，促使学生提前积极自主完成线上线下课堂的相关内容，并且进行探索性学习查找相关资料来重新组织授课内容。同时同学之间进行了有目标的更高效的交流讨论，在不知不觉中知识就得到了快速的内化吸收，最后以自己的风格和讲课节奏来呈现知识的表达。翻转课堂强化了学生的参与度，以小组为单位增强了学生的团队合作意识和集体荣誉感。

在线上线下混合模式大学计算机授课过程中，教师要参与到各个教学环节中，需要组织线上课程视频内容、文字内容、试题库、传统课堂主线重点内容、围绕计算思维的教学案例、作业、翻转课堂讨论主题、及时线上线下答疑等一系列内容。教师的作用得到了充分的体现，这样才能环环相扣达到理想的教学效果。

5 面向计算思维教学内容的组织

该课程从计算思维的概念和本质出发，详细阐述了计算机课程中经典计算思维的应用，归纳总结了以计算思维培养为核心的教学内容[6]。相关教师组织并探讨了各个章节之间知识贯通的案例教学方法[4]，制定了切实可行的培养方案和教学大纲。本课程讲授信息的素养和计算的思维，而不是讲解计算机与软件的应用（即所谓工具的使用），后者将通过相应的实验教材和实验课来传授。由于课时有限，在第一学期我们只讲解了前六个内容即计算思维课程内容最小集合。算法思维部分在后续的程序设计课程中进行讲解，信息素养部分列为线上课堂自学内容。

1）计算机、计算与计算思维

本部分首先介绍人类探索自动计算的历史以及计算机出现的重大科学意义。其次重点介绍计算思维的本质：计算机描述（信息表示，简约）;递归思维（抽象与分解，转化）;权衡利弊（容错与纠错，共生）;启发性推理（忠诚的策略）。最后理解计算之树——计算思维多维度框架。

2）符号化、计算化与自动化

首先通过介绍小白鼠测试哪瓶水有毒的实验问题引入二进制的思维，然后层层递进讲解语义符号化、符号计算化、计算自动化。具体如图2所示。

3）程序与递归：组合、抽象与构造

了解计算系统;理解程序、计算学科中的“组合”和“抽象”的概念;掌握程序的构造性;区分“递归”和“迭代”。具体如图3所示。

4）冯Ÿ诺依曼计算机—机器级程序及其执行

了解图灵机的基本思想;理解冯Ÿ诺依曼计算机基本思想;理解存储器、运算器和控制器的基本工作原理;掌握计算机指令的执行——节拍、时钟和信号的区别;了解现代计算机的硬件组成;重点理解机器级程序的存储与执行。

5）现代计算机—复杂环境下程序执行

了解现代计算机的构成以及现代计算机的存储体系;掌握操作系统对计算机资源的分工-合作与协同管理思想;重点理解操作系统对磁盘的管理;了解计算机系统的工作过程;熟悉通用计算环境的进化思维。理解如何通过扩充资源数量提高计算机性能、改善系统资源利用率，从而进一步理解并行分布计算与云计算环境[4]。

6）程序设计思维

了解由机器语言到高级语言;掌握高级语言（程序）的基本构成要素;理解计算机语言的发展思维。详细讲解计算机语言和编译器的发展，使学生理解计算机执行越来越复杂程序的原因，以及不同抽象层次的计算系统[4]。

6 结束语

通过教学改革促进了良好教风的形成，教师认真授课、积极准备微视频和相关讨论课题、主动相互听课、交流教学体会、与学生积极交流、教学理念得到提升。良好的教风的形成同时可以促进学风的改变，在课程设计、毕业设计、学科竞赛等方面学生计算思维素养得到了提高。通过超星学习通平台、QQ群、微信等多种方式，创新教学方法，实现线上与线下教学相融合的体系，拓展了学生的思维空间。采用大班授课，小班研讨即翻转课堂的方式进行教学，提高学生构建知识体系自主学习的能力。结合理工类院校学生的思维及学习特点，积极进行教学改革与探索，构建了多元混合教学模式，提升学生综合创新能力。

参考文献：

[1] 冯月华，李文娟，文银娟.面向计算思维的大学计算机课程的教学改革探析[J].中央民族大学学报（自然科学版），2018，27（2）：72-76.

[2] 百度百科.计算思维[EB/OL].[2021-06-16].https：//baike.baidu.com/item/计算思维.

[3] 諶文芳，高海波，谌兴宇.面向计算思维的大学计算机基础课程教学内容改革[J].课程教育研究，2017（51）：242-243.

[4] 战德臣，王浩.面向计算思维的大学计算机课程教学内容体系[J].中国大学教学，2014（7）：59-66.

[5] 刘冬霞，张永波.面向计算思维的多向互动模式在大学计算机基础课教学中的应用[J].电子世界，2018（24）：63，65.

[6] 张敏，贾强.基于计算思维的Python程序设计课程教学案例设计[J].微型电脑应用，2021，37（3）：48-50，62.

【通联编辑：谢媛媛】