2021-4-9 | 计算机基础课程论文
２００８年６月，美国计算机科学技术教师协会（ＣＳＴＡ）在网上发布了《计算思维：一个所有课堂问题解决的工具》报告，对计算思维进行了分析和总结．同时，在公布的ＡＣＭ对ＣＣ２００１进行的中期审查报告（草案）中，就明确将计算思维与“计算机导论”课程绑定在了一起，并明确要求在该课程中讲授计算思维的本质［２］国内，计算思维其实早已存在于我们平时的教学中，只不过周以真教授的提出才使得计算思维更加的清晰化和系统化，使我们真正认识到它的存在和重要．教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会非常重视计算思维的培养工作．自２００８年以来，就多次开展了与计算思维相关的专题研讨会，探讨了计算思维在计算机教学中的重要作用．２０１０年７月，在西安会议上，发布了《九校联盟（Ｃ９）计算机基础教学发展战略联合声明》，确定了以计算思维为核心的计算机基础课程的教学改革［３］．
计算机基础教学存在的问题
大学计算机基础课程是学生在校接触的第一门计算机课程，因此计算机基础课程的教学方式及教学效果，将会影响到学生对计算机这门学科的兴趣及研究．目前，在计算机基础教学中主要存在着以下问题：１）对计算机基础教学认识不够计算机基础课程，特别是计算机应用基础课，在很多学校都没有得到充分的重视，因此缺乏对计算机基础教学有深刻认识的领军人物，不能吸引优秀的青年教师加入教学的团队．２）忽视了计算机基础教育的本质在计算机基础教学中缺乏了对课程有深刻认识的教师，导致在教学过程中，照本宣科，忽视了计算机基础教育的本质，难以吸引学生真正进入计算机领域．３）过多的强调计算机基础教学中的基本技能衡量计算机基础教学成果，目前主要是看学生掌握计算机的能力，也就是通过计算机这个工具学生能做出什么作品，或者是学生能通过计算机方面考试的人数，过多的强调学生计算机技能的培养，忽视了对计算机学科最重要的核心思想与方法的培养，使计算机成为了狭义的工具．
基于计算思维的计算机基础教学模式
基于上述计算机教学中存在的问题，提出了基于计算思维的计算机基础教学模式．在计算机基础教学的过程中融入计算思维，通过计算思维的方法解决计算机面临的问题，有助于教学效率的提高．
（1）基于计算思维的计算机基础教学模型
基于计算思维的计算机基础教学是通过任务驱动、目标驱动和考核驱动把教学者和学习者联系起来［４］，教学者运用计算思维的方法设计教学任务、制订教学目标和考核评价方式，学习者通过计算思维的方法来完成教学任务，达到教学目标，通过教学考核．教学者与学习者共同参加教学过程，教学者是主导，学习者是主体，以基于计算思维的三驱动教学模式来进行教学，有利于激发学习者的学习兴趣，端正学习者的学习动机，培养学习者的创新能力和计算思维能力．便于理解，用数学式子表示为：Ｍ＝Ｆ（ＡＴ，ＡＳ，Ｇ），式中Ｍ表示计算机基础教学模式，Ｆ（）表示一个过程函数，ＡＴ表示教学者的动作集，ＡＳ表示学习者的动作集，Ｇ表示教学过程中的动作集．在教学活动过程中，Ｇ包含的内容越丰富和科学，教学模式Ｍ的教学效果也就越高．通常情况下，ＡＴ，ＡＳ和Ｇ还包含的动作集和关系：ＡＴ＝｛ｑ，ｄ，ｓ，ｚ｝；ＡＳ＝｛ｐ，ｇ，ｗ，ｊ｝；Ｇ＝｛ｒ，ｍ，ｋ，ｃ｝．ＡＴ式中的ｑ表示教学者在进行课题教学之前的教学准备及对课堂的教学设计；ｄ表示教学者课堂的实施过程，即对教学内容的讲授，对学习者课堂提问等；ｓ表示教学者布置教学任务，监督协助学习者完成任务的过程；ｚ表示教学者对学习者完成的教学任务进行考核评价；教学者ＡＴ在ｑ、ｄ、ｓ、ｚ中能科学的组织，必然教学者的教学效果将会很好．ＡＳ式中的ｐ表示学习者课前的知识预习和准备；ｇ表示学习者课堂认真学习，配合教学者完成课堂教学的过程；ｗ表示学习者接受学习任务，完成学习任务的过程；ｊ表示学习者参与考核评价之后的总结和提升．学习者ＡＳ在ｐ、ｇ、ｗ、ｊ中如能有效的完成，其学习者的学习效果也将会提升．Ｇ式中的ｒ表示教学中的任务驱动方式，教学者通过任务促使学习者在完成任务的过程中掌握和扩展所学知识；ｍ表示教学中的目标驱动方式，教学者制订学习目标，促使学习者在任务的完成中精于求精；ｋ表示教学中的考核驱动方式，学习者最后的学习情况及考核等级是学习者最为关心的问题，因此教学者与学习者共同参与最后的考核评价，促使学习者认真对待学习过程；ｃ表示教学中采用的计算思维方法（如抽象与分解，递归，保护、冗余、容错、纠错和恢复，并行处理，关注点分析，启发式推理，不确定情况下的规划、学习和调度等等），教学者和学习者运用计算思维贯穿整个教学过程，达到教学的合理、科学和高效．教学者（ＡＴ）与学习者（ＡＳ）之间的一切教学活动及教学方法（Ｇ）组织得越科学和理，整个教学效果（Ｍ）也就越高．基于计算思维的计算机基础教学 模 型 （Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｂａｓｉｃ Ｔｅａｃｈｉｎｇ Ｍｏｄｅｌ Ｂａｓｅｄ ｏｎＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｔｈｉｎｋｉｎｇ，简称ＣＢＴＭＣＴ），如图１所示（图略）．
（2）基于计算思维的计算机基础教学的组织与实施
在基于计算思维的计算机基础教学模型之中，教学者与学习者以任务、目标和考核为主线联系起来．学习者知识的吸取、计算思维能力的培养，教学者起到很重要的作用，这就需要教学者运用高效的计算思维一系列方法进行教学的设计，包括教学目标、教学任务、教学流程、学习者任务和考核方式等等．教学者根据教学目标及学习者的具体情况来设计任务，创设学习情境，实时呈现学习任务，对学习任务合理分配给学习者，指引学习者之间协作学习进入解决问题的情景，运用计算思维的一系列方法来完成学习任务，教学者要实时注意学习者的学习状态进行指导．任务完成教学者与学习者交流考核，分析和总结各自的优缺点，不断的提升自我． 根据提出的ＣＢＴＭＣＴ模型，以《Ｃ语言程序设计》这门课程来进行实践研究．ＣＢＴＭＣＴ模型的第１步课前准备，教学者要熟悉掌握课程的内容，对教学过程进行设计分析，运用计算思维的方法进行教学任务的设计和分工．学习者也应该了解课程的主要内容，调整学习的心态，迎接教学．ＣＢＴＭＣＴ模型的第２步课堂教学的实施，教学者在教学的过程中应该创建一个活跃的教学氛围，运用计算思维的方法进行知识点的讲解，如讲解《Ｃ语言程序设计》中循环控制时，除基本概念的讲解，应以实例的方式体现循环控制的过程，如求式子∑２０ｎ－１ｎ！的值，教学者就可利用计算思维方法约简、转换任务，把看去复杂的问题，转换为各个小问题来进行解决．首先将式子转换为１＋２！＋３！＋…＋２０！的形式，先求出每项之值，再求出总的值．再如猴子吃桃的问题，猴子第１天摘下若干个桃子，当即吃了一半，又吃１个，第２天又吃了剩下的一半加１个，以后每天都如此，吃了前一天剩下的一半多１个，到了第１０天就只剩下１个桃，求第１天猴子摘了多少桃［５］．教学者利用计算思维方法递归思维、启发式推理对学习者进行教学，第１天的桃子数是第２天桃子数加一后的２倍，第１０天有１个，那么第９天未吃前就应该是４个，第８天未吃前是１０个，以此类推，学习者从简入繁，提高了学习的兴趣和效率．ＣＢＴＭＣＴ模型的第３步教学任务的设计与布置，教学者在这个环节应充分考虑学习者的学习状况，合理布置学习任务，也可以针对不同的学生布置不同的任务，教学者对学习者进行实时指导，合理运用计算思维方法来完成学习任务．学习者接受学习任务后，要对任务进行分析理解，收集相关的资料，可以分工完成，也可协作完成，探寻多渠道的解决方式，做到精益求精．ＣＢＴＭＣＴ模型的第四步考核评价，这一步不再是老师的独角戏，要求教学者和学习者共同参与，对任务的完成结果和过程进行分析，学习者可以互相交流任务的完成过程，扩宽了视眼，内化了知识．这种考核方式对教学者和学习者都是一次质的提升．