以培养计算思维为导向的大学计算机基础课程分级分类教学

张东生，李捷，乔保军

（河南大学软件学院，河南开封475004）

摘要：针对如何在大学计算机基础课程中贯彻落实计算思维的实际问题，提出通过分级分类教学模式，系统介绍该模式开展的总体情况和计算思维教育的落实情况，并分析课程改革的效果。

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关键词：计算思维；大学计算机；课程改革；分级分类教学

基金项目：河南省高等教育教学改革研究项目( 2014SiJGLX143)。

第一作者简介：张东生，男，教授，研究方向为计算智能，act@henu．edu．cn。

0 引言

计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为的思维方式。孙家广院士指出：计算机科学界最具有基础性和长期性的思想是“计算思维”，很多学者认为它是十年来计算科学和计算机学科中凝成的重要学术思想。在计算机教育实施过程中培养计算思维已经成为教育界和学术界的共识，许多研究者对如何把计算思维培养引入大学计算机基础课程教学中进行了探讨。一些专家学者认为，计算思维能力的培养是通过一系列课程实现的，而大学计算机基础课是训练计算思维最重要也是最好的一门课程。

传统的大学计算机基础课程内容一般是由计算机软硬件知识、文档编辑、数字媒体，网络应用、信息安全等板块组成。由于一些常识性和操作性内容学生已经掌握，造成学生学习兴趣不高、上课出勤率低、教务部门要求削减课时等不利局面。传统的计算机基础教育无论是教学内容还是教学模式都受到前所未有的严峻挑战。以计算思维培养为导向，转变教育教学理念，改革教学内容、教学方法与教学手段，已经成为时代对大学计算机基础教育的迫切要求。

教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会、高等教育出版社、《计算机教育》杂志社等组织了多个层面的大学计算机基础课程教学论坛，深入探讨了计算思维教育的开展方法。北京理工大学、哈尔滨工业大学等高校已在大学计算机基础课程中就开展计算思维教育做了许多深入研究，进行了实质性的改革实践，取得了令人称道的成绩，积累了宝贵经验。与此同时，国内很多高校仍面临课程改革从何处人手、如何破解课时压缩难题、改革怎样稳步推进等问题。

针对这一情况，河南大学在理解计算思维本质的基础上，认真学习兄弟院校的先进经验，结合学校具体情况，提出实行分级分类教学模式。

1 课程改革的思路与方法

1.1 基本思路

课程改革的根本任务是对课程教学内容和教学形式的改革。教学内容方面，我们着重参考和借鉴了哈尔滨工业大学战德臣教授的观点，结合本校实际，确定我们课程的“知识空间”；教学形式方面，则引入了北京理工大学李凤霞教授主导建构的课程框架，主要通过直观生动的案例实验将“知识空间”内容具体化。

由于学生的计算机应用水平差异很大，为课程改革带来较大难度。我们确定的改革目标是，以计算思维培养为导向，根据学生的不同情况，实行分级分类教学，切实做到以人为本、因材施教，通过课程改革改善教学效果，提高教学效益，实现既定目标，稳步推进计算思维的培养。

1.2 落实方法

新生入学时，我们将对其进行计算机应用能力测试，依测试成绩将教学对象分为三级，即提高级、讲座级、全程级；相应的教学内容分为两类，即计算思维培养类、操作技能培养类，见表1。

2 分类教学情况

在分级分类教学中，我们把握一个总体原则——“总一分一总”。具体要求：各级类学生的总体教学内容都要面向计算思维最根本的问题，即抽象、编码、约简、自动化等；根据具体分级情况，对于计算思维培养和操作技能训练内容在教学中要不同侧重；实现全体学生在信息素养和计算思维能力方面整体上的明显提高。

2.1 计算思维培养类教学模式

该培养模式针对计算机基础知识和基本操作已经掌握得比较好的学生，以自主学习为主，按专业编制为若干教学班，安排教师进行指导和辅导。在指导教师引导下，学生根据各自专业特点，进行研究性学生和实践活动。结业论文可以作为课程的附加成绩。

我们选用了北京理工大学李凤霞老师主编的《大学计算机实验》作为课程教科书。该教材内容充实、编排合理、启发性强。通过作者精心设计的实验课题和实验系统，学生可以在饶有兴趣的学习和体验过程中，潜移默化地认识、领悟和掌握“计算一计算机一计算机科学一计算思维”等一系列理念。该书共设计18个实验，我们选择了其中14个作为必修内容，并且根据不同专业教学班有所侧重，见表2。

2.2 操作技能培养类教学模式

教学内容为大学计算机基础课的传统内容，但在实际教学过程中我们有意识地引入计算思维的思想理念。譬如，我们不仅讲授编码的方法，还要拓展至数字编码的普遍性和统一性，引导学生逐步理解数据信息数字化的方法、意义和计算机数据处理的根本原理与方法；不仅介绍计算机网络协议的基本内容，还要引申到通过分层使复杂问题简单化和有序化的方法理念。同时，鼓励学有余力的同学自主学习思维类部分内容。

2.3 教学效果分析

为检验课程改革的效果，我们对2015年1月进行的期末考试进行了分析。纳入考试分析的学生包括10个改革试点院，共2 782人，其中普通文理专业学生1956人，艺术体育专业学生826人。对照组为上届同期同专业类别学生。

考试采用学院研制的网络考试系统，从试题库中随机生成试卷，满分为100分。技能培养类测试内容和评分规则与对照组学生大致相当，测试形式和试题难度完全相同。

数据表明，试点教学班整体情况好于对照组，考试成绩分析见表3。

2.4 学时师资投入分析

由于课程改革实行了“三级两类”教学模式，故可对相应教学班学生分配不同的学时，如全程（12～16周）、半程（6—8周）这两种学时安排。同时，由于每个教学班学生的基础情况相似度高，因而可将每个教学班人数编制稍加扩充。这两项措施有效地减少了学时和师资投入：改革试点教学班共有全程班7个，半程班25个，折合满额教学量投入教师3.80人。

与对照组相比，对照组学生为2 713人，编制为38个教学班，完全实行全程教学，占用满额教学量教师8.44人。新教学模式减少师资投入4.64人，学时师资投入分析见表4。