王 苹 张未未 翟 兴 唐 燕
北京中医药大学信息中心，北京100029
计算思维能力培养为导向的中医院校计算机基础课程教学改革探索
王 苹 张未未 翟 兴 唐 燕
北京中医药大学信息中心，北京100029
大学计算机基础是面向高校非计算机专业学生开设的一门通识必修课程，是信息时代培养大学生综合素质和创新能力的重要环节，而计算思维能力的培养是目前计算机基础课程教学的核心任务。本研究通过界定计算思维的基本概念，介绍了以计算思维能力培养为导向的计算机基础课程的教学改革现状，探讨了其中存在的问题，提出了相应的解决策略。
计算思维；中医院校；计算机基础；教学改革
近年来，随着个人计算机的迅速普及和易学易用，以及互联网技术的迅猛发展，计算机科学技术呈现出了平民化和泛在化的发展趋势，致使面向我国高校非计算机专业学生开设的计算机基础课程的发展现状不容乐观，该门课程的教学课时被不断缩减。而中医类院校由于学科专业以中医药相关专业为主，则更是看轻计算机基础课程教学的必要性，甚至有取消计算机基础课程的倾向，可见，计算机基础课程的发展已经到了生死存亡、必须改革的地步[1]。
国内以陈国良院士和李廉教授为首的一些计算机教学人士致力于寻求高校计算机基础课程改革的方法和途径，经过国内外调研，发现自2006年来计算思维在国际上引起了多方关注，而且计算思维能力的培养与训练对未来人才培养具有重要而深远的意义，于是较早地将计算思维引入到国内的高校计算机课程教学中来，发起了以计算思维能力培养为切入点的计算机基础课程教学改革。
1 计算思维
美国卡内基·梅隆大学周以真教授2006年3月在美国计算机权威期刊Communications of the ACM杂志上首次正式提出并定义了计算思维：“计算思维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”。计算思维的本质是抽象和自动化，如同所有人都具备是非判断、文字读写和进行算术运算一样，计算思维也是一种所有人都必须具备的思维能力[2]。
计算思维是一种科学思维，与理论思维和实验思维一起构成了推动人类文明进步和科技发展的三大思维[3]。计算思维对不同学科专业大学生的创新思维能力培养具有非常重要的作用，在计算机基础课程的教学中应着重于利用计算机技术进行问题求解的思路和方法的教学，为大学生今后应用计算手段进行学科专业创新研究奠定扎实基础。
2 计算思维能力培养导向下计算机基础课程教学改革的研究现状
计算思维概念自2006年正式提出到现在，经历了8年左右的时间，这8年里计算思维的概念在国内教育界广泛传播，如星星之火一般，所到之处为计算机基础课程教学注入了新的生命活力，也为计算机教育工作者带来了机遇与挑战，并已显现出其燎原之势。教育部高教司在2012年设立了以计算思维为切入点的“大学计算机课程改革项目”，教育部大学计算机课程教学指导委员会在2013年发表了旨在大力推进以计算思维为切入点的计算机教学改革宣言。在2012年之前有关计算思维的研究大部分还处于理论层面的探讨研究，而2013年之后的研究方向则是侧重于探讨将计算思维具体落实到课程教学实践中去，要着重解决计算思维的“落地”问题。
但是，国内真正在计算机基础课程中开展基于计算思维教学的高校还是为数不多，大家理论概念上谈的比较多，真正教学实践中做的较少，只有北京交通大学、哈尔滨工业大学、合肥工业大学、浙江大学和东北农业大学等几所高校基于计算思维开展了探索性的教学实践，并取得了一些有益的教学成果。究其原因，不是大家不想做，而是不知如何去做，因此，目前急需在教学层面形成一个清晰的表达体系，从实践层面去推动一批高校按照不同层次的培养目标、不同专业的应用需求来开展基于思维的大学计算机基础课程的改革探索，为其他高校开展基于计算思维的计算机教学提供范例以参考借鉴[4]。
3 计算思维能力培养导向下计算机基础课程教学改革存在的问题
针对目前高校计算机基础课程越来越被看轻、不受重视的情况，我们不得不认真审视这样一个问题：计算机基础课程真的无用吗？答案当然是否定的！之所以会造成高校对计算机基础课程存在种种偏见和轻视，是由于长久以来在计算机基础课程的教学中存在着严重的“工具论”的倾向。在教学中过分侧重于对软件功能的讲解，过分侧重于学生操作能力的培养，而忽视了思维方法层面的教学，或者说我们的计算机基础课程教学一直停留在一个较低层次的操作技能的教学水平上，致使学生和学校产生了计算机课程不重要的错误认识，因此，急需在计算机基础课程教学中加强引导学生思考解决问题方法的教学，必须重视学生计算思维能力的培养，这也是计算机基础课程教学改革的重要方向。
当前，为了培养能够参与国际竞争的创新人才，计算思维的培养已经得到中国部分高校的重视[5]，但是，在当前全国各高校计算机基础课程课时被不断消减、不受重视的大环境下，不难发现计算思维的“落地”问题是个难题，计算思维背景下高校计算机基础课程教学改革过程中还存在许多迫切需要解决的问题。
3.1 计算机教师对计算思维的认识不够深入
基于计算思维开展计算机基础课程教学，教师是改革最主要的推动者和实施者，计算机教师应该对计算思维有深入地理解，本身应具有计算思维能力，并掌握了培养学生计算思维能力的方法，才能胜任这次改革任务。可实际情况却很不乐观，首先计算机教师都是传统模式教育出来的，应该说也缺少计算思维能力，虽然最近几年刚刚接触了计算思维的概念，但理解并不是很深入很透彻，以至于在实际教学改革中不能得心应手。
3.2 教学内容未能与学生专业深度整合
现在的学生具有明显的“应用型”特征，他们希望所学的知识与自己的专业、学习和生活实际能结合起来，但是，目前大部分高校的计算机基础课程的教学内容仍然都是计算机学科的普适内容，设计上没有结合学生的专业，使学生感觉计算机的学习与专业无关，从而大大降低了学生的学习兴趣和求知欲。
3.3 教学方法仍沿用原有模式
计算思维背景下开展计算机基础课程教学，教学内容改变了，教学模式也应随之改变。但当前虽然是基于计算思维开展计算机教学，可还没有探索出适宜的教学模式，教学中仍主要是沿用基于知识和技能的传统的项目驱动教学法，未能达到最好的教学效果。
3.4 缺少与计算机基础课程相呼应的系列计算机课程
只在大学一年级的计算机基础一门课程中开展基于计算思维的教学，似乎培养学生的计算思维能力只是计算机基础一门课程的事情，与其他计算机课程无关。而仅凭一门计算机基础课程，就能实现学生计算思维能力的培养是不切实际的，会让学生感觉刚刚开了一个头就结课了，没有后期计算机选修课程的学习支持，使计算思维能力的培养不能得以充分体现与实现。
3.5 如何在不断缩减课时的情况下完成计算思维能力的培养
近年来，各高校计算机基础课程的地位不断被降低，教学课程不断被缩减，许多学校已经被缩减到36学时，在如此有限的学时内完成计算思维能力的培养难度较大。因此，如何重新组织教学内容，合理安排教学进度在有限的学时内完成教学任务并在教学中贯穿计算思维能力的培养是目前急需解决的一个重点难题。
4 解决策略
计算机基础是中医院校大一学生接触的第一门计算机课程，讲好这门课责任艰巨，意义重大。应该讲什么？怎么讲？如何评价学生的学习效果？这些都是计算机教师应该认真思考的问题。为了扭转中医院校计算机基础课程的教学现状，笔者于2013年在计算机基础课程中引入了计算思维能力的培养理念，重新梳理和组织了教学内容，采用了“翻转课堂”教学模式和“项目驱动+案例”教学法，从以前的单纯强调操作技能的培养转变为强调解决问题方法的思维能力培养来开展教学。经过近两个学期的教学实践，针对计算思维能力导向下计算机基础课程中存在的以上五个问题，经过教学实践的探索与验证，提出以下五个相应的解决策略。
4.1 加强教师再学习培训
一种教学理念的改革如果没有触动教师的转变，那就是流于形式的。基于计算思维开展计算机基础课程教学，对计算机教师提出了更高的要求，教师首先应对计算思维有一个全面的认识和深入的理解，转变教学理念，改进教学方法，进而在教学中自觉地实施基于计算思维的教学改革。
应重视通过教师培训使教师对计算思维进行再学习，培养出一批具有计算思维能力并善于在教学中培养学生计算思维能力的教师，这样才能胜任当前基于计算思维的高校计算机课程教学改革。此外，还迫切需要先开展计算思维教学的院校提供一批引领示范的教学资源，为后开展计算思维教学的教师提供教学改革的示范范例[6]。
4.2 教学内容应与学生专业紧密结合
当前社会，各行各业已经越来越多地依赖计算机作为分析和解决问题的工具，计算机已经渗透到各行各业，各专业都在向信息化、数字化方向发展，在这个过程中，最重要的不是如何解决问题的具体技巧，而是如何把专业领域问题转化成能够用计算机解决的形式，这正是计算思维培养所强调的内容。显然，学会使用计算思维的基本方法解决问题比学会具体解决问题的技术更加重要。因此，在计算机基础课程教材中需要增加与学生专业相结合的案例内容[7]。
计算机基础课程应面向各学科各专业的计算机应用需求来重新设计、组织教学内容[8]，教学内容的选择应该是宏观层面的解决问题的实现方法和过程的介绍，引导学生将计算机解决问题的思想和方法应用到自己的专业领域里，注重学生计算机素质的教育和计算思维能力的培养，至于微观层面的具体实现的步骤和细节可不要求学生掌握，否则过于强调操作的话将又纠缠在“狭义工具论”的漩涡中[9]。
4.3 构建与计算思维能力培养相适宜的教学方法
在计算机基础课程教学中融入计算思维，主要是教学方法的改革。所谓“教学有法，教无定法”，笔者认为不应局限于某一种教学方法，应根据计算思维能力培养的特点结合教学内容和学生专业特点来选择适宜的教学方法。例如，启发式教学方法有助于引导学生从解决问题的角度出发，强调解决问题的方法和思路；案例教学法通过精心编制的案例情景的描述有助于构建一个解决问题的情境环境，引导学生进行讨论、分析、归纳和总结，提出解决问题的各种方案；项目教学法通过布置具体的任务或项目，有助于学生作为学习的主体通过完成这些任务或项目的过程而获取知识等。只要是有助于培养学生计算思维能力的教学方法都可以应用于教学过程之中，以最大化优化教学过程，取得最佳教学效果。
4.4 加强后续系列计算机课程建设
计算思维能力的培养不是一朝一夕、一个学期两个学期就能达到的[10]，计算思维包含的内容也不是计算机基础一门课程所能承担的，计算思维教学需要贯穿到所有的计算机课程中，需要有一系列的计算机应用课程作支撑和拓展，如数据技术与应用、多媒体技术与应用等课程，来进一步引导学生应用计算思维解决各种专业的问题[11]。大一的计算机基础课程只能实现激发学生计算思维能力的作用，至于更深更高层次的计算思维能力的培养还需要有大二以上一系列的后续课程的学习才能得以实现。因此，需要重新梳理整个系列计算机课程的教学内容与教学思路。
同时，计算思维能力培养是贯穿大学计算机教学过程中的系统工程，计算思维存在于计算机的许多分支学科中，这就要求在课程内容设置时要充分考虑计算机各分支学科间的关联，还要关注计算思维及其在各个专业领域中的应用，使课程内容之间、课程与课程之间具有连贯性[12]。
4.5 采用翻转课堂教学模式和微课来挖掘学生课外学习时间并高效利用课堂教学时间
如果无法增加现有的计算机基础课程的教学课时的话，那就必须积极拓展课堂以外的学生学习时间。翻转课堂是一种比较有效的方法，所谓翻转课堂是指重新调整课堂内外的学习时间，改变以往教师课堂上讲课，教授学生知识内容，课下布置作业的教学模式，而是变为由学生在课下借助于各种学习资源，自主完成知识内容的学习，然后回到课堂之上，教师只对学生在自学过程中不理解或存在问题的知识部分进行答疑解惑，并将更多地课堂时间用于组织学生对自学知识进行灵活运用。可见，翻转课堂教学模式下，教师在课堂上不再是纯知识内容的宣讲者，而是帮助学生解决自学过程中遇到的问题，并将更多地课堂时间和精力用于引导学生运用知识去解决问题，是相比于传统教学更高效、更高层次的教学模式，在翻转课堂教学模式中，由于知识的学习改由学生课下自学完成，因此要求学生应具有较强的自学能力，而大学生完全具备这种能力，通过学生的课下自学可以节省出大量的课堂时间，教师则可以充分利用课堂时间来引导学生运用知识解决专业领域的问题，培养学生的计算思维能力。因此，翻转课堂教学模式其实非常适合高校各学科的教学活动，而不仅仅是计算机基础这门课程。
在翻转课堂教学模式中，用于支持学生自主学习的学习资源的质量是学生自学学习成功与否的关键因素。除了教材、讲义等静态资源以外，还需为学生提供学习的视频资源，教师可以根据课程的内容特点和学生的实际学习情况针对知识点录制微课。所谓微课，是指为帮助学生自主学习，围绕某个知识点或教学环节录制的简短而完整的教学视频。录制微课的目的为了帮助学生获得自主学习的最佳效果，因此需要对微课进行精心的教学设计，微课的内容是通常是某个知识点或教学环节，时间不宜过长，通常比较简短的，一般在5～10min，但微课虽短，却也是完整的教学活动。对教师来说，制作微课最关键的是要从学生的角度去设计、制作微课，应体现以学生为本的教学思想，这样才能获得最佳的学习效果。
5 小结
计算思维能力的培养关系到培养出来人才的创新能力，我国目前有一个主要的问题就是各领域缺乏创新，国人的模仿能力很强，但创新能力差，所以我国山寨的产品多，自主研发的产品少。这主要是因为我国的教育从小学到大学都是灌输式的教学方法，极其缺乏启发学生思维能力的教学，造成今天创新人才的匮乏。因此，还需要计算机教育工作者投入更多的精力去探索和推进计算思维为导向的计算机基础课程教学改革，抓住大学阶段的学习来实现学生计算思维能力的培养，意义重大，任重道远。
[1]陈国良.计算思维导论[M].北京：高等教育出版社，2012.
[2]Jeannette MW.Computational Thinking[J].Communications of ACM，2006，（3）：33-35.
[3]战德尘，聂兰顺，徐晓飞，等.“大学计算机”——所有大学生都应学习的一门计算思维基础教育课程[J].中国大学教学，2011，（4）：15-19.
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[12]王志强，刘芳芳.基于计算思维的计算机基础课程改革研究[J].中国大学教学，2013，（6）：59-60.
Exp loring of reform of college com puter basic course based on com putational thinking
WANG Ping ZHANGWeiwei ZHAIXing TANG Yan
Information Center,Beijing University of Chinese Medicine,Beijing 100029,China
College computer basic course is a general education required course for non-computermajor students,is an important part of innovation capability and the overall quality training in information age,and the training of ability of computational thinking is the core task of computer basic course teaching at present.This paper introduces the basic concept of computational thinking,sorts the status of the teaching reform of the computer basic course in universities based on the computational thinking,discusses some existing problems,and explores the corresponding solving strategies.
Computational thinking;Chinesemedicine college;Computer basic course;Teaching reform
G642.0
B
1673-7210（2014）09（c）-0118-04
2014-05-26本文编辑：卫轲）
北京市青年英才计划项目（编号YETP0820）；北京中医药大学校级教育课题（编号XJY13028）。
王苹（1979-），女，硕士研究生；研究方向：基于计算思维的教学设计。
唐燕（1977-），女，硕士研究生；研究方向：网络环境下的教学设计。
