基于计算思维的大学计算机基础课程教学内容设计
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）07-0116-02
1 计算思维简介
自从2008年美国部分高校已经在大学基础课程教学中引入了“计算思维”，并取得了很好的效果、英国计算机学会的相关专家和学者也对计算思维进行了深入学习和研讨。在我国，2010年7月，教育部高校计算机基础课程教指委组织九所首批“985”学校举办了“九校联盟计算机基础课程研讨会”，并发表了“九校联盟计算机基础教学发展战略联合声明”的会议决议。此次会议报告中明确表示引入计算机思维是大学计算机基础课程教学的“核心任务”，并对计算思维进行详细解读，深入研究计算思维与大学计算机基础课程的契合点，分析计算思维在大学计算机基础课程教学中的体现方法与具体应用，成为了目前大学计算机基础课程教学研究的关键[1]。
著名学者周以真教授提出计算思维是运用计算机科学的基础概念及你想那个问题求解、系统设计和理解人类行为等涵盖计算机科学广度的一系列思维活动。CMU Computational Thinking Center认为计算思维意味着通过创造和使用不同层次的抽象以有效理解和解决问题.；计算思维意味着算法化思维（thinking algorithmically），通过应用数学概念（如归纳）寻求更高效、公平和可靠的解决方案；计算思维意味着从效率、经济和社会等角度理解规模的重要性。
计算思维不仅渗透到每一个人的生活里，而且影响了计算机学科的发展，创造和形成了一系列新的教学理念和教学模式。
2 大学计算机基础课程教学内容改革的需求
目前，大学计算机基础教育在教育理念、教学内容及教学方法等方面，还存在一些问题，面临一些挑战。计算机基础教学一直以来存在着“计算机基础课程就是讲解Windows操作系统、Office办公软件等常用软件操作的一门课程”等观点，老师也主要讲解常用办公软件的具体操作，而对培养学生运用计算思维来解决专业问题的能力没有引起关注；教学内容采用模板式的教学目标、教学重难点，未能将教学内容与学生自身专业紧密结合，为专业提供服务；教学方法也只着重重要知识点的灌输，忽视了对学生“计算思维”的养成训练。
1）对计算机基础教学具有片面认识
大多数人存在计算机只会常用办公软件操作就可以，计算机就是一般程序设计等不全面的观点，高校对计算机基础课程不重视，学时一度被压缩，教学资源得不到充分配置，其次，学生学习计算机基础课程的态度也不重视，觉得可学可不学，有的学校教师认为大学计算机基础课程可有可无。
2）信息技术发展迅猛，知识体系庞杂，内容更新快
当今是信息社会，随着信息技术的快速发展，对计算机课程的教学提出越来越高的要求，知识构成庞杂，教学内容需要紧跟时代脚步，更新变化非常快，这与计算机基础教学相对有限的学时和有限的教学目标形成了矛盾。
当前形势对计算机基础教学提出了更高要求，对计算机基础教学的多样化要求，和计算机技术内容新颖化也提出了更鲜明的要求。基于此，我们不需转变以前的观念，需要选定相对合理、能够体现计算机本学科核心思想及方法的重要内容，更加突出思维方法的训练，用以满足有限的课时应对教学改革的压力和不断更新的技术，摆脱以“操作技能”培养学生计算机能力造成的“危机”，更好地诠释课程建设的目标，更好地体现计算机基础教育特征。
3 基于“计算思维”的教学内容重组设计[2]
为了更好地将“计算思维”引入到计算机基础课程的教学中，遵循教学内容要“再组织与优化”的指导思想，增加计算理论基础的教学、加强算法与程序课程讲解、计算机系统基础突出重点，例如重点讲解计算机组成、网络、操作系统、数据库、软件工程等，进行典型案例设计、进行符合思维习惯的教学内容重组。兼顾原有的知识点，进行有针对性的提高，具体见如下表所示：
4 以“二进制计算”教学内容为案例设计
1）改革课堂教学方法
教学中以计算机系统基础知识为主，增加少量的问题求解，通过对传统框架下进行改革与提升，通过案例、研讨、活动等手段推进计算思维的改革。课堂中采用的教学方法有以下几种[3]：
启发式教学，以学生为主体，采用多种方式，启发、引导学生积极思维，探索问题，分析问题，解决问题，激发学习。
讨论式教学，引导学生为解决某个问题进行探讨，形成不同的观点并得以进行知识的碰撞，促进学生灵活运用知识。
参与式教学，主要以学生为中心，直观形象的教学手段。学生自己动手、动脑，积极参与发现问题，解决问题，其中以团队协作的方式，通过数据收集、数据分析等方式来完成任务。
案例教学，通过对案例的选择与分析，引入相关单元的核心问题和基本思路，讲解讨论核心内容，自学拓展知识内容，让学生融会贯通。
2）教学内容设计
教学的主要内容包含：第一，进位制的概念及各进制之间的转换方法；第二，计算机采用二进制的原因及二进制表示方法；第三，二进制计算问题的分析及解决。教学难点我们设定为数的表示范围与计算思维的培养
3）教学过程设计
教学中具体教学过程：
① 提出问题：以“二进制计算”教学内容为例，提出问题。例如：什么是进制的概念？同学们了解过二进制的概念吗？
② 明确教学目标：掌握二进制与计算。
③ 学情分析：提问评估学生学习本知识的背景知识。
④ 案例剖析：引入案例，进行案例分析，组织学生参与式学习，以“二进制数值表示的范围和换算”为例，课堂可以设置数模转换、进度管理、CPU工作方式等任务驱动。学生在这个环节为主体地位，自己动手、动脑主动参与进来。
⑤ 问题求解：重在算法和程序的体验
⑥ 总结反思提高：注重学生的反馈信息，布置课后作业拓展提升。
课堂主要教学片段设计思路如下[4]：
5 小结
计算思维是人类三大科学思维方式之一，它作为一个问题解决的有效工具，正在改变着大学计算机基础教育的教学模式[5]。
大学计算机基础课程教学中，其内容设计中关键点是要落实计算思维的教学，我们可以对以前的知识进行重组和优化，并合理引入培养计算思维的新的知识点，进一步寻求一种切实可行的操作方法并具有适应性和普遍性，可以进行高校范围内推广尝试。
