以“计算思维和能力”为基础的教学改革策略探讨

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  摘要:当前阶段,高等院校的计算机教育教学改革要立足于计算思维和能力发,借助于二者的相互融合,培养符合社会需要的计算机专业复合人才。将计算思维和能力引入新时代计算机教学过程中,符合时代要求并且是教学改革的必经之路。本文借助于研究计算思维和能力为基础的教学改革有效路径,希望能够切实帮助计算机教学改革取得一定成效。
  关键词:计算思维;计算能力;教学改革
  1引言:最早是西方国家提出了“计算思维和能力”这一概念,具体指的是借助于计算机基础概念来设计系统、解决问题的思维以及具备计算机基础理念的相应能力。“计算思维和能力”的面世,极大程度上影响了计算机教育的发展进程。现阶段国内的计算机教学领域,一直致力于培养学生的实践操作能力,然而并不侧重于培养其计算思维和能力。存在错误的观念认为计算机是一门单纯的实践性学科,只要能够熟练操作就是拥有较高的计算机水平,所以,以“计算思维和能力”为基础的教学改革至关重要。
  2 以“计算思维和能力”为基础的教学改革的重要地位
  2.1以“计算思维和能力”为基础展开教学实践是教学改革的必经之路
  以“计算思维和能力”为基础展开教学实践,可以辅助学生树立计算思维,培养计算能力,使其在面对问题时,能够应用计算思维和计算能力来寻求解决之道,为其成为复合型人才奠定基础,在日后的研发过程可以利用计算手段来进行剖析。当然此过程需要侧重于将现实的问题转化为计算机语言表达形式,而不单单是单纯的追求解决问题的方法。
  2.2以“计算思维和能力”为基础展开教学实践是升级教学模式以及教学方法的必经之路
  突破了传统教学方式以及教学方法的束缚,以“计算思维和能力”为基础展开教学实践给予了教师传播计算机知识的全新渠道,有助于教师在教学活动中源源不断的发现问题并且解决问题,通过此过程,教师的个人业务水平也得到提升,自身的创造能力也有所精进。除此以外,教师辅助学生培养计算思维和能力,并鼓励学生将其应用到自身的生活和实践领域,为将来的科技研发奠定了基础。
  2.3以“计算思维和能力”为基础展开教学实践是时代发展需要。
  如今人们已经身处于大数据时代,“大数据”不单单是代表着一种技术,更多的是需要面对海量的数据信息,各行各业都处于大数据时代所带来的机遇和挑战之中,高等院校计算机基础教学也无法例外。无论是教学的方式方法,还是具体的教学内容,无一不向着智能化、网络化、数字化的方向发展。立足于教学根本来说,高等院校计算机基础教学永远都是伴随着相应的数据产生,深入地对数据加以剖析,其本质就是一种计算,这也就要求必须具备相应的计算思维和能力。
  3当代计算机教育的薄弱环节
  3.1计算机教学理念存在偏差,教学环境有待提升
  当代高等院校在开展计算机教学活动的过程中,仍然未能及时的转变观念,尚未把计算思维和能力放到高度重视的地位,而且对其理解存在一定的偏差,认为这并不是教育教学过程中的重难点,除此之外,尚未充分认知到培养学生的计算思维能力是一项复杂的、长期性的工作,因此在具体的教学过程中很难将计算思维和能力贯彻到教学内容中去,无法有意识地培养学生在此项领域的长足进步。
  除此以外,教学环境有待提升。这里的教学环境包括师资力量和平台资源。目前大多数高等院校展开计算机基础教学的时候,还是只能依靠教师授课,缺乏线上平台的参与。而教师自身的专业素养存在一定的滞后性,虽有多年教学经验,但是也建立了较为传统固化的教学思维。
  3.2教材内容不符合计算思维和能力的要求
  教材内容的具体编制大多是依靠教学大纲的要求,然而现阶段由于教育工作者无法充分的认识到计算思维和能力的重要地位,所以关于此项目的书籍和教材参考并不多见,而且在仅有的书籍和参考资料中,整体的内容质量仍然存在不足。高等院校应用的计算机基础教学教材大部分内容过于陈旧,编制较为零散,专业度有待提升。举例来说,随着计算机走进千家万户,而且在学生的小学、初中、高中阶段都有所涉及,所以学生对于Excel、Word、Powerpoint等等基础软件知识已经比较熟悉,再重复讲解就很难调动他们的积极性,然而目前应用的教材仍然有大部分内容涉及到这些基础软件的操作,显然这并不符合当前学生的学习需要。
  3.3教学方法固化
  虽然计算机教学是一门更加注重实践的学科,然而在其教学方法上依然和部分文化课相近似,主要采用先讲解理论然后自行练习的方式。由于计算机的基础理论较为枯燥,所以很难调动学生的兴趣,而且当学生有了一定的计算机基础之后,更加无法深入的进行学习,因此在此过程中也就无法谈及计算思维和能力的培养。
  4以“计算思维和能力”为基础的教学改革有效策略
  4.1及时转变教育理念,优化教学环境
  由于传统教学理念所存在的偏差,会影响到学生计算思维能力的培养,因此,教育工作者需要在实际开展教学活动之前,首先转变教育理念,深入的意识到计算思维能力培养的重要地位,对其有个正确看待的态度。具体可参考以下几点:第一,计算思维并不等同于编程能力,而是指的一种逻辑思维概念。编程是一项具体的计算机工作,然而计算思维是一种相对抽象的逻辑思想,它需要借助于具体事件来深入分析其本质,立足于某个角度展开分析和思考的过程。第二,充分重视人的地位。计算思维和能力本身就是人所拥有的,这种思维和能力并不局限于计算机课程本身,还应该被广泛的应用于日常的生产活动和生活中,用于解决实际存在的问题。举例来说,比如众所周知,当丢失了一件东西的时候,必然首先顺着原路走回去寻找,其实这就是计算思维中典型的回溯方式。而在大型超市中,设计了多个收银付款台,这也就相当于计算机中的多服务器模型。计算思维和能力是人们想要实现自身良好发展所必须具备的技能之一。如今人们身处于信息化的时代,大数据潮流之风盛行,想要高品质的生活,计算思维和能力是必不可少的工具之一。计算机基础教学课程的构建要紧紧围绕着计算思维展开,才有利于对学生计算机操作能力的根本提高。目前,教育部已经设立了大学计算机课程改革项目”计算机思维与计算机课程研究及教材建设“,许多高校也建立起针对这一改革项目的课程体系。有些教师也为此做出了突出贡献,例如哈工大战德臣教授把大学计算机基础课程所包含的知识点以计算树的形式展现出来,还编制了大学生计算机课程相关教材,已经应用到许多高校的教学中。除此之外,不同地区的高校要建立适合本地发展水平的特色教学课程体系。现在主流的计算机基础课程体系是教育部指导委员会所提出的”1+x“方案,方案中的1和x分别代表两个教学層次,1是第一层次是指大学生计算机基础必修课,x是根据不同的专业设立不同方向和内容的计算机课程。比如理工科多开展程序设计课程,文科开展媒体技术及应用方向,经管专业研究数据库技术及应用方向。实践下来,这种开设课程的模式是可行且有效的。然而如今仍有待解决的问题是如果提高学生的计算机思维,需要在原来的基础上建立新的课程体系,就需要相关工作者深入分析研究,将计算机思维融入到教学中。   除此之外,还需要优化教学环境。第一,加强资源平台建设。计算机思维能力的培养是一个潜移默化的过程,课堂教学并不能顾及到各方各面,所以应当给学生提供更广泛的学习资源,营造良好的学习环境。比如,可以多源头搜集优质教学资源,建立数据库系统提供给老师和学生,学生可以自主跟随教学视频学习,提高教学效率。通过是,还可以提供线上交流平台,学生可以提问,然后由老师回答,这样也可以很大程度的提高教学质量。第二,打造优秀师资团队。首先,提高本校教师的教学能力和水平,一方面要聘请相关专家来本校展开培训讲座,提高现存老师的质量,另一方面也要积极招收多样化优质的教师来指导本校的计算机基础教学改革,让教师团队始终保持科学合理的学历、年龄、专业结构配置。其次,学校也要建立教师管理体制,针对教学目标及时更新教学方案。最后,开展教师技能比拼活动,激发教师的工作热情。
  4.2及时更新教材内容
  立足于人力资源招聘的角度出发,社会需要的计算机专业人才需要考核其研发精神、创新精神、应用能力以及基本操作水平,所以,计算思维能力占据了重要的地位,理应根据社会所需来进行教材内容的编制,及时更新教材涉及。在具体的教材编制环节,应该秉持着适用性、创新性、先进性等多项原则,充分参考时代需要,更新教育理念,立足于最新的研发成果以及先进技术出发,培养学生关注行业动态的习惯,做到理论和实际之间的融合,用理论带动实践操作,用实践来深化对于理论的理解。而且整个教学内容的编制还应当高度统一,充分集合,不能形成一盘散沙状的拼接式教学。区别于其他的文化课课程,计算机教学除了关注理论知识的授课以外,还需要和专业实践相结合,把理论深入应用于专业实践的过程。现阶段由于科学技术的进步,其发展速度也是在日新月异的更迭之中,所以,具体的实践教材必须全方位、快节奏的紧跟时代发展需要,对于C程序设计以及计算机基础知识可以选择将理论和实际合二为一进行教材内容的编制,但是像是多媒体技术、计算机网络应用等就需要在实践的环节进行独立的教材设计。
  4.3教学方法推陈出新
  在充分转变教学思想,更新教材内容的前提之下,教学方法也要同步优化,推陈出新,突破传统教学方式的桎梏,力求紧跟时代节奏。具体来说可以参考以下路径:
  第一,借助于情境创设法。该方法指的是借助于多媒体的辅助作用或者是问题提问的方式,帮助学生营造一个虚拟的情境,更加利于其理解知識,也就是在计算机基础教学的过程中,设定符合教学内容的情境环境,以此来帮助学生深化体验,获得良好的情感输入,帮助其提升创造能力以及想象能力。举例来说,在学习C语言的“循环控制”这一个环节,由于理论知识比较复杂,不容易被深入的理解,如果依旧采用传统的填鸭式理论讲课方式,很容易引起学生的厌倦,无法集中精力学习,不能取得良好的学习效果。因此,在教学的环节中,教师就要灵活的使用情境创设法,再解释循环控制这一概念的时候,教师可以设计虚拟情境并且搭配问题引发学生的思考,比如带领同学们被迫荒岛求生。学生被困在了无边无际的一个海岛之上,只有他自己一个人,身边有很多的苹果,学生第一天吃掉了这些苹果中的二分之一,仍然充满了饥饿感,于是又吃掉了一个,第二天在剩下的苹果中选择一半吃掉,仍然充满了饥饿感,于是又吃了一个,接下来的每一天吃掉前一天苹果数量的一半再多加一个,那么10天之后只剩下了一个苹果,请问苹果一共有多少个?这种情境创设的方法不仅能够吸引学生的注意,而且一定程度上可以帮助他们思考,解决问题的难度也有所降低。
  第二,运用任务驱动法,这是一种由教师下发任务,然后学生再按照要求完成的方法。它的优势较为突出,首先,它摆脱了教师全程指导的教学模式,让学生独立完成任务,如此一来,不仅能很好的锻炼学生的计算思维,而且还促进学生在完成任务过程中学会思考、查询资料、与他人合作等意识的形成。例如,让学生设计一个图书馆网站,在这个过程中学生不仅要对基础操作进行演绎,同时还会运用到界面美学、数据库、搜索查询功能、信息安全等方面的知识,让学生不仅学会了解决技术问题还可以自主发挥创造出更好的方法途径。除此之外,任务驱动法在应用过程中也要有一定的技巧。以办公软件制表为例,首先,要明确任务内容,告知学生完成任务需要应用到哪些知识以及重难点,可以帮助学生快速掌握软件使用的基本操作并了解制表的基本过程。然后,再下达更难一级的任务,这时可以给出一个成果样本,让学生自行操作制作出相同的表格,这样就能让学生掌握之前所学操作的应用,能力随之提高。最后,再给出最后的任务,这是只给学生提供相应的要求,让学生自主发挥,这样就能让学生有了更深层次的思考。
  第三,录制微课辅助教学。计算机基础的教学更加注重实践,并且实践过程步骤繁杂,微课的出现可以帮助教师妥善的解决教学问题。具体而言,其应用可以借助以下两大渠道:其一,将计算机的重难点讲解录制成视频,提供给学生课下反复学习。比如当老师要对某一计算机操作进行教学时,会涉及到很多步骤,一节课下来学生很有可能因为跟不上某个环节,从而无法完成教学任务,这时,教师就可以在上课之前就把重难点讲解示范录制成微课,来提高课堂教学效果,并且在微课视频中将重难点知识反复强调。其二,将微课作为学生课下学习的资源。因为微课可以反复学习,不受时间和空间的限制,所以教师可以将课前预习以及课后小结的知识录制下来,让学生课前预热,课后巩固,能很好的强化学生对理论知识的掌握程度。
  综上所述,在传统的计算机基础教学模式中,对于学生计算思维的培养是比较间接的,甚至是虚无缥缈、可有可无的,是在教会学生应用计算机操作过程中逐渐灌输到学生的脑海中,所以学生可能并不了解什么是计算机思维,也不会有意识的去锻炼它。所以在今后的教学环节里可以直接添加计算机思维的相关内容,并且在每一章节都有意识的与之结合,直接让学生感知计算机思维,充分的建立树立计算机思维的意识。除此以外,也要改变单纯的知识讲解的教学方法,要更多的培养学生的计算机思维,以课堂教学为着力点,采用分类教学和案例式教学方法。所谓分类教学是指在现有的大班授课的模式下,按相近专业组合成一个教学班, 如理工科、文科、经济管理和农学生物等,按专业设计不同的教学案例。案例式教学法可以将各个专业和 领域的经典案例融人到课堂教学中.以问题为引子, 积极引导学生主动分析问题、用计算思维的方法来解 决问题。除此之外,授人以渔不如授人以鱼,不仅要让学生学习操作技巧,更应该告诉这样操作背后的原理和方法,提高学生利用其解决实际问题的能力。如果仍然按照之前只注重理论教学是不可取的,这样长期下来,学生就会产生思维惰性,一旦脱离了课堂,脱离了教师,就不知从何下手。相信当学校有意识地培养学生的计算机思维,促进其自主学习,就能让学生更深刻的理解并应用计算机基础知识。
  5结语:
  随着大数据、人工智能、互联网技术的深入发展,各行各业对于优秀计算机人才的需求也是与日俱增,对于高等院校计算机教学而言,切实的以计算思维和能力为重点展开教育改革势在必行。教育工作者需要及时转变教育理念,优化教学环境,及时更新教材内容,教学方法不断推陈出新。借助于多元化的渠道综合性的提升计算思维和能力在教学环节里的地位和影响力,致力于培养符合社会需要的复合型人才。
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