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摘 要：随着大数据时代的到来，各种决策将日益基于数据和分析而做出，而并非基于经验和直觉。随着这一进程的全面深入，计算思维将成为人们认识和解决问题的基本能力之一。本文结合作者实际教学工作，介绍了基于“计算思维”能力培养的大学计算基础课程设计方法，通过计算机文化培养、教学内容与资源建设、现代教育技术手段使用以及实验室建设等四方面的研究和实践，达到培养学生计算思维和创新思维能力、提升教师素质和科研能力、构建可持续发展的教与学创新模式的目的。
关键词：数据处理；计算思维；大学计算机基础；能力培养；教学手段；创新意识
从计算机能力培养到计算思维养成，是对高校计算机基础教学的一个新挑战。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广度的一系列思维活动。计算机基础课程对培养和训练非计算机专业学生的计算思维起着重要的作用。计算思维教育着眼于一种思维模式的养成和训练，因此对现有的教育观念和方式提出了新的挑战，不仅仅是传授知识，而是要将知识的传授与能力培养相结合，培养一种科学严谨的学习与思维习惯。北京交通大学是一所行业特色型大学，本文以大学计算机基础课程的建设为例，重点探讨基于“计算思维”能力培养的计算机基础教学的改革和实践，为人才培养奠定坚实的基础。
一、计算思维在计算机基础教学中的重要性
1.计算思维教育的目的和作用
随着计算机应用的深入与普及，现代社会对于计算机应用的水平要求已经不仅仅限于计算机专业的学生，而是全社会成员都必须具有的基本素质，大学生应该且必须具有对计算机技术深度的运用能力，尤其是数据处理能力。计算机已经不仅仅是一门工具，学生接受计算机课程的培养已经不仅仅为了学会应用计算机，而是由此学会一种思维方式，这种思维方式对于学生从事任何事业都将是终身受益的。因此作为一门课程的改革必须跟上时代的步伐，合理设计、科学谋划，这是时代赋予我们的研究任务。
2.要解决的核心问题
随着科学技术的不断发展，社会对人才的定义与需求也发生了巨大的变化。然而，在大学教育中计算思维能力培养要解决的核心问题是什么呢？这是教育者研究的重心、是教学改革的关键。笔者认为要解决的核心问题主要体现在计算思维与学生思维能力的培养、计算思维与学生应用能力的培养和计算思维与学生创新能力培养的三个方面。
（1）计算思维与学生思维能力的培养。计算思维是人类求解问题的一条途径，它影响着我们的思维方式和思维习惯，从而也将深刻地影响着我们的思维能力。计算思维不仅仅是程序化的，而是在抽象的多个层次上进行思维。从计算思维的角度来阐述计算机科学，可以有助于学生在学习专业的开始就站在计算思维高度来看待专业的学习，注意培养自己严谨的抽象思维能力，使计算思维的精髓融入分析问题和解决问题的学习和实践过程中。
（2）计算思维与学生应用能力的培养。计算机科学从本质上源自工程思维，因为我们建造的是能够与实际世界互动的系统。目前，计算机应用已经深入到各行各业，融入人类活动的整体，解决了大量计算时代之前不敢解决的问题。然而，由于目前计算机能力的有限性，许多科学问题和工程应用问题依旧亟待解决。计算机学科就是在挑战问题、解决问题的过程不断得到发展的，计算思维能力也在分析问题和解决问题的实践当中得到充实和提高。
（3）计算思维与学生创新能力的培养。创新要靠科学素养，靠科学的思想与方法。学生掌握了科学的思想与方法，就能在今后的学习和生活中多层次、多视角、全方位地观察和理解客观世界的变化，运用已经掌握的知识和科学方法去理解事物、发现问题、提出问题、解决问题。可以说，计算思维能力是每个大学生必备的科学素养之一，也是创新人才应该必备的首要条件之一。
3.计算机基础课程新体系
计算思维教育不是一两门课程可以解决的，需要一系列课程的学习逐渐形成的一种解决问题的思维能力与习惯，更多的是隐藏在教育教学方法与能力培养的过程中，要靠学生“悟性”，使学生能自觉地运用到解决实际问题之中。科学合理的课程体系，对人才培养起着关键性的作用。在建设中，一是课程内容应具有相对稳定的、基础性的以及让学生长期受益的思想、方法与手段；二是思维教育应强调计算机知识的内在统一性与外在差异性，了解计算机独特的思维方式；三是能力培养则着重于基本的信息素养与能力，以及应用计算机技术解决实际问题的能力。
根据人才培养的新需求与我校新的课程教学大纲，构建了基于思维能力培养的计算机基础课程新体系，如图1所示。
新体系突出了人才培养的针对性，在加强计算机文化素质教育基础上，所有课程由学生根据专业需要和个人兴趣进行选修。各个层面课程的教学目标与考核标准也各不相同，从素质培养-思维训练-拓展创新，使其达到提升学生思维能力的改革目标。
然而，基于计算思维能力培养的计算机基础教学改革，不仅仅是课程本身的建设，还包含以学生为核心的方方面面。面对大数据时代，技能训练，让学生学会数据处理；能力培养，让学生学会更好地进行数据处理，充分体现数据的应用价值；思维养成，让学生学会在数据处理中所体现的计算思维能力，在工作中能够灵活应用，敢于思考、敢于创新。
二、大学计算机基础课程改革与实施方案
1.基于计算思维能力培养的大学计算机基础课程改革新方案
计算思维教育的目的是培养一种学习与思维习惯，其作用是提供理解物理、社会以及其他现象的一个新视角，指出解决问题的一种新途径，强调创造知识而非使用信息，从而提高学生的创造和创新能力。在这样的教育理念思想指导下，我们结合自身课程体系新特点，按照“技能—知识—思维”三层教育理念，构建了基于“计算思维”能力培养的大学计算机基础课程教育教学改革新方案，如图2所示。
2.计算机文化素质培养与提高 “大学计算机基础”课程是大学新生的第一门计算机课程。考虑到我国地区差异性和学生个体的差异性，我们构建了基本的信息素养与学习实践计算机文化教学平台，让学生充分接触跟计算思维有关的培养模式，潜移默化地培养学生对复杂事物进行抽样、分解的能力，认识并热爱对计算机的学习，有兴趣和会用计算机解决问题。
计算机文化教学平台在表现形式上体现有多媒体软件资源、实验室展板展台布置等多方面。内容包括计算机国内外发展历程，从图灵机模型到冯·诺依曼体系结构，让学生从计算机硬件设备的认知、安装与调试，了解和认识计算机；再从图灵奖的诞生与获奖者经历，培养学生对计算机学习的积极性，进而激发创造力。通过计算机文化的渗透，使学生充分理解和认识计算机，感受计算机科学与技术的应用和发展趋势，能够在兴趣引导下学习计算机的相关技术和知识，学会用计算机来处理数据、解决问题的能力，面对未来敢于迎接挑战。
3.教学内容与教学资源的改革与创新
随着计算机科学与技术的不断发展，作为培养现代科学思维能力的必修公共基础课程之一的大学计算机基础在大学整体教育中的重要性更加突出。如何使得大学计算机基础教学的内容与时俱进，满足学生学习的需要，实时地根据计算机科学与技术的发展而变化呢？教学内容的改革主要体现在立体化的教学资源建设、课堂教学和实践教学三个方面。我们提出了“大学计算机基础”课程教学内容的整体改革新方案，如图3所示。
首先，构建丰富的立体化教学资源，以满足分类分层的个性化学习需要。这些资源分别以文字、图形图表、动画与流媒体、音频视频等多种媒体展现，其形式多样、简单直观，各种媒体资源优势互补。同时，这些资源会随着社会人才需求、具体教学内容变化而不断更新与维护，以及扩充新内容。它不仅方便了学生自主学习，更有力地支撑了教师教学。
其次，加强案例教学，提高课堂教学效率。课堂教学是实时动态调整教学内容的最佳途径，是提高教学质量的关键。而现代教育技术手段的不断发展，为教学提供了良好的支撑。充分利用多媒体手段，随时可以引入新内容、增加新知识，并可以将以前的一些陈旧教学内容转为自学内容放在教学网站上。利用多媒体计算机进行案例教学，不仅丰富了教学内容，而且提高了课堂教学效率。尤其是对课程中的一些重点难点、不易理解和呈现的知识点，可以充分利用泛在学习教育手段抽象或真实地展示出来，实现以往看不到的看见了、看不清的看得更清晰了。
再次，注重实践教学，提高理论知识与实践教学的统一。我们设立了各种实验，包括基础实验、拓展实验和创新实验等。通过实验来验证和巩固理论教学，掌握计算机技术，深入理解其技术设计思想与方法。另一方面，突出了计算机认知实验，通过直接触摸计算机设备，让学生感知计算机学科的作用与神奇的力量，消除对计算机的神秘感，加深对计算机学科的认识。
最后，注重学习过程，采用基于学习过程的能力考核方式。在整个学习过程中，注重平时学习成果的积累与考核，所有平时成绩全部对学生公开，让学生自己决定课程的学习成效。这种基于学习过程的能力考核深受学生欢迎，既提高了学习成效又增强了学习的自觉性与时效性。
4.现代教育技术手段使用
充分利用网络和现代教育技术手段，积极开展教学方法与手段的研究和实践。采用案例教学、任务驱动等教学模式，以点带面，讲思想讲方法，从知识的传授到学习方法与思维能力的培养与构建。特别是随着移动互联网的发展，校园泛在学习环境的资源和学习模式的渗透，通过为学生提供智能化和个性化服务，无处不在的学习成为可能。
为了适应随时随地的学习，以辅助课程教学，我们不仅开展了网上教学，而且还开发了基于移动互联网的移动学习应用，为学生提供了便捷良好的多样化学习环境。其中，各个知识点以多媒体方式呈现，既提供离线学习，又具备在线答疑的功能。这样，学生可以充分利用零碎的时间，实现了随时随地学习，或者是对一些重点难点可以反复学习，加深对知识点的掌握和理解、提高学习效率。
5.实验设计与实验平台建设
在计算机基础知识学习过程中，教学实践是知识传播的重要工具。而大学计算机基础作为一门各专业的公共基础类课程，其课程内容较多、涉及的知识面较宽，尤其是对计算机技能的要求很强，如何实现基于思维能力培养的教学，是课程改革的关键。我们提出：第一，加强实验内容的设计，设计各种类型和不同层次的实验来检验、巩固和理解教学内容，掌握知识的运用；第二，搭建各种适应人才培养的实验环境，通过实验平台建设来营造良好的实验环境，以激发学生的创意思维意识与能力；第三，加强实验学时比例，采用课堂教学和实验教学1：1+1的学时分配方式，教学方法以教师引导、启发为主，激励学生自主探索完成实验作业。
北京交通大学计算机基础教学实验平台面向全校教学实践服务，除拥有大规模计算机软件实验室之外，还设有硬件实验室、网络实验室等多功能面向全校的开放实验室，为全校在校生提供公共基础课实践环境以及课外上机等服务。实践环境以往都配有Windows系统作为教学实验平台，其上是支持各计算机实践课程的相关软件，为了让实验教学突破以往传统单一软件环境条件的束缚，为学生提供良好的促进能力和思维训练的环境，实验室还选择以开源软件为主的多样化软件实验环境，让学生们思路开阔、心胸开阔，培养敢想、敢做、能做、做好的开放精神。
三、教学实施及效果分析
1.教学实施分析
针对新的课程建设方案，在2012级与2013级两轮的实施中基本达到了预期的教学目的，取得了良好的效果。笔者认为，本次教学主要有三个方面的认识与提高：一是课程教学与以往教学的区别，其教学内容从以往单纯的操作技能掌握，到理论基础与实践应用的统一；二是教学模式的变化，从传统的黑板加粉笔模式，到多元化的集课堂、网络、实践教学为一体的模式；三是教学方法与手段的再创新，坚持教师为主导、学生为主体的教育理念，教学是以培养学习与思维能力为核心的。 那么，如何体现思维能力培养呢？主要从教学整体的效益、思维能力的体现和教师自身素质与教学能力再提高三个方面。而不是说教师教授的越多越好，重在看学生的学习成效与收获。所以说，思维教育改革的关键，一是教学团队建设，良好的教学团队是人才培养的基石；二是实验教学平台的滚动发展（硬环境），学以致用、实践出真知；三是教学资源建设（软环境），要不断积累与更新，拓宽视野，发展个性化培养的手段。
2.教学效果分析
在整个教学实践中，学生们的学习热情很高。主题讨论也非常积极，师生之间有着良好的互动性。为了了解学生对课程设计是否认同，根据教学目标，设定了评价维度：第一，思维与处理问题能力提升程度；第二，培养学习兴趣和严谨的学习态度的作用；第三，课程学习的自觉性与兴趣；第四，基于学习过程的考核方式。本次参与教学评估的学生分别为2012级和2013级两个年级，2012级共有两个教学班计178人，其中未能完成问卷者4人，其余174人均参与了本学期的教学活动，并对教学效果进行了评估。在174份问卷中，认为课程内容对思维与处理问题能力有很大程度提高的学生有23%，认为对培养学习兴趣及严谨的学习态度有很大和较大作用的学生占总人数的89%，认为课程学习的自觉性与兴趣很好及较好的学生占总人数的93%，认为基于学习过程的考核方式很好的学生占总人数的45%。
此外，还对2013级共有两个教学班计176人的教学效果进行了对比评估，即对学习本课程前与学完该课程后的计算机应用能力进行了对比分析，其调查结果如图4所示。
调查分析结果可以看出，课程后的学习成效远远高于课前的计算机应用水平。尤其是学习提高项目排列在前三位的分别是网络技术和组网实验（97.70%）、微机组装实验（96.55%）和数据处理的综合应用能力（93.68%）。可以看出硬件动手实验对学生综合应用能力的提高与计算机学习兴趣起着非常重要的作用。
总之，基于“计算思维”能力培养的计算机基础教学改革，不但提高了学生的学习积极性，更重要的是培养了学生初步形成正确的“思维”方法和解决问题的能力。
参考文献：
[1] 陈国良. 计算思维导论[M]. 北京：高等教育出版社，2012.
[2] 何钦铭，陆汉权，冯博琴. 计算机基础教学的核心任务是计算思维能力的培养——《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》解读[J]. 中国大学教学，2010（9）.
[3] 战德臣，聂兰顺，徐晓飞. “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）：15-20.
[4] 王飞跃. 从计算思维到计算文化[J]. 中国计算机学会通讯，2007，3（11）.
[5] 朱亚宗. 论计算思维：计算思维的科学定位，基本原理及创新路径[J]. 计算机科学，2009，36（4）：53-55.
[6] 王移芝. 大学计算机基础[M]. 北京：高等教育出版社，2012.
[7] 陈国良，董荣胜. 计算思维与大学计算机基础教育[J]. 中国大学教学，2011（1）：7-11，32.
[8] 王移芝，鲁凌云，周围. 以计算思维为航标，拓展计算机基础课程改革的新思路[J]. 中国大学教学. 2012（6）：39-41.
[责任编辑：余大品]
关键词：数据处理；计算思维；大学计算机基础；能力培养；教学手段；创新意识
从计算机能力培养到计算思维养成，是对高校计算机基础教学的一个新挑战。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广度的一系列思维活动。计算机基础课程对培养和训练非计算机专业学生的计算思维起着重要的作用。计算思维教育着眼于一种思维模式的养成和训练，因此对现有的教育观念和方式提出了新的挑战，不仅仅是传授知识，而是要将知识的传授与能力培养相结合，培养一种科学严谨的学习与思维习惯。北京交通大学是一所行业特色型大学，本文以大学计算机基础课程的建设为例，重点探讨基于“计算思维”能力培养的计算机基础教学的改革和实践，为人才培养奠定坚实的基础。
一、计算思维在计算机基础教学中的重要性
1.计算思维教育的目的和作用
随着计算机应用的深入与普及，现代社会对于计算机应用的水平要求已经不仅仅限于计算机专业的学生，而是全社会成员都必须具有的基本素质，大学生应该且必须具有对计算机技术深度的运用能力，尤其是数据处理能力。计算机已经不仅仅是一门工具，学生接受计算机课程的培养已经不仅仅为了学会应用计算机，而是由此学会一种思维方式，这种思维方式对于学生从事任何事业都将是终身受益的。因此作为一门课程的改革必须跟上时代的步伐，合理设计、科学谋划，这是时代赋予我们的研究任务。
2.要解决的核心问题
随着科学技术的不断发展，社会对人才的定义与需求也发生了巨大的变化。然而，在大学教育中计算思维能力培养要解决的核心问题是什么呢？这是教育者研究的重心、是教学改革的关键。笔者认为要解决的核心问题主要体现在计算思维与学生思维能力的培养、计算思维与学生应用能力的培养和计算思维与学生创新能力培养的三个方面。
（1）计算思维与学生思维能力的培养。计算思维是人类求解问题的一条途径，它影响着我们的思维方式和思维习惯，从而也将深刻地影响着我们的思维能力。计算思维不仅仅是程序化的，而是在抽象的多个层次上进行思维。从计算思维的角度来阐述计算机科学，可以有助于学生在学习专业的开始就站在计算思维高度来看待专业的学习，注意培养自己严谨的抽象思维能力，使计算思维的精髓融入分析问题和解决问题的学习和实践过程中。
（2）计算思维与学生应用能力的培养。计算机科学从本质上源自工程思维，因为我们建造的是能够与实际世界互动的系统。目前，计算机应用已经深入到各行各业，融入人类活动的整体，解决了大量计算时代之前不敢解决的问题。然而，由于目前计算机能力的有限性，许多科学问题和工程应用问题依旧亟待解决。计算机学科就是在挑战问题、解决问题的过程不断得到发展的，计算思维能力也在分析问题和解决问题的实践当中得到充实和提高。
（3）计算思维与学生创新能力的培养。创新要靠科学素养，靠科学的思想与方法。学生掌握了科学的思想与方法，就能在今后的学习和生活中多层次、多视角、全方位地观察和理解客观世界的变化，运用已经掌握的知识和科学方法去理解事物、发现问题、提出问题、解决问题。可以说，计算思维能力是每个大学生必备的科学素养之一，也是创新人才应该必备的首要条件之一。
3.计算机基础课程新体系
计算思维教育不是一两门课程可以解决的，需要一系列课程的学习逐渐形成的一种解决问题的思维能力与习惯，更多的是隐藏在教育教学方法与能力培养的过程中，要靠学生“悟性”，使学生能自觉地运用到解决实际问题之中。科学合理的课程体系，对人才培养起着关键性的作用。在建设中，一是课程内容应具有相对稳定的、基础性的以及让学生长期受益的思想、方法与手段；二是思维教育应强调计算机知识的内在统一性与外在差异性，了解计算机独特的思维方式；三是能力培养则着重于基本的信息素养与能力，以及应用计算机技术解决实际问题的能力。
根据人才培养的新需求与我校新的课程教学大纲，构建了基于思维能力培养的计算机基础课程新体系，如图1所示。
新体系突出了人才培养的针对性，在加强计算机文化素质教育基础上，所有课程由学生根据专业需要和个人兴趣进行选修。各个层面课程的教学目标与考核标准也各不相同，从素质培养-思维训练-拓展创新，使其达到提升学生思维能力的改革目标。
然而，基于计算思维能力培养的计算机基础教学改革，不仅仅是课程本身的建设，还包含以学生为核心的方方面面。面对大数据时代，技能训练，让学生学会数据处理；能力培养，让学生学会更好地进行数据处理，充分体现数据的应用价值；思维养成，让学生学会在数据处理中所体现的计算思维能力，在工作中能够灵活应用，敢于思考、敢于创新。
二、大学计算机基础课程改革与实施方案
1.基于计算思维能力培养的大学计算机基础课程改革新方案
计算思维教育的目的是培养一种学习与思维习惯，其作用是提供理解物理、社会以及其他现象的一个新视角，指出解决问题的一种新途径，强调创造知识而非使用信息，从而提高学生的创造和创新能力。在这样的教育理念思想指导下，我们结合自身课程体系新特点，按照“技能—知识—思维”三层教育理念，构建了基于“计算思维”能力培养的大学计算机基础课程教育教学改革新方案，如图2所示。
2.计算机文化素质培养与提高 “大学计算机基础”课程是大学新生的第一门计算机课程。考虑到我国地区差异性和学生个体的差异性，我们构建了基本的信息素养与学习实践计算机文化教学平台，让学生充分接触跟计算思维有关的培养模式，潜移默化地培养学生对复杂事物进行抽样、分解的能力，认识并热爱对计算机的学习，有兴趣和会用计算机解决问题。
计算机文化教学平台在表现形式上体现有多媒体软件资源、实验室展板展台布置等多方面。内容包括计算机国内外发展历程，从图灵机模型到冯·诺依曼体系结构，让学生从计算机硬件设备的认知、安装与调试，了解和认识计算机；再从图灵奖的诞生与获奖者经历，培养学生对计算机学习的积极性，进而激发创造力。通过计算机文化的渗透，使学生充分理解和认识计算机，感受计算机科学与技术的应用和发展趋势，能够在兴趣引导下学习计算机的相关技术和知识，学会用计算机来处理数据、解决问题的能力，面对未来敢于迎接挑战。
3.教学内容与教学资源的改革与创新
随着计算机科学与技术的不断发展，作为培养现代科学思维能力的必修公共基础课程之一的大学计算机基础在大学整体教育中的重要性更加突出。如何使得大学计算机基础教学的内容与时俱进，满足学生学习的需要，实时地根据计算机科学与技术的发展而变化呢？教学内容的改革主要体现在立体化的教学资源建设、课堂教学和实践教学三个方面。我们提出了“大学计算机基础”课程教学内容的整体改革新方案，如图3所示。
首先，构建丰富的立体化教学资源，以满足分类分层的个性化学习需要。这些资源分别以文字、图形图表、动画与流媒体、音频视频等多种媒体展现，其形式多样、简单直观，各种媒体资源优势互补。同时，这些资源会随着社会人才需求、具体教学内容变化而不断更新与维护，以及扩充新内容。它不仅方便了学生自主学习，更有力地支撑了教师教学。
其次，加强案例教学，提高课堂教学效率。课堂教学是实时动态调整教学内容的最佳途径，是提高教学质量的关键。而现代教育技术手段的不断发展，为教学提供了良好的支撑。充分利用多媒体手段，随时可以引入新内容、增加新知识，并可以将以前的一些陈旧教学内容转为自学内容放在教学网站上。利用多媒体计算机进行案例教学，不仅丰富了教学内容，而且提高了课堂教学效率。尤其是对课程中的一些重点难点、不易理解和呈现的知识点，可以充分利用泛在学习教育手段抽象或真实地展示出来，实现以往看不到的看见了、看不清的看得更清晰了。
再次，注重实践教学，提高理论知识与实践教学的统一。我们设立了各种实验，包括基础实验、拓展实验和创新实验等。通过实验来验证和巩固理论教学，掌握计算机技术，深入理解其技术设计思想与方法。另一方面，突出了计算机认知实验，通过直接触摸计算机设备，让学生感知计算机学科的作用与神奇的力量，消除对计算机的神秘感，加深对计算机学科的认识。
最后，注重学习过程，采用基于学习过程的能力考核方式。在整个学习过程中，注重平时学习成果的积累与考核，所有平时成绩全部对学生公开，让学生自己决定课程的学习成效。这种基于学习过程的能力考核深受学生欢迎，既提高了学习成效又增强了学习的自觉性与时效性。
4.现代教育技术手段使用
充分利用网络和现代教育技术手段，积极开展教学方法与手段的研究和实践。采用案例教学、任务驱动等教学模式，以点带面，讲思想讲方法，从知识的传授到学习方法与思维能力的培养与构建。特别是随着移动互联网的发展，校园泛在学习环境的资源和学习模式的渗透，通过为学生提供智能化和个性化服务，无处不在的学习成为可能。
为了适应随时随地的学习，以辅助课程教学，我们不仅开展了网上教学，而且还开发了基于移动互联网的移动学习应用，为学生提供了便捷良好的多样化学习环境。其中，各个知识点以多媒体方式呈现，既提供离线学习，又具备在线答疑的功能。这样，学生可以充分利用零碎的时间，实现了随时随地学习，或者是对一些重点难点可以反复学习，加深对知识点的掌握和理解、提高学习效率。
5.实验设计与实验平台建设
在计算机基础知识学习过程中，教学实践是知识传播的重要工具。而大学计算机基础作为一门各专业的公共基础类课程，其课程内容较多、涉及的知识面较宽，尤其是对计算机技能的要求很强，如何实现基于思维能力培养的教学，是课程改革的关键。我们提出：第一，加强实验内容的设计，设计各种类型和不同层次的实验来检验、巩固和理解教学内容，掌握知识的运用；第二，搭建各种适应人才培养的实验环境，通过实验平台建设来营造良好的实验环境，以激发学生的创意思维意识与能力；第三，加强实验学时比例，采用课堂教学和实验教学1：1+1的学时分配方式，教学方法以教师引导、启发为主，激励学生自主探索完成实验作业。
北京交通大学计算机基础教学实验平台面向全校教学实践服务，除拥有大规模计算机软件实验室之外，还设有硬件实验室、网络实验室等多功能面向全校的开放实验室，为全校在校生提供公共基础课实践环境以及课外上机等服务。实践环境以往都配有Windows系统作为教学实验平台，其上是支持各计算机实践课程的相关软件，为了让实验教学突破以往传统单一软件环境条件的束缚，为学生提供良好的促进能力和思维训练的环境，实验室还选择以开源软件为主的多样化软件实验环境，让学生们思路开阔、心胸开阔，培养敢想、敢做、能做、做好的开放精神。
三、教学实施及效果分析
1.教学实施分析
针对新的课程建设方案，在2012级与2013级两轮的实施中基本达到了预期的教学目的，取得了良好的效果。笔者认为，本次教学主要有三个方面的认识与提高：一是课程教学与以往教学的区别，其教学内容从以往单纯的操作技能掌握，到理论基础与实践应用的统一；二是教学模式的变化，从传统的黑板加粉笔模式，到多元化的集课堂、网络、实践教学为一体的模式；三是教学方法与手段的再创新，坚持教师为主导、学生为主体的教育理念，教学是以培养学习与思维能力为核心的。 那么，如何体现思维能力培养呢？主要从教学整体的效益、思维能力的体现和教师自身素质与教学能力再提高三个方面。而不是说教师教授的越多越好，重在看学生的学习成效与收获。所以说，思维教育改革的关键，一是教学团队建设，良好的教学团队是人才培养的基石；二是实验教学平台的滚动发展（硬环境），学以致用、实践出真知；三是教学资源建设（软环境），要不断积累与更新，拓宽视野，发展个性化培养的手段。
2.教学效果分析
在整个教学实践中，学生们的学习热情很高。主题讨论也非常积极，师生之间有着良好的互动性。为了了解学生对课程设计是否认同，根据教学目标，设定了评价维度：第一，思维与处理问题能力提升程度；第二，培养学习兴趣和严谨的学习态度的作用；第三，课程学习的自觉性与兴趣；第四，基于学习过程的考核方式。本次参与教学评估的学生分别为2012级和2013级两个年级，2012级共有两个教学班计178人，其中未能完成问卷者4人，其余174人均参与了本学期的教学活动，并对教学效果进行了评估。在174份问卷中，认为课程内容对思维与处理问题能力有很大程度提高的学生有23%，认为对培养学习兴趣及严谨的学习态度有很大和较大作用的学生占总人数的89%，认为课程学习的自觉性与兴趣很好及较好的学生占总人数的93%，认为基于学习过程的考核方式很好的学生占总人数的45%。
此外，还对2013级共有两个教学班计176人的教学效果进行了对比评估，即对学习本课程前与学完该课程后的计算机应用能力进行了对比分析，其调查结果如图4所示。
调查分析结果可以看出，课程后的学习成效远远高于课前的计算机应用水平。尤其是学习提高项目排列在前三位的分别是网络技术和组网实验（97.70%）、微机组装实验（96.55%）和数据处理的综合应用能力（93.68%）。可以看出硬件动手实验对学生综合应用能力的提高与计算机学习兴趣起着非常重要的作用。
总之，基于“计算思维”能力培养的计算机基础教学改革，不但提高了学生的学习积极性，更重要的是培养了学生初步形成正确的“思维”方法和解决问题的能力。
参考文献：
[1] 陈国良. 计算思维导论[M]. 北京：高等教育出版社，2012.
[2] 何钦铭，陆汉权，冯博琴. 计算机基础教学的核心任务是计算思维能力的培养——《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》解读[J]. 中国大学教学，2010（9）.
[3] 战德臣，聂兰顺，徐晓飞. “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）：15-20.
[4] 王飞跃. 从计算思维到计算文化[J]. 中国计算机学会通讯，2007，3（11）.
[5] 朱亚宗. 论计算思维：计算思维的科学定位，基本原理及创新路径[J]. 计算机科学，2009，36（4）：53-55.
[6] 王移芝. 大学计算机基础[M]. 北京：高等教育出版社，2012.
[7] 陈国良，董荣胜. 计算思维与大学计算机基础教育[J]. 中国大学教学，2011（1）：7-11，32.
[8] 王移芝，鲁凌云，周围. 以计算思维为航标，拓展计算机基础课程改革的新思路[J]. 中国大学教学. 2012（6）：39-41.
[责任编辑：余大品]