基于计算思维的“大学计算机基础”课堂教学设计实践

第５卷第６期　当代教育理论与实践　Ｖ０Ｉ．５　ＮＯ．６　２０１３年６月　Ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　Ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｏｆ　Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　Ｊｕｎｅ　２０ｌ３　基于计算思维的“大学计算机基础’’　课堂教学设计实践　李永杰，郭福亮　（海军工程大学电子工程学院，湖北武汉４３００３３）　摘要：计算思维的培养作为一种新的教学理念，已经成为全国很多高校的计算机基础课程教学改革的方向。科学合　理的课堂教学设计是完成教学目标的重要保证，文章从课堂教学目标确定、知识点梳理和教学案例的设计等课堂教学设计　过程，阐述了“大学计算机基础”课堂教学中计算思维的体现和对学生计算思维能力的培养。　关键词：计算思维；课堂教学设计；案例设计　中图分类号：Ｇ６４２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—５８８４（２０１３）０６—０１３５一ｏ２　近年来，计算思维的培养成为国际和国内研究的热　高，从而提高课程的授课质量。　点，计算思维能力将成为２１世纪每个人的基本能力。在国　（一）课堂教学目标与内容的确定　外，包括美国计算机协会、美国国家计算机科学技术教师　构建基于“计算思维”的大学计算机基础课程教学首　协会、美国数学研究所等组织在内的众多团体都积极地参　先是课程的定位，明确这门课要教给学生什么、让学生学　与计算思维的讨论。２０１０年《九校联盟（ｃ９）计算机基础　些什么、课程培养目标又是什么；然后开展教学方法与手　教学发展战略联合声明》的核心要点也强调“需要把培养　段的研究，精心进行课堂教学的设计，将计算思维融入到　学生的‘计算思维’能力作为计算机基础教学的核心任　课堂实际教学中，最终提高学生利用计算机解决实际问题　务”…。２０１２年７月，在西安召开的第一届“计算思维与大　的能力　。　学计算机基础课程教学改革研讨会”进一步强调计算机基　在军队信息化建设的大前提下，作为军事院校，我校　础课程教学中计算思维的培养。为培养和训练大学生计　在大学计算机基础的课程教学中，确定“培养学生信息素　算思维，目前很多高校都尝试在教学目标和课程内容体系　养，提高信息技能，培养学生利用计算机解决实际问题的　上对大学计算机基础课程进行调整和改革。　思维能力与应用能力，提高学员的实践创新能力”的课程　计算思维的培养是一个长期的过程，目前还没有一个　总目标。　成熟的教材能够完整地阐述大学计算机基础课程中计算　在课程总目标确定的情况下，我们对大学计算机基础　思维能力培养。在现有的课程内容基础上，如何准确、恰　课程内容进行了设置，主要包括：信息技术基础与计算思　当地将计算思维融入“大学计算机基础”课程教学过程中，　维、信息的表示与存储、计算机系统、操作系统、计算机网　实现教学内容与计算思维的有机结合，是我们每位从事计　络及应用、程序设计基础与算法、数据库系统和信息安全　算机基础课程教学的教师所要思考的事情。　等八个模块的内容。　（二）梳理课堂计算思维培养知识点　一基于计算思维的课堂教学设计　在课程教学设计中，需要梳理出课程章节知识单元中　课堂教学设计是指在确定一个科学、合理的教学目标　所涉及的计算思维，在知识点讲授过程中，改变知识讲述　的前提下，通过采取理论、案例、研讨、任务驱动等各种教　的方法，对典型案例尝试利用计算思维方式进行讲述，并　学形式，使教师有效地教、学生有效地学，最终实现教学目　对知识进行归纳和演绎。笔者根据自己对计算思维的理　标。通过教师对课堂教学的精心设计和组织，学生能够充　解，对课程内容讲解中涉及的计算思维进行了总结，如表１　分地参与到教学活动中，应用能力与计算思维能力得到提　所示。　收稿日期：２０１３—０３一ｌ１　作者简介：李永杰（１９７７一），男，河南漯河人，讲师，主要从事信息系统研究。　ｌ３５　表１　课程章节涉及的计算思维　二典型教学案例设计与实践　在课程目标、教学内容和涉及计算思维相关知识点确　定的情况下，如何在课程讲授中体现对学生计算思维的培　养非常重要。我们可以通过设计一个个教学案例，通过合　理恰当的工具与教学手段来完成对课程内容的讲授，最终　完成教学目标。　“信息表示与存储”部分是大学计算机基础课程的基　础，该部分的目标是使学生“理解数制的概念、掌握数制转　换以及数值型数据和非数值型数据在计算机内的表示与　存储、了解多媒体信息在计算机内的表示”。为了加强对　学生的计算思维训练和对这部分内容的理解，设计了两个　教学案例来进行讲解，这两个案例相辅相成，能够覆盖全　部教学内容，很好地完成教学目标。案例设计过程按照：　『ｎｊ题的描述——寻找解决问题的方法——系统介绍解决　问题的方法和知识——方法和知识推广——课后作业／实　践／练习的模式进行。　（一）案例一：图像在计算机中的表示　１．问题描述：　（１）首先与学生使用画图软件建立一个２５６　１２８像　素的ＢＭＰ图像，左侧一半为黑色，右边一半为白色。　（２）使用ＵｌｔｒａＥｄｉｔ３２软件打开该图像（十六进制方　式），由教师演示在颜色相应位置修改文件的值（将ＦＦＨ变　ＯＯＨ，ＯＯＨ变ＦＦＨ），修改完成后重新使用画图软件打开该　文件，观察图片的变化。　（３）请学生思考：为什么会发生这种改变？　２．寻找解决问题的方法：介绍颜色变化的原因，讲解　ＵｌｔｒａＥｄｉｔ３２打开图片后显示内容的含义，包括文件的像素　大小、颜色的表示等内容；引出“十六进制”的概念，进而引　出“进制”的概念。　３．系统介绍解决问题的方法和知识：系统地介绍进制　的概念与进制之问的转换，介绍数字、字符和汉字等信息　在计算机中的表示方式。　４．方法和知识推广：介绍图片在计算机中的存储方式　以及图片颜色的表示方式，在此基础　，引出声音、视频等　多媒体信息在计算机中的存储方式。　ｌ３６　５．课后作业／实践／练习：布置查阅声音的采集、存储的　格式分类及应用、技术指标、声音录制与编辑等课外作业，　由学生自行查阅资料和实践。　（二）案例二：计算机为什么采用二进制及其运算　１．问题描述：在案例一的基础上，提问学生　（１）为什么计算机采用二进制而不采用十进制或其它　进制？　（２）采用二进制如何进行数值运算？　（３）ＣＰＵ如何进行数值运算？　２．寻找解决问题的方法：介绍电子计算机的基本元器　件晶体管的基本特点、二进制表示的优点和其它进制表示　的缺点。　３．系统介绍解决问题的方法和知识：介绍二进制算术　运算与逻辑运算的运算规则；介绍数值数据的原码、反码　和补码的表示方法。　４．方法和知识推广：介绍ＣＰＵ运算的核心部件加法　器，通过一个两个数的补码的加法运算演示如何将减法运　算变换为加法运算。　５．课后作业／实践／练习：由学生课后查阅相关资料，并　撰写如何将乘法与除法运算转换为加法运算的课外作业　报告。　通过合理的教学课堂设计，可以将课程中其它章节中　的相关涉及计算思维的内容设计成一个个教学案例，通过　案例教学将计算思维融入到课堂教学中。例如可以利用　计算思维中的简约、关注点分离、启发等方法讲授数据库　系统这部分内容，可以比传统的理论讲授方式收到更好的　教学效果。　在课堂教学设计中，可以借助各种工具与手段更好地　完成教学，实现计算思维的训练。例如，在讲授程序算法这　部分时，可以借助ｒａｐｔｏｒ快速算法原型工具来进行算法设　计，该工具由于可以使用可视化的方式对算法进行实现，对　于没有程序语言基础的大一学生来说是一个比编程语言环　境更好的选择，能够更加感性的理解和掌握算法设计。　三结语　计算思维的培养是一个长期的过程，通过科学合理的　教学课堂设计，在现有的课程内容基础上，将计算思维融　入“大学计算机基础”课程教学过程中，能实现教学内容与　计算思维的有机结合，最终提高学生利用计算机解决实际　问题的能力。　同时，在课程考核中如何体现对计算思维的考核，如　何针对不同专业与不同层次学生进行计算思维的培养，是　我们需要进一步研究的问题。　参考文献：　［１］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）：５—９．　［２ｊ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．　［３］朱鸣华，赵铭伟．计算机基础教学中计算思维能力培养　的探讨［Ｊ］．中国大学教学，２０１２（３）：３３—３５．　（责任编校朱正余）