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開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇大學計算機技術，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
[關鍵詞] 計算思維；非計算機專業；計算機基礎教學；創新能力
[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1005-4634（2013）04-0062-04
0 引言
21世紀科學上最重要的、經濟上最有前途的研究問題都有可能通過熟練掌握先進的計算技術和運用計算機科學得到解決[1]，因此具備善于運用計算機技術進行學習、工作、解決專業問題的能力是高級人才的重要特征之一。通俗地講，計算機就是用來計算的機器，計算能力的培養是利用計算機解決問題的重要能力之一，而計算思維正是一種計算能力的體現。大學的計算機基礎教育承擔著學生計算能力和計算思維的培養重任，應該具有與數學、物理相同的地位。目前大學的計算機基礎教育存在著一些問題，使得它的教學難以完成既定的教學目標。因此，在新的形勢下，應該建立與之相適應的新的教學內容。本文就是在此前提下，提出以培養學生的計算思維能力為核心目標，建立與之相適應的課程體系。
1 目前大學非計算機專業的計算機基礎教學存在的問題
目前，大學非計算機專業的計算機基礎教學存在著以下問題：（1）老師在教授過程中，重視計算機應用軟件的使用、輕視利用計算機軟件解決實際問題能力的培養；重視計算機程序設計語言語法的學習、輕視利用某種語言解決實際問題的思維能力的培養。（2）學生在學習過程中，重點是模仿老師操作，而忽視創新能力的開發。這些問題的出現，使得學生對于簡單的練習可以完成得很好，但對于新出現的問題就不知如何去解決，久而久之對計算機的學習就失去了興趣。大多數高校非計算機專業的計算機基礎教學體現在《大學計算機基礎》和《計算機技術基礎》兩門公共課上，因此，如何提高這兩門課的教學效果、提高學生利用計算機解決實際問題的能力成為大學非計算機專業的計算機基礎教學需要解決的問題。
2 計算思維和計算機基礎教學
計算機基礎教學應該重點教授哪些內容才能提高學生利用計算機解決實際問題的能力呢？其實這個答案早就蘊含在《大學計算機基礎》和《計算機技術基礎》的課程名稱中。通俗地講，計算機就是用來計算的機器。那么計算機是如何進行計算的呢？要明白這一點，就要理解計算機計算的原理以及人們如何把實際問題轉化成能夠讓計算機進行計算的步驟，因此計算能力的培養應該在大學計算機的基礎教育中得到重視。2006年3月，美國國家自然基金會計算機與信息科學工程部主任周以真（Jeannette M.Wing）教授在美國計算機權威刊物《Communications of the ACM》上，首次提出了計算思維的概念，并且這個概念的提出立刻得到了教育界的廣泛支持。
周以真教授指出：“計算思維代表著一種普遍的認識和一類普適的技能”[2]。在她的觀點中，一個非常重要的內容是計算思維是一種可實現的思維。計算機最初就是為了計算而發明的，因此通過計算機基礎教學，讓學生明白什么是可計算的，什么是不可計算的，慢慢地理解計算機是如何解決現實中的問題的，從而提高學生用計算機解決問題的能力。
2010年7月，在西安交通大學舉辦的首屆“九校聯盟（C9）計算機基礎課程研討會”（以下簡稱C9會議）上，討論的核心問題是如何在新形勢下提高計算機基礎教學的質量。C9會議討論并達成了一系列共識，發表了《九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》[3]。聲明的核心要點是：必須正確認識大學計算機基礎教學的重要性，需要把培養學生的“計算思維”能力作為計算機基礎教學的核心任務和目標，并由此建設更加完備的計算機基礎課程體系和教學內容，進而為全國高校的計算機基礎教學改革樹立標桿[4-6]，楊彩云等[7]介紹了計算思維與大學計算機基礎教育的關系，很多高校也積極將計算思維引入到大學計算機教育這個教學活動中[8-10]。
3 基于計算思維的計算機基礎教學課程體系
雖然文獻[6]建立了大學的計算機基礎教學課程體系，但是基于筆者對于計算思維的認識以及十多年的教學實踐，仍然提出了一些看法。通過對大學計算機基礎教學中的課程進行認真分析，試圖構建一種引入計算機思維的新型的大學計算機基礎教學課程體系，培養大學生的計算思維能力，從而為進一步提高大學生利用計算機解決實際問題的能力打下良好基礎。
1）建立計算的思想，提高計算的意識。即為什么需要計算以及人是如何通過計算來解決實際問題的。
2）構建計算軟硬件通用平臺的思維。用來計算的數據是怎樣在計算機內部存儲以及數據是如何被計算的，蘊涵在計算平臺中的基本思維對于計算思維的培養具有重要的作用。
3）從多門課程中凝練出的共性思維。對非計算機專業的學生來講，由于受限于學時數，應將蘊涵在操作系統、數據庫、計算機網絡等不同課程中具有普適意義的計算思維凝練出來。
4）將不同方面的知識貫通起來形成貫通性的思維。打通知識間的屏障（如術語上的差異、抽象的不同層面等），對于提高計算思維能力很重要。
5）一切以解決各學科的實際問題的思維和可實現的思維為出發點。使學生在利用計算機解決實際問題時，要考慮問題求解算法的思維以及如何讓計算機來實現的一種思維。
經過以上分析和梳理，本文提出以計算思維為核心的非計算機專業的大學計算機基礎教學課程體系，如圖1所示。
4 計算機基礎教學課程內容設計
1）理論基礎部分所涉及的課程內容設計。
理論基礎部分的教學內容設計基于以下出發點：一是計算思維的概念以及由此所引出的相關知識；二是計算機硬件系統設計的計算思維，這些是計算環境的介紹；三是計算機軟件系統，包括系統軟件和應用軟件，使學生掌握在計算機環境下的問題求解方法，這是今后學生應用計算機技術解決專業問題的重要基礎；四是計算思維的道德。根據以上內容設計的理論基礎部分的教學內容見圖2。
教學內容分為9個教學單元，即計算思維、計算環境、操作系統基礎、科技文章編排、數據處理、數據庫系統、互聯網計算基礎、問題求解及計算機安全等。
以上教學內容的設計，涵蓋了計算思維相關的計算環境的搭建以及問題求解模型的描述，后者對培養學生程序設計的思維、程序設計算法的基本素養有重要作用，可以學生為第二學期的計算機技術基礎的學習打下一個良好的基礎。
2）程序設計能力部分課程內容的設計。
對于一所以工科為主、文理經管法學科兼備的綜合性大學來說，要讓學生學會用計算機來解決不同專業的問題，因此按理工類、管理類、文法類以及藝術體育類，根據不同的類別來設置不同的課程，這部分所涉及的教學內容包含VB程序設計、VF程序設計、C++程序設計以及Java程序設計，通過這些程序設計語言課程的設置，使學生掌握一門可以解決實際問題的程序設計語言，從而更好地培養學生利用計算解決實際問題的能力。關于不同專業設置不同的計算機程序語言課程內容，見表1。
3）計算機技術與應用部分課程內容的設計。
學習所有計算機課程的最終目的是為了用計算機技術來解決實際問題，而前面所述的理論基礎和程序設計能力課程還不足以達到這個目標，它們更加注重計算思維的訓練，因此在大學計算機基礎教學中還應該設置一些更有針對性的計算機技術及應用課程，以校級選修課的形式來開設。這里既有已開設的程序設計語言延伸，例如VC++就是C++程序設計的延伸；數據庫技術、Access數據庫、SQL Server數據庫、MySQL數據庫就是VF程序設計的延伸；多媒體技術、PhotoShop、Flash、虛擬現實等是多媒體內容的深入；Android、網站設計與開發、VBA程序設計、Office高級應用技巧等的學習可以進一步提高解決實際問題的能力。
5 實施效果
分別對2009級、2011級、2012級學生的《大學計算機基礎》和《計算機技術基礎》兩門課程各個部分的得分率進行了分析，如表2所示。
表2中，人數按如下方式確定：三個年級中參加《大學計算機基礎》和《計算機技術基礎》的非計算機專業的學生，其中由于藝術學院以及體育學院的學生是以特長生形式招收的，因此不統計在總人數中，而且有個別的學生只參加了一門課程的考試，因此也去掉這部分學生人數，從而統計出2009級、2011級和2012級參加兩門課程考核的人數分別為3357人、3398人和3395人。《大學計算機基礎》的考核共100分，分為理論題和操作題，理論題為70分，主要考察學生對于計算機基礎知識的學習情況，操作題為30分，主要考察學生對于常用Office辦公軟件的掌握情況，表2列出了各考核部分的平均分以及該分占該部分的百分比。《計算機技術基礎》的考核100分，分為理論題和編程題。理論題92分，考察學生掌握計算機編程語言的語法以及閱讀程序能力，而編程題則考察學生利用計算機編程語言來解決實際問題的能力，學生寫完程序后運行結果正確得8分，否則得0分，表2列出了理論題的平均分以及編程題得分的學生數。從表2可以看出，三屆學生對于大學計算機基礎操作題的掌握程度比理論題要好，說明學生比較偏重實際操作，而對于《計算機技術基礎》來說，程序語法知識點的理解、程序閱讀等理論題的得分比編程題的得分高出40多個百分點，說明學生比較偏重計算機編程語言語法知識的學習，閱讀程序的能力比編寫程序的能力要強，用計算機解決實際問題的能力還有很大提升空間。
從2012級開始部分應用該體系以來，由于引入了計算思維，重視了學生運用計算機解決問題能力的培養，目前已經取得初步的效果。2012級非計算機專業學生2012年秋季學期的《大學計算機基礎》課程成績和2013年春季學期剛剛結束的《計算機技術基礎》課程成績如表2所示。2012級學生在兩門課程的考核中都比前兩級學生有明顯提升，尤其是《計算機技術基礎》課程中編程題的得分人數百分比比前兩級分別提高了6.97%和10.51%，雖然編程題得分人數的百分比還不是很高，但已經有了明顯的提升。
此外，2012級學生在2012年秋季學完《大學計算機基礎》后，在學期快要結束的時候開始了2013年春季學期的校級選修課的選課。這里選取了三門與計算機相關的課程，列出了近幾年該課程選課人數的變化，如圖3所示。
從圖3可以看出，選修《Office高級應用技巧》課程的人數從2011年的236人到2012年的442人，再到2013年的776人；《網站設計與開發》課程的人數從2011年的154人到2012年的307人，再到2013年的486人；《Android程序設計》課程的人數從2012年的111人，到2013年的242人，這幾門與計算機相關的選修課學生人數在逐年增加，充分體現出學生對計算機課程興趣有了很大的提高，希望能夠學習或掌握一些用計算機解決問題的技術，應該說這也是引入了計算思維、重視培養學生利用計算機解決實際問題能力后的一個初步效果。
6 結束語
高等學校非計算機專業計算機基礎教學的成功與否很大程度上決定著學生未來應用計算機解決專業領域問題的能力。計算思維的培養是一種用計算機解決問題的能力的培養，它是學生創新能力的重要組成部分，以培養學生計算思維的理念來組織大學非計算機專業的計算機基礎教學，其核心觀念是考慮未來學生用計算機來解決所學專業問題的能力，關注的是學生可持續發展的計算機應用能力的培養，教給學生思考問題以及解決問題的能力，因此以計算思維為核心的能力培養將是大學計算機基礎教學的核心培養目標。
參考文獻
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關鍵詞：創新思維；大學計算機；課程理念；課程體系；教學方法
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）22-0058-03
人類已進入了21世紀，以電子計算機、網絡通信和多媒體技術等為核心的信息科學和信息技術越來越明顯地顯露出在現代信息社會中的重要地位和作用，它徹底改變了人們的工作、學習和生活方式，成為人類探索自然、組織生產、策劃貿易和金融流通必不可少的工具；成為政府決策、社會保障、社區服務甚至于現代戰爭的重要手段。信息科技已成為衡量一個國家社會發展和綜合國力的重要標志。
國家振興，關鍵靠人才，基礎在教育。學校是知識傳播、應用和創新的基地。專業知識加上現代信息技術知識和應用能力，已成為現代大學生必備的基本素質，因此進一步加強對大學生的現代信息科學和信息技術方面的教育，具有非常重要的意義。大學計算機基礎課程教學屬于學校在培養創新型、實用型、復合型人才方面的具體舉措之一。
一、改革歷程
一般高校學生都來自全國各地，入學前計算機基礎水平參差不齊，國家雖然在普通高中安排了以計算機使用為基本內容的信息技術教育，但是由于地區差異，以及高考指揮棒的影響，進入大學的絕大多數大學新生在中學階段受過的計算機普及教育還不能滿足社會與專業本身對大學生在信息素養方面的需要；再則隨著社會信息化不斷向縱深發展，社會與專業本身對大學畢業生在計算機應用能力方面的要求也與日俱增，而且呈現多樣化趨勢。因此，在讓學生了解信息技術與計算機領域的基本知識、掌握基本技能的基礎上，將信息技術的最新發展和創新思維能力培養與各學科專業的需求、學生的興趣更緊密地結合起來，開設更符合社會需求的大學計算機基礎課程，探索更符合創新人才培養的教學模式，已成為高校培養全面高素質人才的當務之急。為此華東師范大學計算機基礎課程教學的改革、探索和實踐在始終不斷地進行，總體上看，近10年來有3次比較大的改革：從2006年9月～2010年6月期間的基本不分學科和層次全校學生都上兩個學期三門課“Office應用基礎”+“計算機技術基礎”+“計算機技術應用”；轉變為2010年9月～2013年6月的分層次教學，學生入校時先進行分流考試，按照不同的基礎分為達標、良好和提高三個層次進行教學，這種方式的優點是照顧到不同學生的入學基礎差別，但是無法兼顧目標水平一致的通識教育需求；2013年9月～，再次做出與時俱進的重大調整，轉化分階段、分層次、分大類相結合的教學模式。
二、改革方案
（一）課程理念
以“創新思維培養”為目標，不斷更新課程理念，推動大學計算機基礎課程教學改革與實踐。
1.提高信息素養。信息素養是一個人綜合素質的重要組成部分，也是信息化社會“學會學習”、“學會生存”的必備素質。提高大學生的信息素養既是信息時代對高等教育人才培養的要求，也是終身學習必須具備的前提條件。大學計算機基礎課程是培養和提高當代大學生具有適應現代信息社會需求的信息素養的主要途徑，信息素養就是一種信息能力，通過大學計算機基礎課程，培養大學生具有強烈的信息意識，提高大學生的信息能力，加強對信息的敏感度、洞察力及分析能力，對提高大學生的綜合素質具有非常重要的意義。
2.強化實踐能力。實踐能力是大學生素質教育的重要內容之一，強化在校大學生實踐能力的培養是時代的要求，對提升大學生的綜合素質、提高就業競爭力具有很好的作用。
大學計算機基礎課程是一門實踐性很強的課程，實驗教學是計算機基礎教學的關鍵環節。通過構建以應用能力培養為核心的大學計算機基礎教學的實驗體系，加強實踐教學環節，擴大綜合性、設計性實驗，使學生系統掌握基于計算機基本理論的實驗教學內容，提高學生的實踐能力，為學生將來利用計算機知識與技術解決實際問題的能力以及知識綜合運用能力打下良好的基礎。
3.注重專業需求。社會信息化不斷向縱深發展，各行各業的信息化進程不斷加速；信息技術已廣泛滲透到各個專業領域，計算機技術與眾多專業的融合大大豐富了專業課的教學內容，這種融合已成為一種新的科技發展趨勢；各專業對學生的計算機應用能力的要求日趨強烈，而且呈現多樣化特點。
大學計算機基礎教學在各專業的本科培養計劃中已成為不可缺少的一部分，大學計算機基礎教學需要培養大學生利用計算機知識與技術解決專業領域中問題的能力，提高大學生的專業能力，增強大學生的就業和創業能力。
4.激發創新思維。“創新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發達的不竭動力，一個沒有創新能力的民族，難以屹立于世界民族之林”。大學生是國家和民族寶貴的人才資源，其創新能力很大程度上決定了國家未來的創新力和競爭力。加強大學生創新能力的培養，無疑是一項高等教育教學的重要任務。
創新思維能力是創新能力的核心。大學計算機基礎教學在開發學生創造性潛能，培養學生創新意識、創新精神和創新思維能力具有不可或缺的地位和作用。通過多樣化和個性化的教學形式和學習方法，理解知識產生和發展的過程，培養學生的科學精神、創新思維習慣，從而激發大學生的求知欲和創新能力。
（二）課程目標
1.培養學生具有運用計算機獲取信息、處理信息和有效應用所需信息的能力，提高學生的信息素養。
2.培養學生具備利用計算機和網絡平臺、計算機的相關應用技術和工具，解決本專業自身和學科發展領域中問題的能力。
3.加強學生社會責任感、誠信守法和心理健康教育，培養學生自覺遵守信息化社會的相關法律與道德規范，培養學生團隊協作精神，為造就創新型、實用型、復合型人才的目標服務。對學生創新精神與實踐能力的培養是大學計算機基礎課程教學的根本目標。
（三）課程體系結構
以“創新思維能力教育”為特點，形成了有特色的、適合我校非計算機專業本科生的大學計算機基礎課程體系。
從調查研究入手，了解國內外高校計算機公共基礎課程的教學情況和改革趨勢，了解我校各專業對計算機應用和創新思維能力的要求，了解信息社會對非計算機專業人才的計算機能力的要求，努力與國際接軌，形成了以創新思維的教學內容和方法指導教學，使課程更符合我校建設高水平研究型大學對人才培養的需要，也更符合我校學生特色的課程體系（如表1所示）。新課程體系改變過去單一模式的分層教學或模塊化教學，采用新的分層與模塊化有機結合的新教學模式，在兩年多的教學實踐中取得了良好的效果。本課程體系旨在提高大學生的信息素養，培養大學生具有運用計算機獲取信息、處理信息和有效應用所需信息的能力。
（四）課程內容
1.IT實踐基礎。本課程為信息技術方面零基礎的學生開設，讓學生掌握計算機軟、硬件基礎知識，一般常用計算機軟件的使用方法、計算機網絡基礎與應用、信息安全基礎等，以適應后續信息技術課程的基礎需要。
2.大學計算機。本課程是新生入校后的第一門大學計算機公共基礎課程，是后續計算機課程的理論和實踐基礎課程。本課程圍繞計算機技術基礎，融合計算思維概念，旨在培養學生對獲取、存儲、加工和應用信息的基本素養和能力，幫助學生形成良好的相關行為規范，具備通過計算機和互聯網進行有效學習、生活和工作的習慣與能力；作為計算機新意識教育，促使學生涉及信息學科領域，拓展視野，啟迪心智，開闊思維，使學生具有適合當今社會發展的創新思想和理念，即使面對復雜的信息社會環境，仍具有迎接挑戰克服困難的勇氣，提高學生的創新能力和實踐能力。安排在第1學期開設。
3.算法與程序設計基礎。本課程作為各專業的信息技術應用基礎課程，面向除計算機專業外的各專業學生（必修），建議非師范、理工科專業學生選擇。本課程目的是提高學生的信息技術應用與問題求解能力，從而進一步提升學生的計算思維素養，包括非常基礎的模型化、抽象化、邏輯推演能力、算法設計與分析能力、程序設計與實現能力，培養學生利用計算機解決與專業、科研、社會需要密切相關的實際問題的能力和基本創新精神，以適應信息化社會的要求、拓寬專業生存空間，使其在后續專業課程的學習和未來的工作中較長期地受益。安排在第2學期開設。
4.數據處理與管理。本課程作為部分文科及商科專業第2學期學生自主選擇的計算機應用課程。本課程目的是使學生通過學習和實踐，掌握利用計算機硬、軟件技術對數據和信息進行有效地收集、存儲、處理、應用和檢索的基本素養，為未來從事諸如信息管理、電子商務、電子政務、網站建設、決策支持、企業資源規劃等等工作，打下堅實的技術基礎。安排在第2學期開設。
5.多媒體技術基礎。本課程作為文科各專業第2學期學生自主選擇的計算機應用課程。本課程目的是進一步提高學生的多媒體技術應用技能和水平，培養學生以計算機為工具解決與專業相關的實際問題的能力，以適應信息化社會的要求、拓寬專業生存空間，使其在后續專業課程的學習和未來的工作中長期受益。提高學生的創新能力和實踐能力，有意識地培養計算思維能力。安排在第2學期開設。
6.計算機綜合實踐。本課程在學生已經掌握了計算機基礎知識和計算機基本操作技能的基礎上，激發學生利用學到的計算機技術創作具有很強原創力并有實際應用價值的作品的興趣，培養學生解決實際問題的能力，提高學生的創新思維能力，并為今后參加工作打下堅實的基礎。安排在第3～6學期開設。
本課程可通過以下五種方式之一獲得免修：
A.參加華東師范大學計算機應用能力大賽，并入圍決賽；
B.全程參加上海市計算機應用能力大賽；
C.全程參加中國計算機設計大賽；
D.參加海峽兩岸信息技術素養及創新活動大賽，獲得初賽合格證書；
E.獲得上海市高校計算機等級考試證書，并參加華東師范大學計算機應用能力大賽。成績合格。
（五）教學方法
1.選課方式的改變。核心課程由以往的所有學生統一地進行同樣內容、同樣方式的教學，逐漸改變為根據學生的基礎水平、專業特點、興趣愛好，雙向選擇方式開設課程。（1）基礎課程安排在第1學期，根據學生入學考試結果，在為每位學生開設“大學計算機”課程的同時，為基礎薄弱學生增加開設MOOC課程“IT實踐基礎”，該課程通過網上資源與實驗室機房面授相結合方式，讓學生充分利用課余時間，盡快將基礎提高，為后續課程的順利展開做好準備。（2）提高課程安排在第2學期，三門課程實施引導性選課，將根據學生的專業特點分類指導選課與根據學生個人興趣愛好的個性化選課相結合，使學生能選到適合他們需要的課程。（3）拓展課程安排在第3～6學期，“計算機綜合實踐”課程則引入競賽機制，將傳統以教師傳授為主的上課方式，轉變為以學生為主體、教師為主導，課堂教學與課后現代信息技術資源平臺支撐下的互動學習相結合的模式。
2.教學方法的改變。大學計算機基礎課程屬于實踐性很強的課程，教學方法上，由純理論講解式教學方式，改變為結合案例為向導，特別對一些操作性較強的內容采用翻轉課堂教學方法，先讓學生自己動手實踐，使學生更牢固地掌握教學內容，并能舉一反三。通過加強對實驗的支持，增加開放實驗，使學生在理論結合實踐的課堂教學之外，能根據自己的興趣愛好和能力，選擇和完成拓展實驗，更深入地理解信息技術對人類的影響，學會思考和學習。
3.現代立體化課程資源支撐體系的構建與服務。通過構建教學資源平臺將課內教學與課外資源平臺相結合，提高大學計算機基礎課程的教學效率。教學資源平臺除了提供各種課程的教學課件、實驗素材、習題練習和測驗等外，還提供了網上問答平臺、實驗自動批改系統等模塊，方便學生個性化學習和教師多元化教學。
三、總結與展望
在所有高等教育課程中，計算機基礎課程無疑是學生入校基礎差異最大、教學內容需要更新最快的那一門，由此帶來的對教師和學生能力的挑戰，隨著時代的發展不但不會減輕，恐怕會愈演愈烈。華東師范大學的師生面對挑戰，不斷進行的探索、研究和嘗試，希望能在改善自身教學質量、優化教學成果的同時，也為兄弟院校相關專業的師生，在教學模式、教學內容和教學方法上，提供一些新的思路和選擇。
參考文獻：
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關鍵詞:教學質量;計算機基礎課程改革;建設規范
隨著計算機及應用技術的迅猛發展,計算機技能已成為當代大學生知識結構的重要組成部分,教育部2007年2號文件明確地指出了“培養和提高本科生通過計算機和多媒體課件學習的能力,以及利用網絡資源進行學習的能力”[1]。非計算機專業的計算機基礎課程教學在本科教育中與數學、外語一樣,具有基礎性、普及性,同時還有實用性、不可替代性,是大學教學中不可或缺的一部分。
為進一步推動廣東省高校計算機基礎課程的教學改革,2009年6月,廣東省高校大學計算機課程教學指導委員會組織省內高校開展了“廣東省高校大學計算機基礎課程教學改革項目”(以下簡稱“項目”)的探索與實踐, 旨在集中全省各高校計算機基礎課程的一流師資,在較短的時間內,以共建共享的方式完成優秀計算機基礎課程教學資源建設,并開展多種形式的教學模式改革探索,最終實現優秀教學資源、教學思想的共享,從整體上提高我省大學計算機基礎課程的教學水平。
1項目建設背景
2007年1月至5月期間,廣東省高等學校大學計算機課程教學指導委員會對省內高校的在校學生、一線教師、畢業生及企業進行了“廣東省高等學校計算機課程教學改革調查”,從不同的側面為廣東省高校計算機課程改革提供重要的參考數據。在此調查報告的基礎上,廣東省教育廳高教處確立了廣東省高校計算機基礎課程改革的主導思想為“面向社會,針對崗位,強化能力,促進發展。”[2]
為適應新時期對高校人才知識結構的要求,計算機基礎課程必須結合廣東省用人單位的應用需求以及經濟發展的實際情況從教學理念、課程設置、教學方法到教學模式等方面都需要做出相應的改革。2007年9月,廣東省教育廳高教處決定以華南師范大學為試點,在課程體系、課程設置以及教學模式上進行全面的計算機基礎課程改革嘗試。經過兩年的教學實踐證明,華南師范大學計算機基礎課程改革提高了學生計算機實用技能應用能力,培養了學生自主學習意識、增強了學生自主學習能力,促進學生在專業學習過程中主動應用計算機技術及工具輔助學習,提高專業學習的效率。[3]
華南師范大學在廣東省高等學校大學計算機課程教學指導委員會的指導下,根據教育部計算機基礎課程教指委關于計算機基礎課程改革的精神,制定了大學計算機課程“三層次”課程體系,并通過對課程設置、教材開發、教學方法轉變等方面進行了積極的探索[4],驗證廣東省高校計算機基礎課程改革指導思想方向的正確性與方法的可行性。
2項目建設意義與指導思想
項目以《教育部、財政部關于實施高等學校本科教學質量與教學改革工程的意見》、《教育部關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見》和《教育部關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見》文件為指導,結合教育部計算機基礎課程教指委關于《計算機基礎課程教學基本要求》的精神,以“面向社會,針對崗位,強化能力,促進發展”為宗旨,圍繞教學改革和資源建設的核心,以項目形式培養、打造出優秀的教改團隊,提高教師教學科研水平,推動廣東省高校計算機基礎課程教學改革。
項目旨在使廣東省內高校計算機基礎課程教師能借助先進的教學理論與方法,在現代“計網信”(計算機/網絡通信/信息)技術的輔助下,以國家精品課程建設的標準,緊緊圍繞實現“因需施教、因人施教、學以致用,強化能力,培養學生自主學習意識和能力”的思想,在網絡學習資源、學與教案例(模式)、練習與試題庫、實驗指導、電子教案和立體教材等方面,組織高校優秀教學團隊積極參與,逐步建立以智能化學習系統為平臺、以廣東省大學計算機課程資源庫為基礎、教學目標明確、教學結構靈活、教學內容實用、易于實施、實用性強的課程包,以滿足多類別、多層次高校的教學需要和學生的學習需要。
3項目建設內容
3.1面向應用的計算機基礎課程“三層次”課程體系
隨著計算機技術及其應用的不斷發展,各行各業的信息化進出不斷加速。為了適應信息化社會發展和用人單位信息技術應用實際需求,計算機基礎課程教育必須以應用能力為培養目標,在校期間使學生較好掌握計算機、網絡及其他相關信息技術的基本知識與技能,提高學生利用信息技術工具分析問題、解決問題的意識與能力,提高學生的信息素養,使學生在今后的工作上能迅速利用計算機技術解決崗位實際問題[2]。
計算機基礎課程教學課程體系也應根據計算機技術的發展及人才培養目標而動態地調整。在廣泛調查研究的基礎上,并結合教育部《關于進一步加強高等學校計算機基礎教學的意見暨計算機基礎課程教學基本要求》,廣東省高等學校大學計算機課程教指委根據廣東經濟發展和社會用人單位需求調研結果,經反復研討論證,于2006年形成了適合廣東省高校實際情況的“三層次”課程體系教學建議(如表1 所示)。課程教學按不同應用劃分層次,每個層次由若干門面向全校的必修課或選修課組成,每個層次都有其基礎教學內容和目標,形成一個完整、獨立的計算機公共課程教學課程體系。
3.2圍繞“三層次”課程體系開展的教學改革
在面向應用的計算機基礎課程“三層次”課程體系結構的框架下,廣東省高等學校大學計算機課程教指委需要組織全省高校研制開發若干門大學計算機基礎實用軟件和社會通用工具、學科專業工具軟件立體化教學資源,針對各高校專業特點共同完善計算機應用基礎課程立體化教學資源,逐步形成廣東省高校計算機基礎課程課程資源庫,使各高校能依托計算機基礎課程立體化教學資源開展基于網上資源利用的教學改革試驗研究。
項目在2009―2011年間的主要建設內容為:
1) 組織各類型高校開展計算機應用基礎課程教學改革試驗,構建面向適應多專業、多學科的計算機應用基礎課程共享教學資源。
在廣東省高等學校大學計算機課程教指委的指導下,利用華南師范大學計算機基礎課程改革試驗中所建成的系列教學資源與學習平臺,組織有條件的高校開展計算機應用基礎課程基于網上資源利用的教學改革試驗。
各學校借鑒華南師范大學計算機基礎課程改革中成功的教學模式、教學方法,利用廣東省高校教學共享資源庫中的教學資源(學習光盤、學習平臺、在線學習資源、考試評測系統等),開展以“集中輔助導學講授+學生自主上機驗證”的教學模式的試驗,并強調“以學生為主體,教師為主導”的教學指導原則,強化學生的實踐應用能力的教育,逐步減少課堂講授時數,增加學生自主學習的時間和空間,最終轉變為在教師指導下依托立體化教材的自主學習。同時,各項目組根據學校學科特點設計滿足本校專業的學習案例,最后集合成廣東省高校計算機應用基礎課程(第一層次)共享教學資源庫。
2) 組織優秀的教學團隊開發工具軟件類課程、計算機技術基礎類課程立體化教學資源,逐步建立省級計算機工具課程共享“超市”。
計算機基礎課程具有較強的實踐性、綜合性、創造性、工具性、時代性等特點。組織省內有實力的教學團隊以先進的教學理論和學習理論為基礎,以網絡、多媒體等現代信息技術為依托,建立若干門工具軟件類課程、計算機技術基礎類課程的教學指南(要求)與技能認證標準;并充分體現靈活性、開放性、動態性、立體化的特征,按照《廣東省高校計算機基礎課程教學資源建設規范》要求,集中各所各校不同學科背景的優勢共同開發實用性強、能有效針對專業能力培養的 “文字教材―學習輔助光盤―在線學習資源―技能實訓”四位一體的立體化教學資源。并通過逐年建設,形成資源豐富、多層次、多類型、多維度的計算機工具課程教學資源“超市”庫,適應廣東經濟發展以及專業應用需求。
3) 組織省內實驗/實訓條件良好的高校探索“計算機語言及系統應用教育”層次的教學模式。
“計算機語言及系統應用教育”層次教學著重于培養學生創新研究能力,探索以項目導向、工學交替等行動導向的教學模式開展計算機技術基礎類課程教學,使學生掌握一種高級語言的程序設計方法,培養學生的邏輯思維能力和理解計算機處理問題的方法。
“計算機語言及系統應用教育”層次教學在下列幾方面進行課程設置與教學模式的探索,最終形成若干教改示范案例。
(1) 項目驅動式的高級程序設計語言資源建設與創新教學模式;
(2) 創新性的實驗教學與實驗設計、仿真實驗系統、動漫技術教學與設計;
(3) 行業信息化應用系統需求分析與設計。
教改示范案例以教學單元/主題為核心,通過有效的教學設計與教學實踐,形成有實際參考價值的教改案例,強調教育技術提高課程課堂教學的方法、手段,以點帶面,推動廣東省高校計算機基礎課程的課堂教學改革。
4) 組織開發集計算機技能測試、學習資源個性化推送等功能的計算機基礎課程多元自主學習系統;組織省內學校開展基于學分制與第三方認證的計算機基礎課程能力檢測模式探索。
為滿足計算機基礎課程教學資源共享、在線學習、統一考試認證等需要,廣東省高等學校大學計算機課程教指委將組織開發“廣東省計算機基礎課程學習網站”,讓省內高校能免費使用該學習網站及網站中的學習資源。與此同時,建立學習、評價與跟蹤管理網絡資源學習平臺,并與課程包捆綁一起。各高校選擇下載所需的課程包后,便可以立即使用,實現教與學中網絡教學資源、立體教材、教學案例和學習評價等相互配合,提高教與學效果。
隨著廣東省計算機基礎課程教學資源庫課程的日漸完善,將建立一套以計算機應用能力認證為基礎的計算機基礎課程體系。在該種新體系下,組織省內學校探索開展基于學分制與第三方認證的計算機基礎課程能力檢測模式,既可以實現真正的教考分離,又可以讓學生在校期間實行不間斷計算機技能學習,根據社會的需求培養服務于各專業的應用性人才。
4項目建設規范
為規范所有立項項目最終實現優秀教學資源、教學思想的共享,由廣東省高等學校大學計算機課程教指委、教育技術專家和教學管理專家組成的專家指導組制訂了指引明確、可操作性強的《廣東省高校計算機基礎課程教學資源建設規范》,對各種類型立項項目建設什么、如何建設、如何實現共享進行了詳細的規定。
4.1計算機應用基礎課程教學改革試驗類項目規范
各校需根據本校實際情況,制訂切實可行的第一層次課程教改的實施試驗方案。實施方案覆蓋面由項目組根據本校實際確定,可選取若干班級數或大一全體學生,如選取若干班級試驗方式的班級數量不少于5個,參與試驗的專業不少于3個。
各校可在華南師范大學教學資源包知識點劃分的基礎上,需根據本校特色、優勢專業開發單元學習案例包。案例包需覆蓋如表2所示的模塊。
4.2工具軟件類課程、計算機技術基礎類課程立體化教學資源開發類項目規范
本次立體化教學資源建設最終需要形成紙質教材、在線學習活動指引、重難點學習光盤、實驗指導、認證考試標準與試題資源開發等,具體需要建設的內容如表3所示。
4.3“計算機創新能力教育”層次教學模式研究類項目規范
教改示范課程要建立一支教學隊伍,由主要負責人、主講人、其他參與教師組成。項目負責人由專業水平高、授課經驗豐富的副教授、教授擔任(高職高專教改課程要有豐富實踐經驗的教師擔任),案例制作人可以有年青教師擔任。通過示范課程的建設逐步形成一支結構合理、人員穩定、教學水平高、教學效果好的教師團隊。
項目團隊選取1～2個教學單元/主題的內容,在2個學期內完成教改實踐,并完成示范教學案例的制作。示范教學案例的基本內容包括5部分: 課程教學
改革方案、教學單元內容與教學設計方案、教學課件和課堂教學視頻。
1) 課程教學改革方案:教改方案要體現教師角色的轉變、學生地位的轉變、教學過程的轉變、教學方法的轉變。
2) 教學單元內容與教學設計方案:選取試驗的課程單元內容及其教學設計方案。
3) 教學課件與相關資源:選取教改過程中使用的PPT課堂教學課件、網絡相關資源、學生作品等。
4) 課堂教學視頻:試驗教學單元的課堂教學全程視頻。
5) 學生創新實驗設計:以項目驅動式的學生實踐設計案例。
5結語
展望未來,隨著信息技術發展以及信息技術課程在基礎教育中的開設,大學計算機基礎課程的第一層次教育――大學計算機應用基礎將逐步在各高校淡出,以至最終取消。計算機基礎課程的教育重點在第二層次(即工具軟件類課程、計算機技術基礎類課程)和第三層次(即計算機創新能力教育)課程,為了給廣東省各類型高校、各專業學生提供“因用而教,各取所需”計算機基礎課程教學資源庫,廣東省高校大學計算機基礎課程教學改革項目將組織省內各高校積極探索計算機基礎課程教學資源、教學思想的共享,不斷提高我省大學計算機基礎課程的教學質量。
參考文獻:
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（北京林業大學 信息學院，北京100083）
摘要：針對現今大學計算機基礎教學漸漸落后于時代需求，對學生也越來越缺乏吸引力的現狀，分析當今社會環境對教學的影響，提出以培養計算機思維能力為目標的大學計算機基礎教學方式及教學內容。
關鍵詞 ：大學計算機基礎；教學現狀；計算思維；多元化
第一作者簡介：徐秋紅，女，副教授，研究方向為計算機科學與技術，shinestar1129@126.com。
0 引言
隨著計算機技術的飛速發展，以及互聯網應用的無處不在，早已將我們身邊的一切事物都卷入到科技革命高速運轉的車輪之中，一切都在改變，向著更精準、更智能、更快速的方向轉變著。大學計算機教育也在這30多年中不斷地成長和變化，無數教師在這場教育的戰場上拼搏和前行，但似乎我們總感到力不從心。
1 現狀分析
十幾年來，大學計算機基礎課一直是作為高校的非計算機專業學生的公共基礎課，其教學目標一直定位于向學生普及信息技術知識和推廣計算機的應用。為了實現這個目標，教師們在課程體系、教學內容、教學手段及教學方法上，一直進行著不斷地研究和革新。但是，隨著時代的進步，特別是計算機技術、互聯網技術、虛擬和仿真技術的快速發展和廣泛應用，現今大學計算機基礎課的內容漸漸落后于時代需求，大學計算機基礎課程對學生來說也越來越缺乏吸引力。
1.1 所面對的教育對象的現狀
現在的大部分大學生已經是出生于1995年以后的年輕人，他們一出生就開始接觸大量的電子設備，電視、計算機、手機，以及日常的家用電器等電子設備在他們的手中如同玩具一般平常，他們對電子設備操作的快速上手和熟悉程度是令成年人驚訝的，對他們而言，電子設備的操作方式理應如此，設備體現的效果也是理所當然。所以使用電子設備（如手機或計算機）處理文本、做一個計算、上網查詢、打游戲、電子導航等，已經成為了他們的習慣。對他們而言，這是不需要加以訓練的。這正是我們今天面對的教育對象的現狀，他們已經是名副其實的互聯網一代了。
1.2 大學計算機基礎教學的現狀
我國的10年義務教育早已將計算機的基本應用操作作為普及性知識，并在全國各省市的中小學教育中開設了相關的常識性課程，所以大部分的大一新生入學時，都已經了解過或掌握了一些計算機的基本操作技能，倘若今天我們在大學的計算機課程中依然以計算機初級教育為起點，或是還在采用重復性的教學內容，那么一定會讓大部分的學生感到倦怠。早在4、5年前，我們周圍就已經出現過許多質疑的聲音，大學的計算機基礎課是否應該適時地取消？到目前為止，我們也看到了這樣的現實，要么有的學校干脆撤銷了計算機基礎課，要么有的學校內部的一些專業已經將計算機基礎課程排除在四年制課程體系之外了。這不得不讓我們冷靜地思考大學的計算機基礎教學是不是真的沒有存在的必要了？
2 重新認識計算機教育的新需求
跟上時代潮流，才能處于不敗之地！通過分析大學計算機基礎教育的現狀，不難發現，我們30年來不斷地改革教學內容、教學方式及教學手段，都是在不斷地適應時代變化的需求。到目前為止，我們已經完成了教育的第一步：喚醒人們對新技術革命的認識。現在我們必須邁入第二步：讓人們參與到新技術革命的進程之中。那么，如何讓每一個人都能順利地參與其中，將自己的生活、工作和學習適應于今天的變化，這就要培養人們“計算思維”的意識和習慣。
2.1 充分認識計算思維是現代人類應該具備的基本思維能力之一
什么是計算思維呢？美國卡內基·梅隆大學（CMU）Jeannette M. Wing （周以真）教授在她的《Computational Thinking（計算思維）》一文中指出：“計算思維是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統和理解人類的行為，它涵蓋了反映計算機科學之廣泛性的一系列思維活動。計算思維是每個人的基本技能，不僅僅屬于計算機科學家。除了閱讀、寫作和算術之外，我們應當將計算思維加入到每個孩子的解析能力之中”[1]。
自20世紀80年代的微機普及到家庭開始，計算機就已經從專門的計算科學領域跨入到其他更廣泛的學科和社會的各行各業之中，隨之而來的是形成了大量的新型學科，這些新型學科產生的一個共同特征是都建立在與計算機技術、網絡技術的深刻融合之上，那么如何讓學生理解實現這一融合的初始動力，就需要用計算思維來解釋。計算思維正在成為像普通的算術思維一樣的人類必要的思維形式，它是認知的需要，也是今天和未來的人類生活和工作的必備能力。
2.2 培養計算思維能力才是大學計算機基礎教育的意義所在
計算機技術的廣泛應用和互聯網的全球化，使得天才和普通人的差距逐漸變得模糊，在互聯網上，所有人都有機會參與其中，人人都可以平等地發表言論，互聯網上出現的許多詢問都會在瞬間得到答案，更多的難題也會在成千上萬人積極迅速的應答中迎刃而解。人與人交流更容易，工作場所更靈活，學習過程更便捷，生活方式更多樣，可以預想到，當大學生們經過4年學習離校后，他在從事專業研究和工作時，也必須順應本行業的計算機技術嵌入及互聯網應用，否則將被時代無情地拋棄。
今天的學生幾乎都會使用計算機和手機，但是他們未必了解計算機和手機功能的實現原理，或是這些功能所代表的獨特的技術特征，也就是說，他們只知其然，而不知其所以然。而大學的計算機教育應該向學生講清這其中的基本原理，講清世界的事物之所以可以運用計算機技術和網絡技術進行有效管理，其實質是該事物已經通過數字化存在于計算機中，計算機對這些數字的處理目的是要再作用于該事物，并將該事物以對人類更直觀更有益的方式來顯現。那么如何將事物數字化，如何規劃和設計處理過程，如何在時間和空間之間權衡處理過程的效率，如何在最壞的情況下實施預防和保護，如何進行系統的自我恢復，如何利用海量的數據來加快計算和做到精準計算等，這都涉及計算思維的范疇。
3 計算機基礎教育如何實現培養計算思維能力的過程
大學計算機基礎教學始終是隨著時展而處在不斷的改革之中，其中教學內容或多或少的包括計算思維、數學思維、實證思維的內容，只是我們在教學中從來沒有刻意的要區分它們，而今天我們特別強調計算機基礎教育要培養學生的計算思維能力時，這就需要我們在教學環節中，注重研究如何重整相關的教學內容、如何建立合理的教學方案，如何實施有效的實踐活動來幫助學生掌握計算機思維的能力。這也是現實社會發展的需要。
3.1 教學內容要通過不斷更新來追隨時代的變化
在計算思維能力培養的教育中應該注重兩個方面的教育，一個是教育學生正視現實，同時要眺望未來；另一個是教育學生形成開放型思維的習慣。
3.1.1 讓學生了解計算機技術和互聯網技術的發展對其他領域的發展有著引領的作用
在現代社會中，計算機和互聯網對人類生活的影響既全面又徹底，人類對物質的需求和占有的欲望所表現的行為之一——購物，其變化就很好的表現出這種影響的深刻性。在近10年的時間里，計算機和互聯網已經將人們從商場拉到鍵盤前，甚至只要動一動手指就能夠完成整個購物過程。選購商品變得越來越便捷，大量投其所好的廣告精準地預測著人們的購物習慣和購物需求，這都得易于大數據時代的特征。我們要讓學生了解大數據是如何產生的，以及大數據的特征和價值體現在哪里，要讓學生了解大數據、數據倉庫、數據挖掘技術之間的關系，要讓學生了解大數據時代將對人類的思維變革、商業變革、社會的管理變革帶來什么樣的影響。
3.1.2 建立開放型思維習慣，理解數學的形式化思維與工程思維融合是培養計算思維能力的核心所在
正像第三次工業革命掀起的電力應用發展，至今早已讓人類處在了無處不在的電力環境之中，我們幾乎在應用電力的同時不再能感知電力的存在，而計算機和互聯網也將步其后塵，開辟未來無處不“計算”的新天地[2]。在這一新天地中，我們將占有多少自創技術的前沿陣地？我們將會擁有多少自主創造的新領域？這是值得每個中國青年學生深思的。
若要在當今時代的技術創新中處于領先的地位，首先就要了解新技術的真實內含，要了解計算機中那些“理所當然”的功能的內在工作方式和基本原理，了解那些“理應如此”的效果所包含的計算機科學的技術及方法。未來各種學科專業的創新都必定要與計算機技術和互聯網技術相結合，而在結合點中尋找切入點是非常關鍵的。為了尋找切入點，就要充分認識事物的處理作用于計算機就是數據計算，那么被處理的事物中，哪些是可以“計算”的和進行怎樣的“計算”都是要由研究者思考和決定的。
我們應該在大學中提倡計算機科學教育，普及計算機技術基礎知識，讓每個學生理解事物中什么是可以計算的，如何建立和尋找事物中存在的可計算的特征，讓學生掌握對事物進行有效計算的基本方法，努力培養學生具備在未來進行創新的基本能力，以實現國家整體的創新性研究和發展。
3.2 研究建立新型的教學實驗環境和實驗方法
計算機基礎課程的內容大致分為計算機的信息表示、計算機系統結構、網絡技術、多媒體技術、數據庫管理技術、程序設計方法及計算機安全等多個內容，若要從這些不同的內容中提煉出表現計算機技術和網絡技術的概念和原理，僅憑老師在課堂中的講解來讓學生領會和聽懂是遠遠不夠的，特別是在解釋計算機的運行原理或操作系統內部獨特的技術特征時，那些不可見或不易見的內容往往令學生很迷惑。
由于受到環境、可用資源和師資水平的限制，我們的計算機基礎課一直實行200~300人同時上課的大班課形式，實驗室對非計算機專業學生的計算機基礎課僅可以滿足提供臺式微型機作為實驗機，而且臺式微型機能直接支持的只有軟件應用，所以只能在實驗課上做一些使用軟件環境的操作性的實踐，基本談不上真正的“實驗”。那么如何為計算機基礎教學建立合適的實驗環境，以及采用什么樣的操作方式來完成計算思維能力的訓練，這將是今后我們必須不斷探索和嘗試的工作。目前，有的高校正在嘗試采用虛擬現實技術和仿真技術來設計和開發與之完全匹配的實驗內容[3]，實現向學生提供一個可以實際動手的實驗機會。
為了形象地描述計算機原理和計算機技術中不易直接呈現的內容，我們還應該考慮采用動畫、三維視頻影像的方式去組建一系列專門匹配教學內容的資料片來輔助教學。由于各個學校的資源差異較大，應該組建和推廣校與校之間的教學資源共享平臺。
3.3 嘗試建立和選擇多元化的教學形式
3.3.1 教學形式和授課方法的多元化
在大學的計算機基礎教育中注入培養學生計算思維能力的教育內容，將使過去從知識技能型教學，轉向思維型教學，因此在教育方式和教學方法上也要考慮從單向灌輸方式轉為雙向的互動方式；教學中可以嘗試讓學生討論自身專業與計算機技術相關性分析等內容；還可以開設一些特殊的講座來補充教學內容。
計算思維能力的培養單靠計算機基礎一門課是無法完成的，應該建立合理的系列課來系統地完成這個重任，從學校的計算機教育層面上應該為學生的學習提供更大的自由度和選擇空間，增強學生對教學內容的自主選擇。
3.3.2 課程設計、課程實踐、課程實驗和實習訓練的多元化
大學計算機基礎教學內容廣泛，應該根據不同內容去設計和實施不同形式的教學活動。因為計算思維的本質是抽象和自動化，為了契合培養學生計算思維能力的教學目標，教學活動中應該至少安排一次課程實習，學生以小組為單位參與實習，每個小組通過成員的分工合作來完成一個完整的系統設計類實習內容，讓學生真實的體驗解決一個具體實際問題時，如何開展問題分析、綜合、抽象、推理、判斷、設計、自動化處理、檢驗等一系列過程，以達到最終的目標，以及學會組員彼此間相互協作、交流溝通的方法和技巧。
3.4 師資建設中強調更新教育理念
目前，由于大多數正在從事計算機基礎教學的教師對計算思維的理解還處在逐步認識的階段，而且現在也還沒有一個成熟的針對計算思維教育方法的現成模式，因此，不斷地探索和嘗試、不斷地交流和總結將是我們未來主要的工作狀態和工作方式。
大學的計算機基礎課內容多、學時少，授課對象都是非計算機專業的大一新生，教學目標是提升學生認知世界的另一種能力——計算思維能力，要講好這個課程，是非常不容易的。它需要講課的教師必須具備較全面的計算機技術知識、互聯網技術知識，以及其他相關領域的知識，并能夠較好的將兩種或兩種以上領域的知識相互溶合，同時還要求該教師應該從事過系統設計，具有實際操作的經驗，具備較好的思維貫通能力和良好的表達能力。
計算機科技領域是一個發展變化最快的領域之一，也是一個與其他領域的技術相關度最密切的領域，這就直接導致了與計算機相關的概念、思想、技術、產品、行業等也在不斷地去陳出新，這就要求從事計算機基礎教學第一線的教師必須始終關注科技發展的動向，隨時不斷地學習和充實自身的學識，不斷地更新教育理念，以確保能夠適應不斷變化、不斷提升的教學要求。
4 結語
我國30多年來的快速經濟發展，迅速地消耗了國家有限的自然資源，今后如果要確保國家經濟的可持續發展，就必須完成轉型升級，要走出一條科技含量高、經濟效益好、資源消耗低、環境污染少、人力資源優勢得到充分發揮的新型道路，這些都要依靠科技創新。今日世界盛行的計算機技術、互聯網技術正在提供著有利的發展平臺，我們必須抓住這個機遇，走出自己的創新之路，培養適應時代需求的新型人才，而計算思維能力的具備正是這一征程的原動力。
參考文獻：
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中圖分類號：G642
1 積極推動新一輪大學計算機教育教學改革
1.1 新一輪大學計算機教育教學改革的動因
自20世紀80年代以來由于計算機科學與技術的發展和應用的普及，在高等教育非計算機專業的計算機課程基礎上逐步形成計算機基礎教育和課程體系，并先后成立全國高等院校計算機基礎教育研究會和教育部計算機基礎課程教指委，以指導大學計算機基礎教育改革和課程建設。90年代以來，高等職業教育也在各專業開設了計算機公共課程。
最初的計算機基礎教育是從計算機工具的視角，以掌握計算機基礎知識和基本技能為主，90年代提出計算機文化的概念，將計算機基礎教育提升到普適性文化層面。當前由于我國基礎教育中信息技術教育的發展，使原高等教育中計算機基礎教育的內容重心下移，計算機基礎課程受到很大沖擊，大學計算機基礎教育面臨新的挑戰。2012年教育部高教司和教育部計算機基礎課程教指委提出以計算思維為切入點的大學計算機教育和課程改革，拉開新一輪大學計算機教育教學改革的序幕。我們認為新一輪大學計算機教育教學改革的動因有以下3個方面：
（1）新一代信息技術的發展和迅速普及應用；
（2）計算機科學與技術突破其專業層面，提升形成普適性的科學思維和行為方式；
（3）大學新生計算機應用能力總體水平提高和發展不平衡、不規范并存。
1.2 總結大學計算機教育基本經驗和規律
大學計算機教育已歷經30多年，其間經歷多次改革，其教學體系、課程內容不斷完善，教育理念逐步形成，以新一輪大學計算機教育教學改革為契機，有必要對迄今大學計算機教育所取得的基本經驗和形成的基本規律進行總結，它們反映了大學計算機教育相對穩定和本質特征，主要表現在如下4個方面：
（1）大學計算機教育應是面向應用的教育。大學計算機教育的初衷就是要培養能夠在各自專業中應用計算機工作與學生自身發展的合格大學生。
（2）大學計算機教育應是以需求為導向的教育，需求決定了大學計算機教育的存在、改革與發展。
（3）大學計算機教育應是以計算機應用能力培養為核心的教育。理論知識的學習應以應用為目的，支持能力的培養。
（4）大學計算機教育應是分類指導的教育，大學計算機教育的分類不僅要考慮學科專業，而且與正在形成的我國高等教育和高等學校分類發展相關。
1.3 探索新一輪大學計算機教育教學改革的新特征
大學計算機教育是在不斷改革中發展的，新一輪大學計算機教育教學改革較之現行的大學計算機基礎教育有了重大突破和發展，這些突破和發展可以表現為多個方面，但重點是在大學計算機教育以能力培養為核心的基本規律中，其能力內涵發生了重大變化和發展，使能力突破了計算機學科專業領域層面，發展到普適性的計算思維和行動能力層面，提升了問題求解能力的培養。能力內涵的變化本質上已使大學計算機教育的功能發生了重大轉變，超越了大學計算機教育僅解決計算機領域問題的局限，開創了運用源于計算機的思維與行為方式解決各類專業或社會生活問題的新功能，這是新一輪大學計算機教育教學改革的新特征，也是包括計算思維在內的科學思維的提出對大學計算機教育的新貢獻。
2 需求導向是保持大學計算機教育生存活力的基礎
多年的計算機教育實踐和研究都表明、大學計算機教育必須面向應用選擇其學習內容，面向應用的首要體現是需求導向，因此需求導向是保持大學計算機教育生存活力的基礎。需求導向應包括目標需求和起點需求兩個方面。
2.1 大學計算機教育的目標需求
目標需求包括以下5個方面：
（1）計算機科學技術發展及應用對大學計算機教育的需求；
（2）經濟社會發展對大學計算機教育的需求；
（3）高等教育發展對大學計算機教育的需求；
（4）學生生涯發展對大學計算機教育的需求；
（5）大學計算機教育自身發展的需求。
2.2 大學計算機教育的起點需求
大學計算機教育的起點需求是指由于基礎教育中信息技術教育的出現和加強，大學新生掌握計算機應用能力的總體水平不斷提高，要求大學計算機教育的教學起點相應調整。
確定大學計算機教育教學的起點要從我國每年700萬大學新生整體的計算機應用能力水平出發，計算機教育教學要適應不同計算機基礎學生的學習差異。
3 計算機應用能力培養是大學計算機教育的長效目標
大學計算機教育發展初期以培養計算機基礎知識和基本技能為目標，將計算機視為工具，培養計算機操作和編程能力；但時代對大學生計算機應用能力要求不斷提高，不僅要有熟練使用計算機的能力，還要掌握必要的計算機技術以及運用其解決相關問題的能力；計算思維的提出進一步將計算機應用能力提升到普適能力層面。在能力體系中計算機理論知識是計算機應用能力的基礎，不同層次的能力對計算機理論知識的內容、寬度和厚度會有不同的要求。
3.1 重視計算思維能力培養
計算思維是美國學者20世紀90年代提出的概念，是計算機科學技術深度發展和廣泛應用的結果；本世紀初我國學者也有相關計算思維論述；2006年美國學者周以真教授全面定義和闡釋了計算思維的內涵；近年在推動以計算思維為切入點的新一輪大學計算機教育教學改革中，教育部計算機基礎課程教指委的專家學者們深入研究了計算思維及其應用；大學計算機教育的一線教師在了解計算思維的過程中，開始將計算思維引入大學計算機教學。
計算思維能力是解決問題能力的基礎，所以必須高度重視計算思維能力的培養，在大學計算機教學中融入計算思維，提升學生的計算思維能力。
3.2 重點培養解決問題的能力
大學計算機教育要重點培養學生解決問題的能力，能夠利用計算機解決實際問題是檢驗大學生計算機應用能力的根本標準，是大學計算機教育的最終目標，也應是新一輪大學計算機教育教學改革的核心內容。
解決問題要由計算機應用能力結構體系中的諸多能力合作完成，必須統籌規劃專業、思維、行動等能力在培養中的作用。學術性人才比較強調思維能力，應用型人才比較強調行動能力，大學計算機教育則更應強調以計算機專業能力為基礎，將計算思維和科學行動相互結合，并按培養類型各有有側重。
4 分類指導是實施大學計算機教育的基本原則
大學計算機基礎教育始終是分類指導的，如教育部計算機基礎課程教指委曾分為理工科和文科教指委，全國高等院校計算機基礎教育研究會下設有理工、文科、農林、師范等專業委員會，實施按學科專業的分類指導。隨著高等教育的發展，人才培養的分類被最先提出，CDIO、卓越工程師等項目的實施開啟了教育分類發展的進程；2010年頒布的《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》又明確要求建立高等學校的分類體系；2013年成立的“中國應用技術大學聯盟”顯示高等學校分類體系在實踐中的落實。這就要求大學計算機教育必須適應分類指導的新形勢，要在大學計算機教育的標準、內容和方式等方面貫徹差別化、多樣性和針對性的思路，實施在人才、教育和學校維度的大學計算機教育分類指導。
5 構建以計算機應用能力為導向的課程體系
5.1 大學計算機教育課程體系框架
以計算機應用能力為導向的大學計算機課程體系的基礎是大學計算機教育課程體系框架，包括專業和普適兩個層面。專業層面（第一層面）分為基礎、技術和綜合應用3個層次，大學計算機課程體系將寓于該層面框架之中；普適層面（第二層面）為思維與行動融入提升層面，不建議單獨開設課程，而應通過融入第一層面課程以提升培養。從非計算機專業對計算機需求的視角，將計算機技術分為計算技術、數據技術、網絡技術和設計技術4個技術領域，要重視用最新發展的計算機技術更新課程內容。
5.2 研究計算思維和解決問題能力的培養方式
落實計算思維能力培養必須研究其教學方法，計算思維能力培養的教學方法大體有3種：第一種為問題啟發式教學法，是在傳授計算機科學技術知識的同時，將學科概念升華為思維要素，通過問題、實驗、練習等方式啟發學生聯想和思考，逐步建立思維方式；第二種為案例教學法，通過設計具體案例，分析計算思維在案例中的應用，建立思維方式；第三種為項目教學法，通過項目或任務實踐，體驗計算思維的應用，建立思維方式。
行動能力以及解決問題能力培養，其教學方法也是案例教學法和項目教學法，而且追溯這些教學方法產生的歷史淵源，主要是從培養行動能力、解決問題能力等方面開始的，因此如何充分利用案例教學法和項目教學法功能，提高教學法使用效率，實現大學計算機教育目標，值得研究和思考。
5.3 更新教育觀念，改革大學計算機教育教學方式
實施新一輪大學計算機教育教學改革，要求從事大學計算機教育的教師更新教育觀念，改變原計算機教育基礎課程基于安排和給予型的教學管理形式，即靠學校規定計算機基礎教育學時的教學管理形式，而變為主動服務型的人才培養形式，即以學校安排學時和主動爭取教學任務相結合的教學管理形式。這就必須在課程建設和教學改革上下功夫，開發一批使各專業切實感到需要，學生切實有興趣的大學計算機教育課程，吸引專業和學生選擇。
大學計算機教育要敢于創新教學方式，帶頭運用混合教學方法，嘗試網絡在線學習，即將傳統的以課堂教學為主的教學形式與現代的學生選課和自主學習的教學形式結合起來，將網絡學習、軟件平臺學習等新的學習方式納入正常的教學管理體系，引領教學改革。
6 大力推動高職計算機教育教學改革
6.1 高職同樣面臨計算機教育教學改革的新形勢
高等職業教育雖然沒有建立計算機基礎教育課程體系，但自20世紀90年代以來，由于各專業的發展需要，都開設了計算機類課程，其中高職“計算機應用基礎”課程，類似于大學計算機基礎教育中的第一門課程，一般稱為高職計算機公共課程，有些相關專業還依據專業需要開設其他計算機類課程。
大學計算機教育改革的動因對于高等職業教育同樣存在，所以當前高等職業教育同樣面臨大學本科計算機教育改革的新形勢，因此本科大學計算機教育的改革必然波及和影響到高等職業教育。
6.2 構建高職計算機教育課程體系
高等職業教育的教學改革在學習借鑒國際先進職業與技術教育經驗基礎上，走了一條與本科不同的改革路線，因此高職計算機教育改革不能照搬大學本科計算機教育改革的經驗。高職教育與本科教育同處在信息技術發展與迅速普及應用的環境中，同樣受到大學計算機教育改革新形勢的推動，高職教育可以借鑒本科大學計算機教育改革經驗，在已取得專業教學改革成果基礎上，進一步克服改革中的問題，完善高職改革成果，構建起高職計算機教育課程體系。
高職計算機教育課程體系按課程使用的廣泛程度可分為3個層次模塊：第一層次模塊是作為公共課程的高職“大學計算機”課程，所有專業都需開設，是使用最廣泛的高職計算機基礎課程；第二層次模塊是高職非計算機專業類所需要的計算機類課程模塊，可設計多門課程供需要的高職專業類別選擇使用；第三層次模塊是高職計算機專業類課程，與本科不同，高職專業目錄包含有電子信息大類專業，細分為計算機類、電子信息類和通信類3個子類，除計算機類全部專業以及后兩類中很多專業都可屬于高職計算機專業類。按如上3個層次模塊，構建高職計算機教育課程體系，每個層次模塊可遵循不同的教育教學理念和課程設計思路進行課程開發。
6.3 高職計算機教育課程開發理念
高職計算機教育教學改革既要適應計算機教育教學改革特點，又要適應高職教育理念和專業課程設計特點。對于第一層次模塊的高職計算機公共課程，要以信息素養為導向，將計算機基礎知識和基本技能融入其中，支持其職業工作應用，但重點考慮學生信息素養的養成，為其職業生涯發展服務。就其課程設置可以只設置一門高職“大學計算機”課程，但應開發不同內容的高職“大學計算機”課程。由全國高等院校計算機基礎教育研究會編寫的《中國高等職業教育計算機教育課程體系2014》（中國鐵道出版社預計2014年5月出版）將給出幾種不同模式的高職“大學計算機”課程典型案例。對于第二層次模塊的高職計算機專業平臺課程，要采用改進的高職專業平臺課程設計理念，設計相關專業可以共用的高職計算機專業平臺課程，將信息素養的養成融入專業平臺課程中。第三層次模塊是高職計算機專業類課程，屬專業問題，應按高職專業課程設計理念和方法進行設計開發。
高職計算機教育課程改革要考慮建設現代職業教育體系的需要，實施中職、高職、應用型本科相銜接的課程設計。
高職課程改革以能力為主導，重視職業行動能力培養，對于高職計算機教育課程應繼續堅持，但也應學習和借鑒本科大學計算機教育教學改革經驗，適當融入計算思維能力培養，使行動與思維相結合，進一步提升學生解決實際問題的能力。
一、引言
計算機學科對于社會的發展具有非凡的意義。現在社會計算機的應用范圍越來越廣，幾乎普及到了社會的各個領域，因此大學計算機課程也越來越重要，正因為它的重要性及普及性，也使得大學計算機基礎的教育內容及教學方法存在很多問題。目前，我國大學計算機課程的傳統教學方法與教學內容存在知識陳舊、與實際應用需求脫節等問題。一方面，隨著中小學開始普及信息技術知識，使得高校計算機基礎課程的部分教學內容與中小學信息技術課程內容存在一定的重復現象，造成學生學習興趣不大；另一方面，當前的教學模式主要側重計算機基礎知識的講授，缺乏對計算思維方面的培養。本文基于大學計算機基礎教學中的十年教學實踐，探討了如何將計算機基礎教學由簡單的知識傳授轉為以計算思維為引導的教學方式方法，以有效提升學生解決計算問題的能力。
二、大學計算機基礎課程教學存在的弊端
大學計算機基礎課程在高校基礎教育中具有不可替代的作用，這是眾所周知的。隨著科學技術和經濟的快速發展，計算機技術在各行各業開展迅速并且應用越來越廣泛，幾乎在各個領域普及。這就要求從事各個行業的人群都要適當地掌握計算機技術，這樣才能適應時代的發展，不會被社會淘汰。由此可見，大學計算機基礎課程對非計算機專業人群掌握計算機技術來說至關重要，不但要培養大學生對計算機的使用，更要了解計算機的計算思維。然而，目前在大學計算機基礎課程教學中出現了如下一些不容忽視的問題。
1.大學計算機基礎課程與中小學信息技術課程部分內容存在重復的問題。當前與信息技術相關的基礎課程正在向中小學普及，進入大學的新生已具備了一定的計算機基礎知識和操作能力。根據調研結果，有98.15%的學生在上大學之前使用過計算機，但有74.8%的學生對計算機的使用僅停留在上網聊天的水平，這導致學生對大學計算機基礎課程缺乏興趣，同時其對計算機基礎課程的認識和掌握程度仍然比較薄弱。
2.前期大學計算機基礎課程教學側重于對基本知識的傳授，即教學生如何使用計算機，而忽略了計算機思維的培養。很多非計算機專業的學生僅僅學習如何使用電子文檔、電子表格或者簡單的Windows操作等。這些內容又和中小學的信息技術課程有一定的相似性，學生難免會在學習的過程中產生一些厭煩情緒，由于對所學知識有一定的熟知程度，造成學生缺乏學習興趣，要么逃課要么睡覺的局面。事實證明，不只是我國的計算機基礎教學課堂存在這樣的問題，國外的計算機基礎教學課堂同樣如此，一些學生在課堂學習中抄襲和作弊，很多非計算機專業的學生不能培養計算思維方式并從中體驗計算的快樂感。學生無法從計算機基礎教育的過程中了解新的知識，也無法體會學習的樂趣。
3.大學計算機基礎課程主要集中在一年級上課，對于非計算機專業的學生來說，二年級以后雖然有少量的選修課，但也僅僅是和專業課不相關的操作性課程，與專業課的學習聯系很少。對學生來說，學習計算機就是單純的學習計算機基礎知識和操作方法，缺乏實際應用環節。導致學生實踐能力較弱且應用能力不足，尤其是偏遠山區學生從未接觸過計算機，基礎原本較差，單純的學習計算機的操作反而可能對學生以后掌握計算機形成障礙。
三、計算思維與素質培養
人類科學思維的基本方式之一就包含了計算思維，它屬于思維科學的一個領域。目前被廣泛認可的計算思維概念是由美國卡內基?梅隆大學周以真教授提出的，即計算思維是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統和理解人類的行為，它包括了涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。計算思維的本質是抽象和自動化，它主要反映了計算的根本，也就是什么能被有效地自動執行。
大學計算機基礎教學是計算思維培養的關鍵，在課程構建與素質培養方面需要緊緊圍繞計算思維這個重要內容。首先，計算思維的認識領域，我們應從定義、本質和它對其他學科的影響進行引導，幫助學生樹立對計算思維的正確認識和學習。其次，在對計算思維的應用方面，要從具體學科的根本問題出發，培養學生利用計算思維解決問題的一般步驟，通過輔以相應的計算機軟硬件基礎、算法基礎、程序設計語言等，使學生深刻理解計算思維在解決問題過程中所發揮的作用。最后，在教學方法方面，培養學生計算思維的方法是多樣的，一般以經典案例為基礎更容易被學生所接受，強化對基礎概念的理解，目的是提高學生的計算思維能力。
四、大學計算機基礎教學中運用計算思維設計案例
為了方便理解計算思維概念，從計算思維的視角為計算機基礎課程設計教學內容。以信息編碼為例，傳統教學中，它們是一個死的知識點，對它的說明主要是二進制與其他非二進制的轉換過程，完全是一個數學化的過程，對于理工科的學生來說，這種簡單的數學化轉變過程可講可不講。但從計算機思維的角度來說，它是計算機工作的一個重要過程。它對于學生理解計算機是如何工作的具有很大作用。這里以“信息的編碼”部分的教學為例，分析說明相關教學內容的設計過程。
（一）問題的提出
計算機是處理信息的機器，也即處理0和1的機器。但自然界的信息豐富多彩，有數值、字符、聲音、圖像、視頻等。如何才能實現計算機自動處理的功能呢？我們需要解決的核心問題是：現實世界中的信息如何表示才能被計算機識別，并存儲識別的信息，根據數字計算要求進行執行，最后給出結果。在每一部分，通過提出適當的問題，選擇最佳的方案進行解決。
（二）解決思路
解決上述核心問題的最重要思路就是信息編碼。不論是數值信息還是非數值信息，計算機只能識別0和1，換句話說，只要能表示成0和1的數據，就能夠被計算。因此可以總結這一過程為：物理世界/語義信息―符號化―信息編碼（也即是0和1）―數字計算―軟硬件實現。即：任何事物只要能夠表示成0和1，就能被計算機所處理。
（三）現有的信息編碼
根據現實世界中信息的不同種類，采用不同的信息編碼形式。數值信息采用機器碼和BCD碼；非數值的字符信息大多采用ASCII碼來表示。而我國的漢字字符繁多又比較復雜，編碼比拼音文字困難，因此在不同的場合要使用不同的編碼形式，主要有國標碼、輸入碼、內碼、字形碼等。圖形圖像與視頻又相對于前面提到的編碼相對復雜，各種對應不同的編碼方式。
從上例中不難看出，計算思維教學的內容設計講述的是實現的思維而不是實現的細節，知識存在于思維的講解與練習之中。
關鍵詞： 分級教學 大學計算機基礎 教學模式
因為現代通信技術及計算機技術不斷地發展進步，所以高校計算機課程的教學模式應順應時展潮流，與時俱進。在對計算機基礎課程進行教學時，教師應充分結合新的技術、知識及觀念，以計算機基礎文化素質教育為基本出發點，以培養學習對計算機知識的學習能力及理解能力為著力點，積極引導學生學以致用，提高學生的創新能力及實踐能力，使學生充分利用計算機提高學習效率。下面我們論述在大學計算機基礎課程教學中采用分級教學這種教學模式的必要性。
一、在大學計算機基礎課程教學中應用分級教學模式的必要性。
分級教學模式的提出是為了滿足社會發展需要，全面提高大學計算機課程教學質量，有效提高大學生的計算機操作水平。因此，該教學模式的應用必然能有效促進學生的發展，提高計算機基礎課程教學效率。在大學計算機基礎課程教學中應用該教學模式時，教師要結合學生的計算機基礎水平，將學生劃分幾個不同的教學層次，有針對性地進行教學，這種基于學生個體化差異基礎之上的分層授課制充分體現出因材施教的教學理念。
在傳統計算機基礎課程教學中，教師往往會選擇折中的辦法，這種教學方式會導致基礎差的學生學習難度增加、基礎好的學生學習熱情降低，影響學生的學習積極性、主動性。采用分級教學模式，教師充分了解各個層次學生的基礎水平，合理安排教學進度、教學難度，科學設置課程教學內容，全面激發學生的學習熱情，增強學生的自信，增進師生間的交流溝通，最終提高計算機基礎課程教學效率，實現教學目標。
二、分級教學模式在大學計算機基礎課程教學中的具體實施。
1.結合實際情況將學生分為不同層次
分級教學模式，顧名思義就是依據學生的計算機基礎水平將其分為不同的層次，然后進行有針對性教學的模式。在高校計算機基礎課程教學中應用分級教學模式時，必須充分考慮好應如何進行學生分層、分為幾層、不同層次的教學活動應怎樣安排等問題。為了更準確、全面地了解大一新生的計算機基礎水平及對操作熟練程度，學校應安排學生在入學后進行一次計算機基礎知識的摸底考試，根據考試的結果設計好層次并有針對性地安排教學內容。校方還可以一套測試題，讓學生自行測試，并讓學生根據測驗的結果自主報名參加到某個層次。教學層次初步擬定之后，教師應結合學生的意愿對擬定名單進行調整，以確定最終的層次分化名單。在實際課程教學過程中，教師應始終堅持動態分層、隨時調整的原則，隨時調整不能很好適應相應教學層次的學生。
2.針對不同層次制定相應的教學大綱
在制定教學大綱時，應充分結合不同教學層次學生的實際水平。針對不同的教學層次，教學大綱中的進度安排、授課內容、教學要求、計劃目標等都應有所不同。（1）對于高層次的學生。因為其計算機基礎好、起點高并且操作能力強，所以在制定教學大綱時應著重拓展課程寬度、調快課程進度并適當增加課程難度。（2）對于中等層次的學生。該層次學生具備一定的計算機操作能力，然而不夠全面、不夠熟練，因此在制定教學大綱時應由學習深度及操作熟練度等方面著手，加強技巧及技能方面的訓練，以打好他們的基本功。（3）對于初等層次的學生。因為其計算機基礎差、起點低，以前基礎計算機的機會不多，所以在制定教學大綱時應加強對基礎知識的講解及基本操作能力的訓練，要多地為他們提供上機操作的機會。
3.針對不同層次制定相應的考試大綱
因為各個教學層次的教學大綱有所不同，所以在制定考試大綱時要有一定的針對性及突出性。在制定考試大綱時，（1）針對高層次的學生應側重對其操作技能的考核，同時也要兼顧基礎知識；（2）針對初等層級的學生應側重對其基礎知識的考核，同時也要兼顧操作技能；（3）針對中等層次的學生安排考核時，應使基礎知識與操作技能并重。此外，還應建立完善的考試制度，規范并實施教、考分離辦法，構建多元化的評價體系，探索實踐課程作品、學期考試及等級考試三元并重的評價體系。對學生進行考核評價時，應結合學生所在的教學層級制定相應的衡量標準，不應只考慮學生最終的知識水平。只有采用這種標準對學習的成績進行考核，才能充分調動各個層次學生對計算機基礎課程的學習積極性。
4.結合分級教學理念完善教學內容
在計算機基礎課程教學中應用分層次教學模式的最終目的是提高學生的計算機操作水平，培養更多的創新性人才。因此，分級教學模式的教學內容應充分體現出計算機技術的創新發展。在計算機基礎課程教學中，要充分利用完整的案例引入相關知識及理論，尤其是操作性比較強的模塊。要讓學生結合具體問題，理解模塊中涉及的知識，進而利用這些知識逐步分離并處理具體問題，以培養學生的學習能力、分析能力及解決問題的能力。應用分級教學模式，不僅能充分調動學生的學習興趣、學習熱情，還能很好地完成教學任務、實現教學目標，有效解決以往不同層次學生的需求與差異被忽略的問題。
三、結語
分級教學模式在大學計算機基礎課程教學中的應用，使計算機教學不再禁錮傳統教學模式中，不僅有助于展開個性化教學，而且有助于教師在授課過程中因材施教，提高教育資源的有效利用率。在計算機教學中應用分級教學模式時，關鍵環節在于制定出科學的分級策略。此外，還要加大教學引導力度，采用多種輔助手段，嚴格管理課堂秩序，合理選擇及建設分級教材，在實際課堂教學中反復探索并總結，不斷完善分級教學模式，以適應時展的需要。
關鍵詞：大學計算機；信息素養；計算機應用能力
文章編號：1672-5913（2013）07-0012-05
中圖分類號：G642
1 大學計算機課程的任務及面臨的問題
隨著計算機技術的發展，大學計算機課程的名稱、教學目標、教學內容已歷經多次調整，其目的是使課程教學適應技術的發展，真正起到培養具有信息素養、能夠應用計算機從事工作的人才的作用。
教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會（以下簡稱“教指委”）的《高等學校計算機基礎教學發展戰略研究報告暨計算機基礎課程教學基本要求》（以下簡稱“基礎課程基本要求”）中提出計算機基礎教學的目標是“為非計算機專業學生提供計算機知識、能力與素質方面的教育，培養非計算機專業的學生掌握一定的計算機基礎知識、技術與方法，以及利用計算機解決本專業領域中問題的意識與能力，激發學生自己體驗和利用計算機解決問題的思路和方法”。
教指委提出的課程目標包含3個層面的要求：掌握計算機的基本操作及知識；具備計算機的基本應用能力；了解計算學科的思維方式。課程目標的達成情況是我們進一步改革大學計算機基礎課程時必須掌握的。
1）大學生計算機的基本操作能力達到什么程度？
隨著計算機技術的廣泛普及，越來越多的中、小學生已經能夠熟練使用計算機上網、玩游戲、操作辦公軟件等。教育部頒布《中小學信息技術課程指導綱要（試行）》后，全國中小學普遍開設了信息技術課程。許多從事大學計算機課程教學的教師感到這門課程越來越難教。事實上，很多學校已經壓縮了大學計算機課程的授課學時。更有人認為，中學信息技術課程的要求及內容與大學計算機課程有很多重疊，進入高等學校的學生已經掌握了計算機的基本操作，大學計算機課程應該取消。
針對目前情況，我們現在能否認為進入高校的學生已經掌握了計算機的基本操作？會上網、會操作計算機，是否就是掌握了計算機的基本操作？大學計算機課程的目標不是單一的操作計算機，而且對“會操作計算機”應該有衡量的標準，這個問題不能僅憑直覺就下結論，需要有數據予以支持。
2）具備計算機的基本應用能力是否表明會應用計算機？
“基礎課程基本要求”提出的課程目標之一是使非計算機專業的學生具備計算機的基本應用能力，具有判斷和選擇計算機工具與方法的能力；能有效掌握并應用計算機工具、技術和方法解決專業領域中的問題。
什么是計算機的應用能力？目前，很多大學計算機課程的教材都以綜合案例作為計算機應用能力培養的載體。但嚴格地說，很多案例實際是“樣例”，即給出基本格式要求或最終樣式，要求學生使用多種基本操作技能完成編輯、排版等工作，案例中用到的操作多為“模仿”操作。掌握了這種僅僅通過簡單模仿就能完成操作的人，能否被稱為具備應用計算機工具、技術和方法，并完成工作任務的能力？這是需要我們分析探討的問題。
2 目標達成情況評價
2.1核心技能與信息素養大賽概述
2012年全國高等院校計算機基礎教育研究會等8家單位共同主辦了“第二屆全國高等院校計算機核心技能與信息素養大賽”（以下簡稱“大賽”），鐵道出版社承辦了大賽。大賽的主題是“信息素養與核心技能”，主旨是促進提升大學生的創新意識和科學素養，提高大學生運用信息技術解決實際問題的綜合能力。
大賽主要包含兩項競賽內容：基于IC3（Internet and Computing Core Certification，簡稱IC3）的競賽以及基于案例的競賽。
在大賽的命題、組織實施、競賽成績統計分析的過程中，主辦單位的專家就大學生基本信息素養和計算機操作能力的基本標準、計算機應用能力的內涵等問題進行探討和研究，以期了解我國目前大學計算機課程的教學狀況，分析大學生使用信息技術進行工作的能力，達到以賽促學、以賽促教、以賽促改、以賽促研的目的。
筆者將分析本屆大賽的成績統計數據，調查全國高校學生對計算機基本操作的掌握情況，分析“掌握計算機工具的使用是否可判定會應用計算機”的問題，以期對大學計算機課程的改革提供參考。
2.2對計算機基本操作能力的評價
2.2.1計算機操作能力與IC3標準
基于IC3的競賽內容主要考查學生對基于IC3標準的信息技術基本概念的掌握及對計算機常用軟件工具的應用能力，包括計算機的基礎知識、基本概念、辦公軟件基本操作技能等。競賽方式是上機在線競賽。
IC3標準是一個國際信息素養標準。在廣泛調研、分析的基礎上，IC3標準將信息社會的社會人所應具備的基本信息素養和操作技能構造為一個能力圖表，包括220個知識、技能點。本屆大賽借鑒IC3標準，衡量我國大學生信息素養和計算機基本操作能力的狀況，有利于客觀地評價我國大學生計算機基本操作的能力。
2.2.2參賽院校和學生統計
本屆大賽分為院校賽和全國總決賽兩個階段。自2011年11月至2012年4月的院校賽在各地由各院校自行組織，全國28個省、市、自治區的202所院校的11781名學生參加了院校賽。
經院校賽選拔，168所院校的534名學生在北京參加了全國總決賽，學生人數統計見表1。
參加全國總決賽的選手以高職高專院校的學生為主，本科院校以二、三本院校為主，全國重點院校有不足10所參加。
參加全國總決賽的534名選手既有來自北京、上海、廣州等經濟發達地區，也有來自新疆（4人）、（5人）等西部或經濟欠發達地區。
由上述分析，可以認為本屆大賽參賽選手所在學校的地域分布比較廣，選手的競賽成績有一定的代表性，在某種程度上可以作為全國大學生計算機基本操作能力評價的參考。
2.2.3成績統計分析
1）平均成績的分析。
2012年5月26-27日，參加全國總決賽的選手集中在華北電力大學（北京）進行決賽，按照高校類別統計，本科和高職高專院校的平均成績見表2。
由表2可以看出：
①不論是本科還是高職高專院校的學生，經過一定的輔導和練習，其對計算機的基本操作和基礎知識的掌握能夠達到平均及格的成績。但若考慮到這534人是從全國參賽高校上萬名選手中選出的、參加總決賽的代表，我們認為，全國高校，特別是高職高專院校學生計算機基本操作能力不能令人滿意。
②按照一般認識，高職高專院校的學生在計算機基本操作能力方面應該優于本科學生，但競賽的成績并不支持這種觀點。
③相同類別學生成績的極差過大，成績分布比較分散，特別是高職高專院校學生的最低成績只有19.24分，極差達到70.31分。這說明，大學計算機的整體教學效果和學生的能力差異很大，發展很不平衡。
2）按省、市、自治區統計的平均成績。
按照參賽的部分省、市、自治區統計的平均成績如表3所示。
各省的平均成績有一定的差距，這種差距與地區經濟發達程度有一定的關系，但是相關性不明顯。沿海發達地區院校的平均成績并不一定高于西部地區院校的成績。處于平均成績后幾名的省、市、自治區，不一定是經濟欠發達地區。
3）重點院校的成績統計。
參加本屆大賽部分重點院校的平均成績見表4。
重點高校選手的成績普遍好于普通二、三本院校及高職院校。其中國際關系學院選手的平均成績達到82.9分，遠遠高出北京地區的平均成績（北京地區平均成績65.7分）。這些重點學校的選手在參加案例階段競賽時，表現出很好的信息素養和工作能力。
重點院校選手的成績也很不均衡。北京某些重點院校的平均成績不僅低于北京地區的平均成績，甚至低于高職高專院校的平均成績。
由上述分析可以得出結論，學生的基本信息素養與計算機操作能力存在非常大的差異。在進行教學改革時，不能采取統一方案、統一要求的方式，即使對于同類型學校，也需根據具體情況進行分析，采用不同的解決方案。
在信息社會，計算機技術應用是大學生的重要基本功。以這次大賽成績為樣本的統計分析，不支持“全國范圍內進入高校的學生已經基本掌握計算機基本操作”的觀點。
2.3計算機的操作能力不等于計算機的應用能力
大學計算機課程的重要任務之一是培養學生的信息素養和學生利用信息技術完成本專業工作的能力。目前，教學中以綜合“案例”——樣例作為應用能力的教學和考核載體，但實際上，多是按照給定的樣本“描紅模子”。
什么是使用計算機完成工作的能力？能否認為掌握了計算機的基本操作，就是會應用計算機完成工作？本屆大賽專家組對此進行了研究、研討，確定考量學生應用能力的案例不是簡單的模仿操作，而是使用信息技術完成一項工作任務，包含了調研、分析、設計、開發、實施和評價的完整工作過程。
2.3.1競賽案例題的設計
設計競賽案例的原則：給定問題描述，要求參賽選手能夠充分、綜合地利用信息技術，收集資料、整理資料、設計解決方案，完成給定的工作任務。競賽案例如下。
請根據如下問題，提出解決方案。
背景：A公司，有員工45人。（本題省略45名員工的基本信息）
人物角色：假設你是這家公司的行政助理。
任務描述：公司要安排全體員工一起外出旅行休假。請設計旅行休假的建議方案。公司提出的基本限制約束條件如下：
（1）人均費用在4000～5000元人民幣或20000～30000元臺幣。
（2）旅行休假時間不超過1周。
（3）公司全體員工都參加。
要求：設計旅游休假的建議方案。設計方案時，請考慮要求：
（1）本方案的目標讀者是公司管理者。
（2）至少提出3個可選的旅行休假方案。
（3）應分析員工的構成和愛好需求，作為設計方案的基本考慮。
（4）每個方案至少應包含行程特點、主要景點和經費預算。
（5）標明資料來源。
（6）完成上述工作的過程中，盡可能多地使用相關信息技術獲取信息，并進行信息處理，形成文本形式的最終方案。
（7）請將完成的旅行休假建議方案發送到指定郵箱。
競賽案例的評價指標設計參照了科學工作的基本過程。評價的觀測點是：
①分析問題的需求和約束；
②充分有效地搜集和篩選素材；
③按照要求形成報告；
④盡可能多地使用信息技術。
2.3.2成績分析
臺灣學生和大陸學生參加了競賽案例的比賽。臺灣學生包括高中生、職業學校學生以及大學生；進入這個競賽環節的大陸學生在基于IC3標準的競賽中，成績最低分為86.14。也就是說，按照國際信息素養的標準，大陸選手掌握計算機基本操作和基礎知識的程度很高。競賽案例的成績分析如表5所示。
大陸選手（不論是本科還是高職高專）的成績整體不如臺灣選手。仔細分析大陸選手完成的任務，可以明顯地看到他們與臺灣選手有如下差距。
1）不知道如何著手完成一項工作。
大陸選手拿到競賽案例題目時非常茫然，所提交的解決方案思路不清晰，邏輯較混亂。
2）不明白競賽案例題目中給出的約束條件和要求的含義。
大陸選手對理解需求、遵從約束的意識及能力較差，有的學生直接把旅行社的行程單作為解決方案。有的方案安排六天行程，從三亞飛到杭州，再飛到北京，只考慮有海景、有園林、有古跡，而無視經費和時間的約束。
3）不會分析基本數據。
競賽案例給出了公司員工的基本信息，其中包括員工的愛好、年齡等多項信息。實際上，要求學生使用軟件工具分析這些數據，盡可能多地顧及員工的愛好，并以此為基礎設計旅行方案。但有些方案沒有數據分析，還有些方案沒有使用軟件工具進行統計。
4）資料來源單一。
有的解決方案所參考的旅游信息全部來自一個網站，缺乏廣泛地收集和篩選資料。
5）不懂角色的含義。
題目給定選手的角色是公司的行政助理，但有多個解決方案不像是提交給公司管理者的報告，而是提交給老師的作業。
本屆大賽的競賽案例沒有涉及任何專業領域，僅僅是使用信息技術完成一個信息收集、整理和呈現的工作，應該屬于比較簡單的案例。而這些進入最后決賽環節的學生完成競賽案例的能力并不令人滿意。
由此可以認為，熟練地掌握基本信息技術，掌握常用軟件使用的學生，并不一定能夠很好地應用這些技術完成既定的工作。
3 結論
信息技術的飛速發展和廣泛普及，使得大學計算機課程面臨著挑戰和改革。教育部針對這種情況提出了大學計算機課程改革的總體目標：“普及計算機文化，培養專業應用能力，訓練計算思維能力”。按照教育部的總體設計思想，結合本屆大賽中所進行的探討和實踐，我們有了如下認識：
①教育部提出的大學計算機課程改革的意見非常必要、及時。
②應該建立基本信息素養和計算機基本操作的衡量標準。
③盡管中學已經普遍開設了信息技術課程，但由于該課程是非高考課程，屬于被邊緣化的課程，加之地區差異、學生個體家庭經濟狀況等多種原因，學生掌握計算機基本操作的能力遠未達到可以取消課程的程度。因此，本研究成果不支持“從全國范圍，進入高校的學生已經基本掌握計算機的基本操作”的觀點。
關鍵詞：測評體系；教學內容；教學方法
根據教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會編制的《大學計算機基礎課程教學基本要求》，同時針對不同專業類別對計算機基礎教學的要求不同，結合我校實際情況將大學計算機基礎課采用“必修課程+限選課程”的設置方案，如圖1。其中，必修課屬于通識型（基礎類）課程，它主要服務于學校公共基礎教學和基本素質教育的培養目標，以培養對計算機系統的基本理解、信息素養為主要目標，同時也培養基本的計算機應用能力。限選課包括技術型課程和交叉型課程，學生可根據自己所學專業選修其中一門課程。技術型課程圍繞不同的計算機技術來組織課程內容，根據不同專業類別的需要，深入講解一種具體的計算機技術。例如：程序設計基礎、多媒體技術與應用、計算機網絡技術與應用等，培養學生掌握應用特定計算機技術解決問題的能力和方法。交叉型課程則是隨著計算技術在各專業領域應用的不斷深入而產生的一類課程，這些課程在內容上以相應專業為背景融合計算機技術，同時也可能反映出了各學科領域新的發展方向。
一、 教學內容的改革
“程序設計基礎”是大學計算機基礎教學的核心課程，授課學生：電化、電氣、水電、動科、生工、食科等。教學學時：課程總學時32學時，其中理論課16學時，實驗課16學時。主要講授Visual Basic語言基本知識和編寫程序的方法與技術，具體內容：Visual Basic語言的基礎知識、數據類型、程序控制結構、函數、指針、文件、類和對象的概念及使用、模板及異常處理、輸入/輸出流、常用控件、窗體及屬性、控件對象的事件和方法、程序調試以及軟件工程和數據結構基礎等。對算法教學內容采用類講解，分為：計算類算法、窮舉類算法、遞歸類算法、查詢類算法和排序類算法。
1.計算類算法。該類算法是為各種數學問題的數值解答研究提供相對有效的手段，主要由累加求和算法和累乘算法。累加形式：V=V+e，其中：V是變量，e是遞增表達式。累加一般通過循環結構來實現。注意：需在執行循環體前對變量V賦初值。一般的，累加時置初值0。連乘形式：V=V*e，其中：V是變量，e是遞增表達式。連乘一般通過循環結構來實現。
2.窮舉類算法。窮舉算法又稱枚舉算法。枚舉法：按問題本身的性質，一一列舉出該問題所有可能的解，并在逐一列舉的過程中，檢驗每個可能解是否是問題的真正解。在列舉的過程中，既不能遺漏也不應重復。
3.遞歸類算法。遞歸算法是把問題轉化為規模縮小的同類問題的子問題。然后遞歸調用函數（或過程）來表示問題的解。
4.查詢類算法。主要教學內容包括：順序查找、二分法查找、分塊查找和索引順序查找。
5.排序類算法。主要教學內容包括：冒泡排序、比較排序、選擇排序和插入排序。
通過本課程的學習，使學生充分掌握程序設計中算法的基本思想和方法，較為熟練地使用Visual Basic高級語言，具備上機調試程序的基本能力。
二、采用多種教學方法，促進掌握教學內容
根據程序設計課程內容的不同，采用邊講邊練、翻轉課堂等多種教學方法，加強實踐教學。
（一）邊講邊練
教師利用計算機的多媒體點播系統將每次實驗項目要求、內容發給學生，同時教師再對實驗中所遇到的重點、難點問題在計算機上進行講解，學生出現問題，可以通過多媒體點播系統客戶端向教師提問，在教師機上指導學生解決困難。學生按要求完成每個實驗內容，將實驗作業上傳到教師機上，教師可以隨時批改、點評，對學生進行及時輔導、答疑。
（二）翻轉課堂
依托校園網絡，構建數字化教學平臺，該平臺主要由課程學習和討論、交流兩大模塊組成。在課程學習部分，可以提供MOOC資源，學生課后可以根據自己的需要，在任意時間、任意地點自主學習，成為課堂教學的延伸和必要補充；討論、交流部分，以QQ討論群及時答疑，了解學生學習情況、收集學習過程中存在的任何問題，如圖2。
三、測評體系的構建
不同的教學環節，采用不同的形式考核方式和成績評定方式，理論考試將原來采用紙介考卷形式變成電子試卷，并由計算機來完成此任務。在線教學的考核方式較為靈活，可以采用程序項目設計、專題內容討論、小論文等作為考核方式。
采用新的教學內容和多種教學方法對程序設計課程進行授課，通過測評體系驗證，目前已經取得明顯效果，但還需要我們不斷在實際培養學生利用計算機語言能力中總結經驗，不斷探索。
參考文獻：
[1]伍丁紅.高校計算機教育教學改革研究[J].計算機教育，2005，（11）：40-42.
[2]崔彥君.任務驅動教學法在大學計算機基礎課程中的應用[J].廣東培正學院學報，2013，13C： 65-68.
關鍵詞：計算思維；大學計算機課程；改革；教學體系
一、改革的動因
自從20世紀80年代我國各大學普遍開設計算機基礎課程以來，計算機基礎課程教學在整個高等教育發展過程中，經歷了不斷的改革與調整，教學理論和教學目標也在經歷著不斷深入的發展與變化。其中有兩次重大的改革[1]：
第一次改革是在1997年。教育部高教司了《加強非計算機專業計算機基礎教學工作的幾點意見》（即155號文件），確立了計算機基礎教學的“計算機文化基礎-計算機技術基礎-計算機應用基礎”3個層次的課程體系，同時規劃了“計算機文化基礎”、“程序設計語言”、“計算機軟件技術基礎”、“計算機硬件技術基礎”和“數據庫應用基礎”5門課程及教學基本要求。提出了教學手段、方法改革要求，建立了計算機基礎教學歸口領導的教學組織并加強了教學條件建設。這次改革確立了計算機基礎課程的地位，并對課程體系作了規范化整合。
第二次改革起始于2004年。在《關于進一步加強高等學校計算機基礎教學的意見暨計算機基礎課程教學基本要求》中，明確提出了進一步加強計算機基礎教學的若干建議，確立了“4領域×3層次”計算機基礎教學內容知識結構的總體構架，構建了“1+X”的課程設置方案，并將“大學計算機基礎”作為第一門課程。此項改革促進了計算機基礎教學不斷向科學、規范、成熟的方向發展。
在這兩次改革的背后，實際上反映了對于計算機基礎課程定位和開設目標的與時俱進。從早期對于計算機課程的技能培養的目標，逐步過渡到對于計算機應用能力的培養。即從狹義的“技能”培養逐步演化為對于“能力”的培養，這種認識的提高是伴隨著計算機在人類社會中日益重要的影響和滲透而不斷深化的。
最近十年以來，國際上開始對于計算思維產生了強烈的關注，多篇文章以及一些報告從不同角度提到了計算思維的訓練與培養對于未來社會和人才培養的重要意義，美國國家科學基金會（NSF）投入巨資設立了相關的研究項目。由此催發了一系列的關于計算思維的理論研究及其在教學中的滲透。在這種背景下，教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會經過多次組織會議研究討論，提出了大學計算機基礎課程新一輪改革的思路和內容，這就是以計算思維培養為導向的大學計算機課程改革，這是計算機基礎課程教育的第三次重大改革。
以計算思維培養為導向的大學計算機課程改革，其主要內容表現為[2]：
（1）從理論層面研究計算思維的內涵、表達形式以及對大學計算機教學的影響；
（2）從系統層面科學規劃大學計算機課程的知識結構和課程體系；
（3）從操作層面將大學計算機課程建設成為培養學生多元化思維之一的計算思維能力的有效途徑，并建設一批適用的教學資源；
（4）從實踐層面推動一批高校按照不同層次培養目標、不同專業應用需求開展大學計算機課程的改革探索。
這樣的內容設計是基于計算思維在人才培養和大學生素質教育中的重要作用和意義而確定的，試圖通過全方位的改革舉措，實現大學計算機課程一次新的跨越和提升。其要點表現為[2]：明確大學計算機課程對培養學生信息素養的重要地位；科學設計大學計算機課程的教學內容，形成反映計算思維特征的科學的知識體系、合理的知識結構；創新教學方法和教學模式；在大學計算機課程中探索計算思維能力培養，深入體現兩化（專業化與信息化）融合、注重多學科滲透等，使大學計算機課程成為大學課程體系中最重要的基礎課程之一。
為什么在這個時候提出對于大學計算機課程的改革？為什么這次改革的“切入點”是計算思維？大體上有這么幾個方面的原因：
一是中國學生在計算和計算機理解方面的不足。當前計算機的應用已經遍及全社會，現代社會對于計算機應用水平的要求已經不僅僅限于計算機專業的學生，而是全社會成員都必須具有的基本素質，所有的大學生都必須具有對于計算機技術深度運用的能力。而恰恰在這一方面，中國與發達國家之間存在較大的差距。在這樣的背景下，作為對于計算機應用能力的培養，僅僅掌握幾項具體的應用技能是遠遠不夠的，必須對于計算以及計算機科學的思維形式有較為深刻的理解，接受對于計算思維的嚴格培養，才能使得學生走向社會以后，具有很好的應用計算機解決問題的思維習慣，成為當下這個信息社會、大數據社會的合格公民。
二是大學計算機課程的教學要反映前沿性和時代性。當前社會的發展，已經越來越多地依賴計算機作為分析和解決問題的工具，在這個過程中，最重要的不是如何解決問題的具體技巧，而是如何把問題轉化成能夠用計算機解決的形式，這正好是計算思維培養所強調的內容。學會使用計算思維的基本方法解決問題比起學會具體解決問題的技術，顯然前者更加重要和基礎。
三是本世紀以來，信息科學繼續在迅猛發展，在人文社會科學、自然科學的許多領域取得一系列革命性的突破，極大地改變了人們對于計算和計算機的認識。計算機已經不僅僅是一門工具，它的深刻知識內涵正在被當今社會的發展進一步揭示。學生接受計算機課程的培養已經不僅為了學會應用計算機，而是由此學會一種思維方式，這種思維方式對于學生從事任何事業都是終身受益的。因此作為一門課程的改革必須跟上時代的步伐，超前設計，科學謀劃，縮短與發達國家在這方面的差距，這是時代賦予我們的改革任務。
對于我國非計算機專業的學生計算思維素質方面的調查顯示，從一般意義上講，當前非計算機專業的計算機課程教學，技術方面的培養問題不是很大，學生在掌握具體的計算機技術方面有著很好的表現。但是對于影響計算機技術發展背后的思想和理論的了解相對比較匱乏。這造成當前在計算機應用方面的創新不足，在很多領域跟著國外的技術發展路線走，缺少原創性成果，更加缺乏引領技術發展潮流的能力。其原因還是在于計算思維方面的培養滯后，使得學生在面臨具體問題需要解決時，擅長于用現成的技術手段而不是科學的思維方式來尋求解決問題的方案，這導致在解決問題的思路上習慣于沿用已有方法，缺乏具有革命性的突破。而以思維意識、思維方法培養為目標的改革，則是著眼于培養學生從實質上和全局上來建立對于問題的解決思路，從而達到計算機應用水平提高的目的。這樣的例子并不鮮見，一些表面上看來不大可能用計算機來解決的問題，通過深刻的剖析，仍然可以實現通過計算機解決問題的途徑，而且所取得的成果都是突破性和開創性的，這更加說明了計算無處不在這樣一個社會真理。至于這種思維的名稱是否叫做計算思維倒不重要，現在類似的觀點也提出了其他的一些名稱，例如構造思維、算法思維、程序思維、演化思維、網絡思維等等，這些名詞的內涵大同小異，區別不是很大。關鍵是這些思維培養的具體內容是什么。另一方面計算思維這個名稱已經在國內外被廣泛認同，其內涵也已經有了相對清晰的陳述，是表達這種體現計算機科學基本思維形式的被研究的最深入的概念。因此如無其他原因，計算思維這個名稱應該是概括當前大學計算機課程改革恰當的名稱。
二、改革的基礎
計算思維（Computational Thinking）概念的提出是計算機學科發展的自然產物。第一次明確使用這一概念的是美國卡內基·梅隆大學周以真（Jeannette M. Wing）教授。她認為，計算思維是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統和理解人類的行為；計算思維最根本的內容，即其本質（Essence）是抽象（Abstraction）和自動化（Automation）。
計算思維是人類科學思維活動固有的組成部分。人類在認識世界、改造世界過程中表現出了三種基本的思維特征：以實驗和驗證為特征的實證思維（以物理學科為代表）、以推理和演繹為特征的邏輯思維（以數學學科為代表）、以設計和構造為特征的計算思維（以計算機學科為代表）。隨著計算機技術的發展及其廣泛應用，更進一步強化了計算思維的意義和作用。
計算思維概念的提出不僅反映了計算以及計算機科學在當前社會中重要作用的新認識，也反映了計算機學科最本質的特征和最核心的方法。是對于計算機學科的三個不同領域（理論、設計、實現）的概括和提煉。
計算思維從基本層面探討計算與計算機科學的一些核心的概念與內容，這在當前計算機技術快速發展的今天尤為重要。對于一門科學，如果要保持對于技術的指導和引領作用，不至于被技術綁架而失去方向，那么在概念上和理論上的創新是必須的。在我們廣泛應用計算機解決問題，并且享受計算機科學給人類社會帶來的進步與便利時，也需要經常的返本開新，不斷關注計算機科學的原始宗旨和發展的方向，而計算思維正是這樣一種理性思維的產物。例如下面一些問題就是計算思維的關注點：什么是計算？計算的本質是什么？什么樣的抽象能夠正確反映客觀對象的本質？如何揭示一些看起來不同的對象背后共同的計算性質？如何實現計算全過程的自動化？如何評價計算產品的質量和安全性？
這些問題既是計算機科學中帶有本質意義的核心概念，又是計算機科學發展中的根本性問題。只有經常地來探索和推進這些問題的答案，才能使計算機技術沿著健康的路線發展。因此在大學計算機課程中講授這些內容，對于培養未來計算機應用人才具有戰略性的重要意義。
2005年6月美國總統信息技術咨詢委員會（PITAC）給美國總統提交了一份報告，即《計算科學：確保美國的競爭力》。2007年，CISE啟動了旨在振興美國計算教育的國家計劃——CPATH（CISE Pathways to Revitalized Undergraduate Computing Education）。CPATH在于通過“計算思維”從根本上改變本科計算教育的內容。2008年美國國家科學基金會（NSF）啟動了總經費為7500萬美元的重大基金資助計劃CDI（Cyber-Enable Discovery and Innovation）。CDI旨在使用計算思維（特別是在該領域產生的新思想、新方法）促進美國自然科學和工程技術領域產生革命性的成果。NSF認為“計算思維”正在復雜科學、工程研究以及教育等眾多領域深刻地影響著美國國家的創新能力。NSF希望通過CDI計劃使人們在科學與工程領域以及社會經濟技術等領域的思維范式產生根本性的改變。
2011年，NSF又啟動了CE21（The Computing Education for the 21st Century）計劃，該計劃建立在CPATH成功的基礎上，其目的是提高K-14（中小學和大學一、二年級）老師與學生的計算思維能力。NSF希望通過CDI等研究計劃，使人們在科學與工程領域以及社會經濟技術等領域的思維范式產生根本性的改變。基金會確信，這種思維范式的改變將會為美國產生更多的新的財富，并最終提高美國人民的生活質量。
與此同時，國內幾乎與國外同步地關注到計算思維的研究進展以及對于大學計算機教育帶來的潛在影響。
2007年11月，中國科學院自動化所副所長王飛躍教授撰寫了《從計算思維到計算文化》等相關論文[3]，對“計算思維”進行了分析。他呼吁給予“計算思維”相關研究經費的支持。
2008年6月29日至7月14日，國家自然科學基金委員會組織了計算機科學代表團訪問美國。回國后，基金委副主任孫家廣院士等人分別撰寫了文章，強調了計算思維的重要性。孫家廣院士在《計算機科學的變革》一文中認為，計算思維是美國計算機科學界的一個最具基礎性和長期性的思想[4]。
教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會在陳國良院士的帶領下，從2008年開始，組織了將近20場各種類型的專題研討，以期提高國內計算思維領域的科學研究和計算機教育的水平。這些研討從計算思維的基本概念出發，就哲學層面、科學層面以至于教學層面的表達形式進行了深入的討論，逐步實現計算思維從一個哲學的表達體系，向教學表達體系的過渡。
2010年，北京大學、清華大學、西安交通大學等9所“985工程”高校在西安召開了首屆“九校聯盟（C9）計算機基礎課程研討會”。會后發表了《九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》（以下簡稱《聯合聲明》）[5]，達成4點共識：（1）計算機基礎教學是培養大學生綜合素質和創新能力不可或缺的重要環節，是培養復合型創新人才的重要組成部分；（2）旗幟鮮明地把“計算思維能力的培養”作為計算機基礎教學的核心任務；（3）進一步確立計算機基礎教學的基礎地位，加強隊伍和機制建設；（4）加強以計算思維能力培養為核心的計算機基礎教學課程體系和教學內容的研究。
在此基礎上，進一步推進了教育部高教司設立以計算思維為切入點的大學計算機課程改革項目。該項目通過若干理論研究和19項教材建設，進一步豐富計算思維在大學計算機基礎課程教學中的實踐經驗和教學理論。
三、改革的內容
當我們考慮以計算思維培養為導向的課程改革應該有什么內容時，需要放在一個歷史、現狀和未來發展的三維空間。我們生活在一個信息爆炸的社會，各種信息對于我們的生活已經產生越來越重要的影響，這一點在A.L.Barabasi所著的Bursts， The hidden pattern behind everything we do中有精辟的表述[6]。
生活在這樣的時代，隨著云計算、社會網絡、物聯網、普適計算、移動通訊這些新技術的迅速發展，使得人們去編制一個程序的任務將會被尋找一個程序的任務所替代。對于大多數人所從事的工作而言，理解問題，并在云平臺上找到解決問題的工具，其現實意義可能會遠遠大于自己動手制作解決問題的工具。因此對于未來非計算機專業的人才來說，編寫程序是否還是第一位的，知道計算機CPU的工作原理是否還是那么重要？在這樣的時代背景下，究竟給學生講什么，怎么講，成為一個尖銳的問題再一次擺在了我們面前。這種情形在第二次計算機基礎課程改革時也類似碰到過。21世紀初，也是由于計算機的廣泛普及，社會對于計算機應用水平的要求，已經遠遠不是簡單的技能方面的培養就可以滿足了，從簡單的會編寫程序變成了對于計算機應用能力的提升。在這種背景下，通過計算機基礎課程教學思想、教學目標以及教學模式的大范圍改革，實現了由狹義的技能教育到能力培養教育的跨越。現在也是由于計算機技術發展的進一步飛躍以及進入以大數據和云計算為特征的信息社會，我們再一次面臨由能力培養到思維培養的新的改革任務。這項改革的一個重要特征是：在非計算機專業的人才培養目標中，如何更好地實現專業化和信息化相融合的模式，提升未來社會對于計算機的理解和應用的整體水平。
從以上的認識，我們可以對于這次改革的內容和目標做一些展望。從計算思維培養的角度，下面的一些內容無疑是首當其沖的：
（1）正確理解計算與計算機；
（2）通過建立模型揭示表象背后的核心問題，揭示不同現象之間的共同本質；
（3）通過算法化的問題描述，把問題轉化為計算機處理的形式；
（4）通過問題計算化的處理方式，細化和深化問題的研究，提出可量化、可評測以及可驗證的解決方案。
這些問題促使我們對于現有的計算機課程的開設進行深刻的反省。我們將接受嚴峻的挑戰：也許在新的教學過程中，理解一門技術比學會一門技術更重要；讓學生學會從演化的角度，而不是靜止的角度來看待問題和分析問題；引導學生面向問題時，養成建立模型的習慣，從本質和規律上把握問題的關鍵，而不是就事論事的尋求表面解決問題的方案；在使用計算機解決問題時，要習慣于資源（能源、時間、空間、帶寬、體積、用戶等）受約束條件下的解決方案，而不是一般的統而化之、不講成本、不顧環境、不考慮用戶體驗地解決問題方式。這些無疑對于當前的教學觀念和教學體系提出了新的要求，這就是這次改革需要重點關注的內容。以當下學生的一般水平而論，學會怎樣做基本不是問題，問題出在解決問題的總體思路和方法體系上，也就是說，我們要加強對于學生使用計算機解決問題的基本思維和方法論方面培養，這才是當前教育所缺乏的內容。而具體怎么做，甚至可以作為學生的課外練習來訓練。特別是當課堂教學時數有限時，講什么和練什么更成為一門課程體系設計要考慮的內容。
計算思維從理論與方法論的角度闡述有關計算和計算機最基本的特征和問題，學生如果能夠從基本層面掌握這些內容，自然會對他們將來正確應用計算機解決問題產生本質上的影響。因此這次把大學計算機課程的改革概括為以計算思維培養為導向，正好反映了這次改革的基本內容和核心目標。
四、教學體系的建設
盡管我們對于計算思維培養說了很多，但是作為一項教學改革，光有理論的描述和概念的堆砌是遠遠不夠的。關鍵是要建立起一個以計算思維培養為導向的教學體系，這才是這次改革的任務。
關于計算思維是什么或者不是什么，關于計算思維在人類思維中的意義和作用，關于計算思維與計算機科學是什么關系，所有這些都是在哲學層面上的討論，這些研究是基礎的和重要的，在我們討論計算思維教學體系時，首先要從哲學層面把這些概念弄清楚。但是這些內容不能自然成為教學體系的部分。作為一項教學改革，我們必須構建計算思維的教學體系。這項工作與在哲學層面上討論計算思維是完全不同的。
比如說，在計算思維的教學體系中，需要解決計算思維的基本內容如何表達，相關知識內容及其之間的關系。這些知識通過一堂一堂的課程給學生進行講授，使得學生在持續的學習過程中，逐步理解和掌握計算思維的一些基本內容和方法。這個知識體系的建設十分重要，它是這次改革最重要、最基本，同時也是最復雜的任務。通過知識體系的建設，把有關計算思維的相關思維特征和方法分解到每一個具體的講授內容。相對于具體的內容，講什么、怎么講、如何檢查學習效果都是需要考慮的問題。比如說，我們經常說到，計算思維是：
（1）一種選擇合適的方式去陳述一個問題，或對一個問題的相關方面建模使其易于處理的思維方法；
（2）按照預防、保護及通過冗余、容錯、糾錯的方式，并從最壞情況進行系統恢復的一種思維方法；
（3）利用啟發式推理尋求解答，也即在不確定情況下的規劃、學習和調度的思維方法；
（4）利用海量數據來加快計算，在時間和空間之間，在處理能力和存儲容量之間進行折中的思維方法[7]。
那么就需要設計出不同的講授內容來闡述有關計算思維的特征。這些特征里面，有的適合于在算法課程講，有些適合于在軟件工程課程里講，有的卻適合于在人工智能課程或者數據庫課程里講。這些問題在一般討論計算思維的理論時是不會碰到的，但是在具體設計計算思維培養教學體系時就是一個無法回避的問題。
編寫以計算思維能力培養為目標的教材，首先就是計算思維的表達體系與實現內容。那么在過去的計算機基礎課程教材中，是否就沒有體現計算思維的內容呢？實際上，計算思維是滲透在所有計算機教學內容中的，以前的教材沒有從計算思維的角度來寫，因此相關的內容沒有明確提出來，計算思維的一些重要特征被分散到不同的部分。一些優秀的教師可以從這些內容的講授中提煉出關于計算思維的精華部分，一些優秀的學生也可以在課程的學習中“悟”到屬于計算思維的內容。一本普通的教材可以講得很出彩，一門平凡的課程可以學得很精深，這些有賴于教師或者學生的狀況。而從計算思維角度講授的教材，則要把這些發生在優秀學生身上的現象，進一步普及化，成為大多數學生可以達到的境界。現代教育的一個任務就要把原本發生在少數精英身上的培養過程變成普通人能夠成功的故事。所以說，計算思維的培養需要新的教材，但不是完全依賴教材，好的教師與好的教材同等重要。教材好，未必能夠講好；教材不好，也未必就講不好。因此，對于計算思維的培養，不是說過去一點沒有，一些學生通過“授之于魚，得之于漁”的方式學到了計算思維的一些要領；而現在通過編寫專門體現計算思維的教材，達到“借之于魚，授之于漁”的教學目的。這是此次改革在教學方法上提出的新課題，也是此次改革在教材問題上的切入點、質疑點、創新點和難點。下面三本教材已經在國內很多學校使用：
Programming Language Pragmatics. M. Scott；
Networks， Crowds， and Markets. D. Easley， J. Kleinberg，李曉明譯；
Algorithmics， The Spirit of Computing. D. Harel， Y. Feldman。
它們的共同特點是，從整體角度對于所講授的內容進行闡述、概括和比較，具有體現該領域基本思想和基本方法論的講授特點。學生不僅可以學到相應的理論和技術，也能夠較好地掌握推動這些技術發展背后的原因和動力，對于學生把握好本領域的計算機應用具有很好的啟發作用。這樣的教材值得我們借鑒。
計算思維的培養并不排斥對于技巧和能力的培養，相反，它與技巧和能力培養呈現遞進的關系，計算思維的培養是通過能力培養來實現的。根據浙江大學何欽銘教授的意見，將來對于計算思維的培養，在教材方面會出現三種模式：第一種是教材不變，講授方式變化；第二種是教材進行修改和充實，形成新的突出計算思維內容的教材；第三種是編寫全新的教材。
在未來可能出現的新教材中，有一種編寫方式值得探索，這就是顛覆現有的按照計算機學科的知識框架講授計算機課程的模式，而是參照專業學科的知識框架來講授計算機課程，通過精心編排的屬于本專業的應用案例，來講授這些應用中所反映的計算機科學的內容，這是一種全新的編寫教材的思路。在這樣的教材里，甚至不用插電就可以學習到計算思維中的主要內容。這在當前網絡發達的學習型社會中，不僅不是天方夜譚，而是確確實實可以實現的新的學習方式。在上面推薦的三本教材中，第二本就是以這種方式講授有關社會科學和經濟學相關內容的，在這本教材里，完全脫離了一般的計算機教科書里面計算機組成原理、體系結構、程序語言、CPU工作原理、數據庫與數據結構、網絡與通訊等這些傳統的講授路線，而是以社會科學和經濟學中的問題為案例，講解這些問題是如何轉變為計算機可以解決的形式。內容經過精選，都是一些經典問題，講解是新穎的，只是重點講授如何建立模型，提取算法，轉化為計算機處理的形式，這種模式對于非計算機專業的學生提高計算機應用水平具有革命性的意義，十分需要在這次改革中進行嘗試。目前國內已有北京大學和南京大學等若干所大學開設了類似的課程。
大數據和云計算時代正在給人類社會帶來一場革命，龐大的數據資源使得各個領域開始了量化進程，無論學術界、商界還是政府，所有領域都將開始這種進程[8]。 這將為計算機更加廣泛的應用和發揮更加重要的作用鋪墊著新的基石。以計算思維培養為導向的計算機基礎課程改革正是響應這場革命在教學領域中的召喚。我們的學生能夠理解這些e-時代的新特征以及對于計算機科學新的應用模式的特點嗎？編寫教材是詮釋這次改革的最好方式。我們期待著通過大膽而積極的探索，出現一批充滿改革氣息的全新的教材。推進我國計算機基礎課程教學進入一個新的歷史階段。
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關鍵詞：大學計算機基礎；計算思維；進程管理；內存管理
中圖分類號：G642.0 ？搖文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）18-0179-03
陳國良院士在“計算思維與大學計算機基礎教育”一文中指出，2l世紀科學上最重要的、經濟上最有前途的前沿研究都有可能通過先進的計算技術和計算科學得到解決，因此為其他學科培養掌握先進計算技術的“大學計算機基礎”課程就顯得非常重要。過去半個多世紀以來，在計算機和信息技術輝煌發展的過程中，人們積累了豐富的行之有效的若干分析問題解決問題的典型方法和途徑，形成了計算機科學特定的思維方法。周以真教授認為，計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。從周以真教授對計算思維的進一步表述中提取一些計算思維的特征點，包括：約簡、嵌入、轉化、仿真、遞歸、并行、多維分析轉換、抽象、分解、建模、保護、冗余、容錯、糾錯、系統恢復、規劃、學習、調度、快速計算、折中等。盡管周以真教授對計算思維使用計算機的基礎概念作了進一步闡述，但如果想全面理解計算思維的內涵和思維方法，需要對這些特點進行充分的理解并掌握，這要求對計算機科學有相當全面且深刻的研究探討。計算機基礎課是為非計算機專業的學生開設的公共課，不可能深入細致地研究計算機學科的方方面面。如何在有限的學時內將計算機學科領域解決問題的基本方法與特點即計算思維，講清楚說明白，使非計算機專業學生基本掌握計算思維的方法，初步具有計算思維能力，是現在計算機基礎教學面臨的一個重要的值得深入研究探討的課題。本文希望通過在“操作系統”知識單元中，分析處理機管理、內存管理的方式方法，闡釋計算思維的培養方法。
一、“大學計算機基礎”課程教學現狀
根據教育部高等院校計算機基礎教學指導委員會的指導意見，計算機基礎教學主要講授計算機技術的四大領域：系統平臺與計算環境、算法基礎與程序設計、數據管理與信息處理、系統開發與行業應用。重點掌握三方面的應用技能：計算機網絡應用與信息檢索方法、關系數據庫管理系統的基本使用方法和多媒體信息處理工具的使用方法。“大學計算機基礎”課程需要講授的知識體系分解為知識單元和知識點，要求各學校對每一個知識點的內容、傳授的方式、檢驗是否掌握的方式都要制定相應的要求和標準。“大學計算機基礎”是大學本科生的第一門公共計算機基礎課，是計算機基礎教學的核心課程，培養目標基本是盡可能使非計算機專業的學生對計算機科學的主要領域有一個基本的了解，計算機是什么、能做什么、如何做，因此教學內容廣泛，知識點豐富且各種知識相互交叉，基本上是各領域基礎知識和基本技術的濃縮。在一本教材一門課程（約70學時）中，從教材到教學都是以名詞解釋為主，基本上對周以真教授提到的計算思維的特征點都粗略地解釋了“它是什么”，卻沒有進一步解釋“為什么”，而“為什么”中蘊含了豐富的計算思維。如何對非計算機專業的學生、在有限的學時內將“操作系統”單元中蘊含的計算思維清晰地展示給學生，首先應該按照計算思維的理念，對這部分知識中基本的最有價值的能在有限的學時內講清楚的知識進行取舍篩選。早期的大學計算機基礎教學主要是技能培養，之后是能力培養，對計算機的認知能力、應用計算機解決問題的能力、基于網絡的學習能力、依托信息技術的共處能力。現在在能力培養的基礎上，計算思維的培養作為計算機基礎教學的核心內容。我們重新審視“大學計算機基礎”課程的知識單元和知識點，把這些知識點中蘊含的計算思維的內容明確出來，在培養學生運用計算機技術能力的同時，培養計算思維。“操作系統”作為十分重要的一個知識單元，通常介紹操作系統的層次架構、資源管理、發展史及常見的操作系統。作為計算機系統資源的管理者，操作系統對CPU、內存、文件、輸入輸出設備進行管理，同時操作系統對計算機硬件進行抽象和分解，形成了進程、線程、虛擬內存、文件系統、各種輸入輸出模式等操作系統構造的出現，以此方法來控制這個巨型龐雜系統的設計和運轉。通過預防、保護及冗余、容錯、糾錯的方式保證操作系統本身的正確運行。雖然CPU、內存、磁盤、輸入輸出等設備的形式和構造相差很大，但對它們進行管理采用的思維方法卻有很多相同點，集中體現在處理機管理、內存管理的方式方法中，充分展示計算機如何為事物抽象、分解、建模、并行處理的思維方法，在時間和空間之間、處理能力和存儲容量之間的進行折中的思維方法。總之，在操作系統中計算思維無處不在，是培養學生計算思維方法的絕佳園地。
二、在“操作系統”知識單元中挖掘計算思維方法
1.操作系統的層次架構。操作系統是一種層次管理機制，分為多個功能模塊，按層次分解，每層的功能不同，下面一層只對上面一層負責，上面一層只對緊連的下一層進行控制。層次結構的思維方法使得操作系統的構造過程變得簡單易行。
2.進程模型，進程是為了在CPU上實現多道編程而出現的概念。任何時刻CPU上只能執行一條指令，所以任意時刻CPU只有一個進程在執行，由程序計數器確定執行哪條指令。從邏輯上看每個進程都可以執行，也可能掛起讓別的進程執行，之后又接著執行。每個進程需要記住每次掛起時自己所處的位置，以保證下次執行時從此處開始。從時間上看，每個進程都在執行；從邏輯上看，多道程序并發執行；從CPU角度上看，進程經常切換。這就是進程模型。
3.進程管理，操作系統通過維護進程的一些信息管理進程（通過管理事物的信息來管理事物是一種管理思維方式）。創建進程時，操作系統為其建立進程控制塊，它采納的數據結構有線性表、鏈表和結構（struct）。進程管理要解決的問題是資源分配，既要公平又要高效地利用資源。進程可以并發執行，并發進程之間存在同步互斥的關系，這種關系被抽象成一個模型：生產者與消費者。
4.線程，進程在一個時間里只能執行一件事，如果想做多件事就得使用“分身術”。線程是進程的分身，線程與進程擁有同樣的程序文本，但是線程的上下文不一致。線程是進程的一個執行序列，一個進程可以同時擁有多個執行序列，就像一個舞臺可以有多個演員同時出場一樣。線程使我們可以在軟件指令執行上并發。
5.閉鎖，進程/線程同步機制中閉鎖的實現有多種方法，以中斷啟用與禁止來實現鎖、用測試和設置指令來實現鎖、以非繁忙等待的中斷啟用與禁止來實現鎖、以最少繁忙等待的測試和設置指令來實現鎖。這一系列問題非常適合使用啟發式思維方法，依據知識點內在聯系進行邏輯推理啟發教學，培養他們分析問題和解決問題的思維能力，同時調動學生積極性，激發他們的學習興趣。
6.虛擬內存管理。程序要運行必須先加載到內存。用戶對內存的要求是：大容量、高速度和持久性，而實際上卻是一個由緩存、主存、磁盤組成的內存系統。內存管理就是使程序在任何一個層次上的存放對用戶來說都是一樣的，這就是虛擬內存管理，它對由緩存、主存、磁盤組成的內存系統進行抽象思維，使用戶感覺擁有一個空間像磁盤那樣大、速度像緩存那樣快的比物理內存空間大得多的地址空間。
7.內存空間分配。多道編程可以大幅提高CPU和內存的利用率，改善用戶響應時間，這些優勢的代價是操作系統的復雜程度。例如不能將程序加載到固定的內存空間，進而不能使用靜態地址重定位，必須使用動態地址重定位。多道程序數量的增加不是無限的，超過某個限度，多道程序之間的資源競爭反而會降低系統效率，需要在操作系統的復雜程度和CPU內存利用率之間進行折中。動態地址重定位增加了系統消耗，但提高了操作系統的靈活性。我們可以將程序加載到內存任何地方，可以方便實施地址保護，實現虛擬內存。
8.操作系統不知道一個程序會進行多少層嵌套調用，不知道程序運行會產生多少新數據，因而不能事先確定給一個程序分配多少內存空間。配置一個超大空間會造成內存資源浪費，配置小了程序無法繼續執行。當一個程序所占空間不夠時，操作系統將它倒出到磁盤上，等待大片內存空間的出現，再加載到其中繼續執行，操作系統的這種管理方式稱為交換（swap）。如果程序的增長超過了物理內存空間的容量，操作系統使用的辦法是重疊（Overlay）。將程序分成功能相對完整的單元，一個單元執行后再執行下一個單元，條件是一旦執行下一個單元就不會再執行前面的單元，操作系統把后面的程序單元配置到前面的程序單元上，將其覆蓋，這樣就可以執行一個比物理內存大得多的程序。
9.分頁系統中頁面更換算法。如果CPU訪問的頁面不存在，系統產生缺頁中斷，中斷服務程序負責把位于磁盤上的數據加載到物理內存中。磁盤的訪問速度遠遠慢于內存，頻繁的缺頁中斷的系統消耗是巨大的，因此要精心設計頁面更換算法。算法中蘊含了人類社會的處事哲學：追求公平，同時又希望自己能被區別對待。操作系統中到處都閃爍計算思維的光輝，線程通信中的“管道”思維、“信號”及“信號量”、線程同步中競爭引起的死鎖的解決方案、哲學家就餐問題、銀行家算法、處理器調度的調度算法等。
三、計算思維能力的培養
在“大學計算機基礎”課程中，從理論上講授計算思維的同時，實驗教學也是學生掌握計算思維方法的重要一環。計算思維的培養是以計算能力的培養為基礎，只有接受過良好的計算機技術培訓，具備了應用計算機解決問題的能力，才能逐漸領悟計算機科學家在面對問題時所習慣采用的思維方法，否則計算思維只能停留在理論層面，對學生來說無異于紙上談兵。對非計算機專業的學生而言，計算機基礎課定位為基本概念、技術和方法，這種指導思想不利于計算思維的培養。對計算機有深刻理解才會汲取相應深刻的思維理念。計算機的高速與精確，使得計算思維是一種精確思維，在時間上以納秒為尺度，以量化的方式對信息進行加工處理，使概略變得精確、使模糊變得清晰的思維方式，這與其他很多學科不同。相對于計算機的高速與精確，很多學科可以看做是粗放的技術，在邏輯思維上凸顯粗放的特點。在不遠的將來，這些學科可能會通過使用先進的計算技術和計算科學逐步由粗放到精確。“大學計算機基礎”課程的很多內容都含有明顯的計算思維方法，很多案例對計算思維提供了很好的詮釋，但是對培養計算思維能力還遠遠不夠，需要在知識結構上進一步調整，在教材中進一步挖掘，在教學中進一步探討，理清計算思維的基本要素、培養方法、實施途徑和評測規范。在現有學時少、師資弱的教學環境中，主動采取有效措施，從思想觀念、師資隊伍建設入手強化培養計算思維能力的意識。
計算思維的形成是一個長期的過程，它不是學一門課程就能掌握的。計算思維教學貫穿在所有的大學計算機基礎課程中，如程序設計、微機原理與接口技術、數據庫技術與應用、多媒體技術與應用等課程。當今社會計算機技術已經滲透到社會生活的方方面面，計算思維必將成為多數人必須具備的、最基礎的、不可缺少的思維方式。對于非計算機專業的學生來說，擁有計算思維能力，并能自覺地應用于日常的學習、工作中，是適應社會需求的必經之路。
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關鍵詞：大學計算機基礎；計算思維；教學方法
一、引言
現代信息技術飛速發展，“互聯網+”時代下的技術革命讓計算機在學習生活工作等各個領域得到廣泛應用。大學計算機基礎教育成為大學高等教育的一個重要組成部分，擔負著為大學生普及計算機知識和技術的責任。在新的教育目標指引下，要求我們對計算機基礎教學改革進行探索與思考，提升高校中非計算機專業學生的計算機素質與能力。
二、大學計算機基礎課教學現狀
1.學生計算機能力存在差異性。由于地區和經濟的差異，學生入學時計算機水平差異較大。所以教師在大學期間根據學生對計算機知識了解的差異，向學生進行系統介紹時，既要照顧基礎薄弱的學生，又要照顧基礎好的學生，在教學內容分配上很難達到平衡，在一定程度上影響教學質量。2.教學效果不理想。現在的教學基本采用理論授課加機房操作實驗的模式，但教學案例教學法很難滿足教學案例專業的個性不足，學生的學習動機得不到有效的啟發。目前影響教學效果的原因除了源自學生參與度低、學習動機弱、課堂秩序差。還在于教學方法沒有根據學生的起點水平和興趣愛好因材施教，在教學對象水平參差不齊的情況下，實行的講授式教學得到的教學效果并不理想。3.課程理論與實驗內容聯系不密切。《大學計算機基礎》作為大一新生的一門必修公共基礎課，大學計算機基礎課程是一個快速發展和更新的課程。由于它所涵蓋的知識點多，速度更新快，導致很多知識在有限的學時內介紹的都比較籠統，有些技術和應用方法難以在課堂教學中展現，但在實驗環節由于課時、實驗設備等原因不能將所有的理論知識都體現在實驗中，導致理論內容和實驗內容存在差異，聯系不密切。
三、課程改革模式
為了達到更好的教學效果，提高教學質量，調動學生積極性，教師在教學時應采用不同的教學方法，根據學生的專業特點和理解能力選取一些簡單易懂的案例，使同學掌握理解計算機知識。1.采取靈活的教學方法。《大學計算機基礎》課程涵蓋內容豐富，知識點較為分散，從數值轉換到計算機組成原理介紹，從操作系統到計算機網絡。因此，教師在講課中應采用靈活多樣的教學方法，內容力求通俗易懂。教授知識時重視趣味性、應用性，以保證基礎差異大的學生群體均可掌握知識要點。例如，在講授完二進制數編碼內容后，出一道思考題。首先問題可驅動引發大家在課堂上思考與討論；然后，教師進行深入講解，用二進制編號的方式得到最終答案；最后，教師將此題進行升級，通過此例讓大家了解二進制數在實際生活中的應用。以“任務驅動，問題求解”為目標的教學方法能充分調動學生的積極性，把教師的講授和學生的邏輯思維有機結合起來，加強師生之間的多邊活動。通過創設出具有感染力的教學情境，采用寓教于樂的方式激發學生的學習興趣，有效調動學生的學習積極性和熱情；讓學生體會科學探索的方式和方法，培養了學生分析問題和解決問題的能力。2.教學內容與各個專業緊密聯系。在如今網絡信息大爆炸的時代，拘泥于傳統教材的教與學是落后的方法。教師要積極通過各種渠道學習知識，整合知識，設計內容，對學生采取多種媒體結合教學的方式方法，將最新的信息以最易被接受的方式傳遞給學生，將教學效果最大化，將學生受益最大化。教師要明確教學目標，教學有方向性才能夠推動教學質量和效率，學生的學習知識水平才能有所提升。不同專業對計算機要求掌握的技能和層次是不同的，要保證計算機基礎教育與學生個人學習生活實際緊密結合在一起，激發學生的學習興趣和動力。課程教學中教師需要分析不同專業的應用需求，設計相應的教學案例開展課堂教學[1]。教師要做到所舉的例子和具體的授課專業學生相關，讓學生了解前沿科技知識。例如，介紹物聯網技術要根據學生專業不同，分別介紹其在醫學、汽車、教育等領域的具體應用，體現當前計算機在該專業的應用科技背景。同時，在保證學生掌握計算機基本原理基礎上，對商學專業學生的授課上要更側重數據統計分析，可以將淘寶流量分析技術引入教學，對法律等文科專業學生要更側重辦公軟件的講解，對機械、汽車專業學生要更側重程序設計講解。在針對有些教學重點和難點難在有限的教學課時內進行細化和深入的問題時，教師要先將基礎理論知識以動畫多媒體等形式傳授給學生，然后再利用實驗時間，把課本上的知識和實際操作結合起來，這樣才能夠讓學生明確自身學習的目的，充分了解計算機技術操作的重要性，才能夠提升教學效率。3.理論實踐結合，培養學生的計算思維。傳統計算機公共基礎教學注重了理論知識的傳授，忽略了學生實踐操作。將理論教學與操作實驗及計算機技能大賽結合起來。引導學生利用啟發式推理來尋找問題的解決方式，培養學生的理解能力、實踐能力和創新能力。計算思維主要通過計算機方式、計算機知識與計算機概念等解決問題，是人類參與計算機活動的一種思維方式。在進行計算機網絡知識點教學時，教師可以設置相關課程問題，引導大學生利用計算思維解決問題。如實現網絡資源共享的原因？為什么通信雙方可以獲得數據？通過系列問題處理分解通信網絡信息[2]。在計算機問題研究過程中，教師需要循序漸進地引導學生，通過各種問題發問引申出其他新興技術手段，從網絡通信技術啟發到網絡安全技術，從網絡安全技術引發到密碼學數學等知識，幫助學生開拓視野，了解到更多計算機知識。通過問題提問方式培養大學生計算思維。針對學生思想上和學習習慣上進行研究，在講解排序算法時，可以直接以學生的身高為例，如果讓大家進行排序，大家的思維方式是如何的？按照哪種方式進行排序，通過大家自由討論，小組討論，不同的思維直接可以給出各種排序方法，最后教師再結合所提的各種方法，采用動畫視頻演示和案例教學方式做最后總結，分別向學生介紹冒泡法、直接排序法、選擇排序法等排序算法的原理，重在讓學生養成計算思維能力。并在具體實踐或者比賽過程中理解和應用課程中所涉及的知識點，調動學生主動性與參與性，提高學生自主學習、實踐應用能力。
四、設定合理的考核標準
《大學計算機基礎》課程，一般采取平時成績與期末成績相結合的考核方式作為評價學生掌握知識程度的標準。這種考核標準往往不能完全體現出學生是否真正掌握相關知識，也不能激發學生的學習積極性。因此需要設定合理的考核標準，增加獎勵機制對現有的評價體系進行改革。計算機專業不同于其他理論課程，計算機基礎課程注重實踐和設計元素，因此，大學計算機基礎實行無紙化考試模式，利用“萬維全自動計算機基礎考試平臺”，所有題目均在電腦上進行操作，學生登錄考試系統完成客觀題和實驗操作題目的考核。無紙化的考試模式本身既鍛煉學生操作計算機的能力，又對課堂理論學習成果進行考核[3]。但是，為學生學習能力考慮，教師應該更加側重考評學生的實踐能力，在學生實踐學習中增加獎勵機制。教師根據學生在實踐過程中的創新，給予學生適當的分數獎勵。總之，通過獎勵制度實現對學生知識掌握性的認可，有效地激發學生的學習興趣，調動他們的積極性。通過設定合理的評價體系，對學生學習態度和成績進行整體考核，既能鍛煉學生的計算機技能，又能掌握了解學生掌握計算機水平，真正做到學生學有所成，在考核中讓學生體會計算機技術的魅力所在。
