计算机教育思维能力的培养
《工业和信息化教育杂志》2016年第 11期 摘要： 本文结合计算机基础
教学改革项目，针对全校大学生计算机基础系列课程，就如何培养学生的创新能力问题进行了分析，从
“宽、专、融”三个角度对大学计算机基础课程之间的关联性进行了阐述。并以“互联网+”课程为例，
重点分析了思维能力培养的实施过程。此外，从引入新的教学理念、探索新的教学方法、新技术元素融
入等角度总结了教师在思维训练和创新引导方面的一些体会。 关键词： 思维
能力培养；创新教育；实践教学 1大学计算机基础创新教育概述 如何培养具有创新性
的人才是目前国内外高校都在进行研究探索的课题，研教结合被普遍认为是一条培养创新人才的有效途
径。计算思维的科学意义以及对社会发展进步的深远影响，无疑会对高校计算机教学提出新的挑战。通
过计算思维训练与本专业（例如：经济、通信、机械、交通等）知识相结合，不仅使学生的学习由被动
变为主动，而且提高了学生多方面的能力，如查阅文献资料的能力、实践操作能力、学习能力、研究能
力等，开阔了视野，完善了自己本专业的知识结构，意志力也得到了磨炼。计算思维的意义已彻底颠覆
了计算机教育只是学习操作的传统观念，其是当代大学生知识结构、基本素质、创新能力不可或缺的基
本元素。大学计算机教学不仅仅是大学教育的通识课程，也是实现新一代人才培养目标和引领学生走向
创新之路的重要前提。对于从事计算机基础教育的同行，如何在教学中渗透“计算思维”的教学理念是
需要花时间和精力思考的问题。在校级教学改革项目“基于计算思维能力培养的计算机基础教学改革的
研究与实践”的支持下，我们通过本校的教学实践活动，实施了一套基于“计算机思维及创新能力”培
养为目标的教学方案。通过对部分班级的教学实践，取得了良好的实验效果。预计在 2016年教学实践
中，我们将在全校近 4000人中开展这种教学模式。现将试点过程与效果与各位同仁共享和共勉。期望
北京交通大学的这次教学改革能够发挥一定的示范和辐射作用，促进计算机基础教学的改革与建设。
2大学计算机基础创新教育实践方案 在教改实践中我们体会到，计算机基础系列课
程的设计难就难在如何在新知识、新技术不断更新扩充的大背景下，让大部分学生通过计算机的系列课
程真正学懂应该掌握的基本知识，学会应该学会的基本技能，真正做到学有所得，学有所用，而不是单
纯为了附庸风雅或挣几个学分。依据非计算机专业计算机教学的培养目标，我们提出了一套基于“宽、
专、融”的动态立体化教学实施方案，我校非计算机专业计算机基础系列课程教学体系图谱，如图 1所
示，课程体系如表 1所示。 “宽”是指通识型（基础类）课程 通识型课程的
教学目标是培养学生对计算机系统的基本理解、培养学生基本的信息素养、培养学生基本的计算机应用
能力。目前北京交通大学为了完成这个层次的培养目标，开设的课程是“大学计算机基础”。但是经过
这么多年的基础教学工作，我们发现，入学新生计算机水平参差不齐，差距较大。为了更好地保证教学
效果，让“吃不了”的学生能吃到，让“吃不饱”的学生饿不着，我们对学生进行入学测试。达到课程
要求的学生可以直接通过，不参加课堂教学，没有通过的学生，需要选修“大学计算机基础”。开学后
预计需要 4～6周的时间完成测试和分班等工作。“大学计算机基础”的教学方式，建议采用 MOOC教学
与教师引导相结合的方式，如表 1所示。 “专”是技术型课程 技术型课程的
教学目标是培养学生利用计算机处理问题的思维方式和利用软、硬件技术与先进工具解决本专业及相关
领域中一些问题的初步能力。目前，北京交通大学为了完成这个层次的培养目标，开设了一系列的程序
设计类课程，具体见表 1。 “融”是交叉型课程 交叉型课程的教学目标是学生
能够灵活熟练地应用计算机知识和技能。目前这部分内容没有学分要求。如果有学生需求，我们基地教
师可以根据学生需求提供个性化的培养计划。我校除计算机学院，还设有电子信息工程学院、经济管理
学院、交通运输学院、土木建筑工程学院、机械与电子控制工程学院、电气工程学院、理学院、语言与
传播学院、软件学院、马克思主义学院、法学院、建筑与艺术学院共 12个学院。这些计算机基础课程
如何为全校各个专业的人才培养服务，需要研究计算机基础课程之间的关联性，以及与专业课之间的关
联性。 3大学计算机基础教学中的思维训练实践活动 结合计算机基础教学的“C语
言程序设计”实际教学情况，落实计算思维能力的培养，我们对 C语言的程序设计类课程采用“二横一
串”的教学方案。“二横”是正常的教学活动，但是教学模式分成两步走。“一串”是训练学生计算思
维的创新拓展活动，结合表 1中的“第三层次”设计了结合课程创新实践教学阶段。
“二横”教学模式 第一阶段，我们采用了两步并行走的方法（“二横”）。一横，
在现有教学目标和教学内容不变的状态下，教学模式采用了基于实例的程序设计方法，即学生利用实例
在机房自学程序设计的重点，充分发挥学生的主体作用。教师起主导作用，收集学生在学习过程中的共
性问题，即难点。学生自学后，教师对知识进行系统化和难点分析。这个思路借鉴了目前的“翻转课堂”。
但是，我们是通过编写程序设计实践指导书，有组织有计划地引导学生在机房自学。二横，课程设置采
用了“2+1”模式，即将原 48学时的程序设计类课程，按照实验室授课占 2/3，教室授课占 1/3的比例
完成。教师指导学生在机房授课，边讲授边实践完成教学内容。在机房安装自行开发的程序设计软件，
学生需要到实验室才能完成实验题目。 “一串”教学模式 “C语言程序设计”
课程教学要求学生适当结合本专业，将学到的编程知识学以致用，用这 32学时将学生在“二横”阶段
学到的知识“串”起来。这将计入学生的创新活动记录，但不算作学分。下面以选修“互联网+”课程
的 41名大二学生为样本，详细介绍此套方法的实施过程。“互联网+”为全校选修课，41名学生分别
来自于不同专业，各专业分布情况如表 2所示。根据不同专业学生的特点及其掌握计算机程序设计程度
的不同划分出 A、B、C和 D四类。即英语和社会学等专业的学生为 D类；土木工程和运输等专业的学生
为 C类；机械和光信息科学与技术等专业的学生为 B类；通信和软件等专业的学生为 A类。将表 2数据
用统计软件整理后，如表 3和图 2所示。通过初步统计预测，每学期教研组会调整“创新培养”教学方
案。如表 3所示，A层次和 B层次的学生较多，那么，我们会拿一套适合 B层次学生的“创新能力培养
预测题”。预测题目主要考查学生的预备知识情况，如果情况很好，我们将按照原定的 A套教学方案进
行教学；反之，如果大部分学生不能准确回答题目，我们会将原 A套教学方案调整为 B套教学方案。这
里教学方案的区别在于知识的深度、广度和技术技能的应用范围有所不同。虽然方案选择的工作有些繁
琐，工作量较大，但是通过助教的协助，是可以顺利完成的。“磨刀不误砍柴功”，这些工作为选修课
的有效教学打下了良好的基础，同时为我们及时调整教学方案和教学思路提供了很好的依据。例如，我
们对学生采用了 A套教学方案，通过 32学时的讲授和实践，学生根据教师指导完成了 6个小实验，并
通过“创新协助小组”完成了 4组创新实验。2015年春季“互联网+”课程的学生作品如图 3所示。鼓
励学生积极参加各种研究型活动，提高学生的学习兴趣，对改善教学效果、提高教学质量行之有效。这
41名学生完整地经历了计算机基础系列课程改革新方案的“宽、专、融”三个阶段。下面是对 41名学
生的调研，结果如图 4所示。问卷第一道问题是“通过计算机系列课程的学习，是否有所收获？”，学
生给出的评价如图 4（a）所示。我们发现有近 30名学生选择了“有很大收获”，说明学生对于这种课
程体系的设置和教学方式还是比较满意的。我们同时对学生反馈的兴趣点进行了分析，如图 4（b）所
示，从程序设计、计算机网络技术、数据库技术、多媒体技术、计算机硬件技术、Office 实际操作、二
进制理论知识、计算机发展史 8个方面进行调查。学生对于程序设计、多媒体技术和计算机网络技术最
感兴趣。而很少有人喜欢二进制理论知识和计算机发展史。这也引起我们对今后教学改革的进一步探索：
如何让学生在实践中学会思考，将看似枯燥的理论知识与实践有效结合。 4计算机基础
教学改革新方案实施的体会 引入新的教学理念 为培养学生的创新意识，我们
在课程设置上注重系统性、科学性和先进性，全面更新了计算机基础教育教学系列课程的教学内容。在
教学中，坚持“以学生为主体、以教师为主导”的根本教育理念，从学生和教师两个方面深化教学方法
和手段的改革。在实验教学内容和实验方法方面，给学生提供更多的自我发展空间和学习自主权，倡导
自主学习、发现学习、研究学习、协作学习，为培养具有创新意识的高素质人才奠定坚实的基础。MOOC
教学的大面积开展对传统的教师集编写讲义教案、讲授答疑、批改作业于一身的工作方式是很大的挑战。
为此，教师充分利用国家级精品课程来共享资源，积极参与高校开展的模拟教学、课堂录像、公开教学
观摩课等活动，积极参与各种教师研讨和经验交流活动，以开发教学资源，充分发挥每个人的特长和优
势，把学科发展的最前沿、最精华的东西展现给学生，从实践方面深化教学改革，从整体上提高教学的
效果和质量。 探索新的教学方法 根据计算思维的教学理念，我校对教学手段进
行了大胆改革，同时针对校选课人数多、专业分布不均匀、教学人员不足等弊端，对课程的教学方法进
行了探索。选修课对于拓宽本科生的知识面，提高学生的综合素质，进行一专多能的“通识”教育具有
积极的促进作用。“计算机基础系列课程”作为全校选修课，由于学生知识层次的不同使得教学上遇到
了许多困难。因此，只有通过加强课程体系建设、改进教学方法，才能确保这门选修课的教学质量。为
了实现上述教学目标，需要解决“教师如何教，学生如何学”的问题，即，教师如何有效地调动学生的
学习主动性，让学生完善知识结构；学生如何通过计算机系列课程熟练地将计算机知识应用于实际工作
和学习中。围绕上述两个问题，教研组提出了“二横一串”教学法，以加强教学针对性，使不同专业、
不同层次的学生提高网络学习兴趣，能够学以致用。实践表明，教学效果明显。 融入新鲜
的教学手段 我们采用了微信公众号、MOOC教学平台、“大学计算机基础系列课程”APP选
课指导手册等新教学手段。让学生切身体会到电子信息技术、计算机技术给大学学习带来的深刻变化。
例如，我们开发的“计算机基础系列课程”APP选课系统，支持学生在 iPad、手机等移动设备上翻阅和
选课。 5结语 近两年的教改实践使我们深刻体会到，教学是师生互动、教学相长的
过程。教改既要发挥教师的主导作用，又要以学生为本调动学生学习的主动性和创新。为此在教改中我
们注意遵循教学规律，大胆探索，勇于实践，还调动一切现代教学手段，努力把看似枯燥的理论知识讲
得生动活泼，以独到的见解、道理征服人，千方百计培养学生的学习兴趣和好奇心，变“要我学”为
“我要学”。通过教改，目前大学计算机基础系列课程教学效果正日益变好。今后我们还要多思考，不
断探索、总结和积累经验，让大学计算机基础系列课程顺应时代变革和发展，让越来越多的大学生受益。
作者:鲁凌云 王移芝 周围 单位:北京交通大学计算机与信息技术学院
