科学素养与大学计算机基础课程教学的融合

摘 要：针对目前大学计算机课程教学过程中的问题,提出在教学过程中融入计算思维和科学研究的方法,采用类比的方法生动形象地阐述计算机中的基础概念,充分发挥多媒体教学工具的作用,采用动画演示计算机抽象的工作原理,通过知识结构图、学生互评作业、对作业情况统计和分析等方式发挥教学网站的辅助作用,同时采用多样化的考核方式检验教学效果.

关 键 词：科学素养；计算机基础；教学改革；多媒体辅助；计算思维

0引言

目前大学计算机基础课程是北京航空航天大学的精品课程.该课程主要分为两个层次：第一层次,课程主要以“案例驱动、问题驱动、任务驱动”的模式授课,采用课堂教学与课后作业、上机操作相结合的教学方式；第二层次,每门子课程单独以讲座的形式授课.该课程尝试引入计算思维的思想,尽量按照问题求解的模式组织教学内容和实施教学.目前这种教学方式取得了不错的教学效果,但由于计算机内部的工作过程不直观,相关概念比较抽象,学生感觉理论知识枯燥无味,有些学生不能独立完成作业,还存在互相抄袭作业的现象,部分学生还认为计算机基础课程就是学习Office工具的课程,为此笔者通过以下教学方法的改革,提高教学质量,达到更好的教学效果.大学计算机基础是一门先导课、基础课,要通过这门课程培养学生的科研兴趣,培养学生的计算思维方式,这也和我们研究型大学的理念一致,并且在教学过程中要充分发挥多媒体工具和教学网站的辅助作用.

1在教学中引入人文关怀和科学研究的方法

1.1人文关怀

在学生的学习过程中引导学生关心自己的发展,关注社会和环境中存在的问题,并对自己和社会进行思考,主要通过课后作业和实验教学体现.例如,学生做Word图文混排实验时,要求学生用图文并茂的形式来介绍自己,在展现自己的过程中学习使用Word进行排版；做应用Word进行论文高效排版实验时,要求学生用论文的形式阐述自己的中国梦或者撰写某项班级活动的策划方案；做PowerPoint实验时,让学生就某个环境问题进行演讲；在做Photoshop实验时,让学生设计出10年后的自己并要求有场景.这样的实验可以引导学生及早规划自己的未来,关心社会的发展.

1.2培养学生的科研素养

我们的教学理念是通过基础课培养学生的科研素养,将科研方法融入教学活动中,向学生传授科研理念、科研文化、科研价值,使学生了解科技最新发展和学术前沿动态,激发科研兴趣,启迪科研思维,培养科研道德,提升学生科学研究和科技创新的能力.在教学过程中,通过课后作业和实验教学来引导学生进行独立思考,对阅读的文献进行对比,通过数学建模解决实际问题,对一些问题进行社会调查并得出结论.课后作业如下：如果第一台计算机是你设计的,阐述设计过程.怎样把宿舍的计算机组成一个局域网?怎样使你的计算机安全地畅游在互联网上,阐述多媒体技术的发展过程中存在的问题.这些问题都要求学生进行独立的思考,查阅大量的文献并对文献进行分析和对比,得出有价值的结论.课后大作业要求学生采用数学建模的方式解决生活中的问题,数据可以是物理实验中的数据,可以是北京的交通流量,也可以是学生的上课情况等,对这些数据进行分析后,建立起一定的模型并得出有价值的结论.

1.3将计算思维方法融入教学各个环节

2006年,美国卡内基梅隆大学周以真教授提出计算思维是运用计算机科学的基础概念来求解问题、设计系统和理解人类行为的科学方法.它通过选择合适的方式陈述一个问题,对问题的相关方面进行建模并用最有效的办法实现问题的求解.计算思维强调问题求解的操作过程和机器实现,是一种人机共存的思维.2011年,国际教育技术协会（ISTE）和计算机科学教师协会（CSTA）给计算思维下了一个操作性的定义,即计算思维是一个问题解决的过程,该过程包括：①提出问题并能够利用计算机和其他工具帮助解决该问题；②符合逻辑地组织和分析数据；③通过抽象（如模型、仿真等）再现数据；④通过算法（一系列有序的步骤）支持自动化的解决方案；⑤识别、分析和实施可能的解决方案,并整合这些最有效的方案和资源；⑥将该问题的求解过程进行推广并移植到更广泛的应用中.这种表述和该课程的数学建模过程一致.在教学过程中引导学生像计算机那样处理问题,就是处理问题的自动化.把实际问题进行抽象,抽象出一个模型,通过简单的编程用计算机进行解决.对一个问题的解决尽量减少复杂的手工过程,尽可能地通过计算机解决,例如,需要建立大量的文件夹,或处理某些数据,使用Excel就可以解决.

2采用类比的教学方法

计算机方面的理论知识比较抽象,不好理解.例如,在讲到二进制、八进制和十六进制时,部分学生感觉不好理解,因为在日常的,li活中不经常接触此类进制,计数和运算多采用十进制.并且学生不理解为什么需要这些进制.我们可以采用类比的方式进行授课,如生活中的星期是七进制,7天就是1周；12个月就是1年,月份就是采用十二进制；60秒就是1分钟,采用的是六十进制.计算机内部可以识别的是二进制的数据,人们为了阅读的习惯把3位二进制数用1位八进制数表示,把4位二进制的数用1位十六进制的数表示,是为了阅读的方便,通过类比,学生就比较容易接受和理解进制的概念,

在讲到操作系统中的进程和线程时,进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度的一个独立单位；线程是进程的一个实体,是CPU调度和分派的基本单位,它是比进程更小的、能独立运行的基本单位,学生也感觉不易理解.如果采用对比的方式,把进程比作公司,把线程比作公司的员工,公司拥有资金等资源,而进样是资源分配的基本单位,员工要开展工作,需要向公司申请经费,而线程若想正确执行,也需要有足够的资源,一个公司的业务开展,至少需要一个员工的工作等,这样学生就豁然开朗了.

3充分发挥多媒体教学工具的作用3.1采用动画演示抽象的工作原理

在2013年5月北京地区举办的计算机算机教学交流活动中,我们深刻地认识到动画在教学过程中的重要作用,采用幻灯片的动画功能展示计算机的工作原理比较直观.例如,计算机指令的执行过程比较复杂,初次接触的学生不易理解,用幻灯片的动画演示指令的取指、解码、取操作数、在操作数的过程,学生很直观地理解了数据是从哪里取出,计算后又放到了哪里去,也通过比较形象的方式理解了数据通路的概念.

3.2发挥教学网站的辅助作用

1）构建知识结构图.

计算机基础课程的知识不是特别深奥,但是涉及的内容比较广泛,章节之间关联性不强,可以通过教学网站中的知识结构图,使学生掌握各章节知识点之间的关系,这样学生容易建立起一个完整的知识体系.

2）作业互评.

针对学生作业有抄袭的现状,有些课程采用反抄袭系统,可以有效地避免此类问题,但是这种方法不能使学生看到好的作业是什么样的.我们的做法是以小班为单位上传作业,对于学生上传的作业,小班内的学生可以互相评价学生之间的作业,发表自己的评论,可以进行.这是一个互相学习的过程,也是一个作业公开的过程,每个学生都可以看到别人的作业,如有抄袭行为,会在全班学生面前,从客观上杜绝了抄袭的现象.

3）作业情况统计和分析.

作业在学生之间可以互评,另一方面助教也可以评价学生的作业.助教把学生作业中存在的问题,通过简单的方式录入网站中,通过网站的统计和分析功能,用饼图或柱状图的形式展现学生对某些知识点的掌握情况、学生作业的问题主要集中在哪里,方便教师及时发现教学中存在的问题.

4多样化的考核方式

该课程的考核包括课堂作业、实验作业、期末考试和大作业,其中课堂作业占25%,实验作业占35%,期末考试占20%,大作业占20%.课堂作业有随堂小测验,主要用来了解学生对课堂讲课内容的掌握情况,还有开放式的课后作业,需要学生查阅大量的资料,进行独立的思考,写出小论文；对于实验作业,要考虑学生之间的互评情况、助教的评分以及教师的抽查3个方面的情况；期末考试是上机考试,考查学生对一些知识点的掌握情况；大作业是数学建模,要求学生撰写论文.这样通过多样化的考核方式全面地评估教学效果.

5结语

对教学过程的改革没有止境,我们还需针对学生的实际情况及时调整教学方法,找到最适合学生接受和理解的教学方法,不断学习新的教学理念,采用先进的教学辅助工具,提高数学质量.

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（见习编辑：刘丽丽；编辑：宋文婷）