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化工類院校計算機基礎教學中計算思維的培養
2016-07-15  《中國大學教學》  

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化工類院校計算機基礎教學中計算思維的培養

高敬陽 尚穎 山嵐

  摘 要:針對新時期提出的計算機基礎教學中計算思維的培養問題,給出了理解認識和教學實踐中的落實。計算思維的培養通過能力培養來實現,在化工類院校,教學內容中把具有化工專業特色的專業案例教學作為學生計算思維培養的有效載體,教學方法上結合分級分層教學與參加大賽及建設使用資源網站有機結合來具體實施計算思維的培養。

  關鍵詞:化工類院校;計算機基礎教學;計算思維;應用能力

  一、計算思維培養與能力培養相輔相成

  計算思維是信息時代每個人都應當具備的一種思維方式,計算機不僅為不同專業領域提供了解決專業問題的有效方法和手段,而且提供了一種獨特的處理問題的思維方式。在計算機基礎教學中有意識地培養學生的計算思維,真正認識到計算機不僅是工具,而且是可以啟發人們思考問題的科學方法,引導學生站在計算思維的高度觀察和處理問題,有利于教師提升課程的廣度與深度。

  2012年教育部高教司設立了以計算思維為切入點的“大學計算機課程改革項目”。2013年5月教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會發表了旨在大力推進以計算思維為切入點的計算機教學改革宣言。宣言指出,開展以計算思維培養為切入點的大學計算機課程改革將是大學計算機課程的第三次重大改革。以培養計算思維意識和方法為導向的教學改革,著眼于培養學生從本質上和全局上建立對于問題的解決思路,從而達到提高計算機應用水平的目的。計算思維的培養并不是要代替對于知識和能力的培養,相反,它與知識和能力培養呈現遞進的關系。

 ?。?)計算思維的培養通過能力培養來實現。計算思維是思考和處理問題的一種思維方式,計算思維是抽象的,這種能力的培養應該依賴于具體化的實際應用能力的培養。通過應用能力的培養、應用能力的訓練來完成計算思維能力培養的過程。周以真教授給出的計算思維概念中主要是強調用計算機科學的概念和方法進行問題求解,實際上首先應該培養學生利用計算機的意識,有了利用計算機的意識才能進而尋求利用其特有的方法來解決問題。解決問題的過程就要培養學生學會有意識地使用計算思維的基本方法分析和處理,分析和處理問題的過程通過計算機應用能力來實現,所以說,計算思維的培養要通過應用能力的培養來具體化。二十多年的計算機基礎普及教育讓我們看到,計算機不僅僅幫助我們解決了很多問題,而且大大改變了人們的生活方式、工作方式、行為方式乃至思維方式。因此,計算機應用能力的培養是計算思維能力培養的一種具體形式。

 ?。?)計算思維的培養貫穿于大學四年計算機基礎系列課程。以培養計算思維意識和方法為目標的計算機基礎教學改革,著眼于培養學生從本質上和全局上來建立對于問題的解決思路,從而達到提高計算機應用水平的目的。計算機應用水平提升依賴于計算機應用能力的培養,計算機應用能力的培養貫穿在大學四年系列計算機基礎課程及培養環節中,并不僅在一兩門課程中完成。2004年白皮書指出的4個知識領域、8大??槭譴笱Ъ撲慊∠盜鋅緯痰鬧饕諶?。幾年來的教學實踐證明,對于計算機應用能力的培養行之有效,極大提高了學生的計算機應用能力和信息素養。隨著學生計算機應用能力的提高和信息素養的提升,學生利用計算機解決問題的能力得到增強。計算思維培養通過能力培養來實現,所以,計算思維的培養也要貫穿在大學四年的計算機基礎系列課程和輔助培養環節中,四年不斷線培養。

 ?。?)專業案例教學是計算思維培養的有效載體。計算機在化工領域的應用極大促進了化工專業的發展,化學化工對于計算機應用能力的要求也越來越廣泛。如設計、優化、仿真、分析、控制、操作及研究等,都要求學生具備很強的計算機應用能力,特別在計算、仿真、分析中均要求比較強的計算思維能力,才能夠解決其專業領域的問題。將計算思維與計算機基礎教學有機結合,強調結合化工類專業案例的針對性教學,將成為化工類院校大學生計算思維培養的有效載體。

  二、化工類院?;詡撲闥嘉嘌慕萄諶?/strong>

  目前我校大學計算機基礎系列課程包括“大學計算機基礎、程序設計、數據庫技術及應用、多媒體技術及應用、軟件技術基礎、網頁的設計與制作、Matlab基礎及應用、Internet實用技術”共八門課程。為了培養學生的計算思維,我校在計算機基礎教學內容中增加面向各個專業的案例教學來培養學生的計算思維能力,把案例教學作為培養計算思維能力的有效載體。

  多年來教學上存在的一大問題是,我們教給學生的是一門一門獨立的計算機課程,學生學完該課程后不知如何應用及用在何處。這就造成了非計算機專業的學生對計算機基礎課程不重視,認為與其專業課程、專業發展關系不大,學不學無所謂,學好學壞無所謂。在計算機基礎教學內容中,采用面向其專業的案例教學,讓學生有意識地使用計算機,將專業問題轉變為計算機可以解決的形式,并學會用計算機解決具體問題的方法和手段,這正是利用計算思維解決問題的方法,與計算思維的培養相一致。案例教學成為專業知識和計算機知識融會貫通、建立有機聯系的橋梁和紐帶,更好地實現了專業化和信息化相融合。

  我校現有專業分為四大類,分別是化工/材料類、機電/信息類、理科基礎類、經管文法類。按照四大類收集積累各個專業的典型應用案例。將團隊中任課教師按授課專業固定下來,利于教師熟悉該類專業計算機應用需求,收集整理不斷更新該類專業的典型應用案例,并分門別類歸納整理形成教學素材。教學內容中,結合學生所學專業給出本專業計算機應用實例,面向專業應用,進行專業案例教學。例如應用的案例有:在WORD中繪制流體萃取工藝流程圖,用EXCEL解化工過程分析與合成優化問題、序貫??櫸ǖ牡撲?、化學實驗數據統計分析等;在“程序設計”課程的重要章節例題和習題均有專業問題的應用,如Na2CO3總堿度測定實驗數據處理、乙三烯的π分子軌道的能量、調節閥計算過程、PID算法和數字仿真等?;だ嘣盒0匆韻濾拇罄喔齙陌咐萄諶薟糠職咐?。

  表1 不同專業案例部分舉例

  大學計算機基礎 程序設計(C/ VB)
化工/材料類 1.流體萃取工藝流程圖(WORD) 2.序貫??櫸ǖ牡撲悖‥XCEL) 3.化工過程分析與合成優化計算(EXCEL) 1.氣體狀態方程 2.乙三烯的π分子軌道的能量 3.Na2CO3總堿度測定實驗數據處理
機電/信息類 1.實驗數據點的線性擬合(EXCEL) 2.方程組求解(EXCEL) 3.傅里葉級數的應用(EXCEL) 1.調節閥計算過程 2.PID算法和數字仿真 3.孔板計算
理科基礎類 1.麥克斯韋速度分布律,求氮分子運動的速度分布曲線(EXCEL) 2.采用Grubbs方法檢驗實驗數據 1.高斯消去法求解方程組的解 2.定步長、變步長辛普生積分 3.模擬化學實驗并處理數據
經管文法類 1.彩票分析與預測(EXCEL) 2.財務預算(EXCEL) 3.1998年香港金融保衛戰(WORD) 4.NBA薪酬體系介紹(WORD) 1.字符串處理——簡單密碼檢測程序 2.會員商店/俱樂部管理 3.檔案管理

  專業案例融入課程內容的若干主題當中,貫徹“專業案例驅動”,通過專業案例載體傳授給學生利用計算機的意識、解決問題的方法和手段。通過每個典型的、針對性強的、貼近專業的案例推動知識的展開,與通識教育基礎內容有機融合,推行“提出問題-分析問題-引入新知識-解決問題-總結提高”的教學模式,促進形成以計算思維為導向的思維方法。同時,激發學生對信息技術學習的熱情,落實了計算思維的培養過程。

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