蘇中濱++劉文洋

摘 要：為了充分發(fā)揮大學(xué)計算機相關(guān)課程在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的作用，本文提出要以計算思維為中心，改革農(nóng)科院校計算機課程。探討了農(nóng)科院校計算機課程改革面臨的主要問題與基本解決思路，并介紹了積極主動的大學(xué)計算機改革策略。

關(guān)鍵詞：計算思維；農(nóng)科院校；計算機教育；課程改革；問題；策略

目前，我國的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)正處于高速發(fā)展之中，包括現(xiàn)代化數(shù)字農(nóng)業(yè)裝備、生物信息學(xué)、農(nóng)業(yè)信息化在內(nèi)的各個學(xué)科急需具有計算思維能力的復(fù)合型創(chuàng)新人才參與建設(shè)，計算思維對農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新的引領(lǐng)作用將愈加凸顯。但我國自行培養(yǎng)的這方面人才十分匱乏，究其原因，是農(nóng)業(yè)科學(xué)以實驗科學(xué)和實證思維為主，理論科學(xué)和邏輯思維為輔，計算科學(xué)和計算思維則相對缺乏。為了充分發(fā)揮大學(xué)計算機相關(guān)課程在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的作用，我們課題組對以計算思維為中心的農(nóng)科院校計算機課程改革進行了探索。

一、農(nóng)科院校計算機課程改革面臨的主要問題與基本解決思路

1.學(xué)生的層次水平存在明顯差異

農(nóng)科院校的新生，在計算機水平方面可謂參差不齊。由于農(nóng)科院校的專業(yè)特點，相對于其他類型的高校，農(nóng)村生源和貧困地區(qū)生源的比例相對要更高。很多農(nóng)科院校的農(nóng)村學(xué)生，在高中階段雖然學(xué)習(xí)了信息技術(shù)相關(guān)課程，但由于師資條件、硬件建設(shè)條件、升學(xué)壓力導(dǎo)致的學(xué)習(xí)傾向等原因，在計算機基礎(chǔ)知識和應(yīng)用能力等方面，仍然和城市學(xué)生有較大差距。因此，必須積極推進分層式教學(xué)，可在大一新生入學(xué)之初，進行計算機基礎(chǔ)能力測試，對于成績優(yōu)異的學(xué)生，可以免修部分計算機基本操作的實驗課程。

2.高校普遍存在的學(xué)風(fēng)問題

我國自1999年以來，各高校的招生規(guī)?？焖贁U張，高等教育毛入學(xué)率由1998年的9.8%增長到2011年的26.9%，高等教育總體規(guī)模躍居世界首位。中國教育結(jié)構(gòu)從“金字塔”轉(zhuǎn)變?yōu)椤疤菪巍?，以往處于“金字塔”頂端的高等教育人?shù)顯著增長[1]。根據(jù)馬丁·特洛教授提出的按毛入學(xué)率將高等教育劃分為精英、大眾、普及3個階段的理論，可以說，我國的高等教育已經(jīng)進入了后大眾化時代。

為了適應(yīng)我國高等教育的龐大規(guī)模，高等教育的管理者和工作者不斷對教育教學(xué)體制機制進行完善，但實踐中仍然遇到眾多問題。例如，在學(xué)生結(jié)束高中階段的學(xué)習(xí)，進入高校之后，為什么會出現(xiàn)普遍厭學(xué)的問題，其原因值得從事高校教學(xué)的教育工作者反思。探究產(chǎn)生不良學(xué)風(fēng)的原因，主要有社會風(fēng)氣、學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的主動性、學(xué)習(xí)方法簡單、學(xué)習(xí)興趣不足等多種原因。

應(yīng)對學(xué)風(fēng)問題是一個高等教育工作者需長期面對的課題，必須從入學(xué)開始就抓好學(xué)風(fēng)教育，要提高低年級學(xué)生的適應(yīng)能力，引導(dǎo)他們了解和熱愛自己的專業(yè)、掌握正確的學(xué)習(xí)方法，盡可能地在課程的設(shè)計中考慮如何培養(yǎng)學(xué)生的興趣。

3.如何正確處理計算機教育與計算機娛樂的關(guān)系問題

計算機是現(xiàn)代社會常見的娛樂工具，最為典型的是計算機游戲。近10余年來，高校中不乏沉迷游戲、耽誤學(xué)業(yè)的學(xué)生，很多教師和家長甚至擔(dān)心游戲會毀掉相當(dāng)一部分學(xué)生。

然而時至今日，游戲在娛樂產(chǎn)業(yè)中已經(jīng)居于主導(dǎo)地位，是一大類流行文化的代表。眾所周知，電影被稱為娛樂之王，但目前游戲行業(yè)的銷售額已經(jīng)超過了電影。高等教育工作者對于游戲，不能一味地排斥，而是應(yīng)該對其有客觀公正的認識，要引導(dǎo)學(xué)生正確地對待。

特別是在大學(xué)計算機相關(guān)課程的教學(xué)中，更應(yīng)幫助學(xué)生分析游戲的利與弊：游戲有它的未知性和神秘性，因此人們玩游戲時，能集中注意力，做好準(zhǔn)備來應(yīng)付突如其來的游戲事件；反之，在傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師總喜歡將現(xiàn)成的東西告訴學(xué)生，學(xué)習(xí)的過程只是機械的記憶過程，這樣的教學(xué)使學(xué)生缺少思考和想象的空間，缺少許多期盼，也缺少了好奇與激動[2]。如果教師能夠模仿游戲的優(yōu)勢來設(shè)計教學(xué)，并利用學(xué)生對游戲的興趣引起其對與游戲有關(guān)的計算機技術(shù)的興趣，則能夠更為有效地促進學(xué)生學(xué)習(xí)和成長。當(dāng)然，大學(xué)生雖已在認知能力方面具有一定基礎(chǔ)，但是自我控制能力未必足夠，游戲?qū)τ趯W(xué)生的誘惑力絕對不可小視，必須正確引導(dǎo)學(xué)生。

二、實施積極主動的大學(xué)計算機改革策略

1.引入學(xué)生感興趣的教學(xué)案例

興趣是最好的老師，如果學(xué)生興趣愛好狹窄，他將不能有效地采用恰當(dāng)?shù)摹⑦m合自己實際情況的記憶方法，對任何事物，包括高校中的課程，都缺少興趣與好奇心[3]。

課題組進行大學(xué)計算機相關(guān)課程改革的思路之一，即是試圖將大學(xué)計算機教育從枯燥的工學(xué)類課程教學(xué)風(fēng)格，改良成一種輕松活潑、寓教于樂的教學(xué)風(fēng)格，使教學(xué)內(nèi)容趣味化。

例如，為了能夠充分地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)的“大學(xué)計算機”課程的課堂教學(xué)中，播出了日本放送協(xié)會（NHK）聯(lián)合美國多家游戲設(shè)計、測試企業(yè)制作的游戲技術(shù)介紹視頻。在該視頻中，包含了利用圖形引擎技術(shù)替代傳統(tǒng)代碼編輯器開發(fā)游戲的內(nèi)容，使設(shè)計者不需要過多的學(xué)習(xí)即可上手設(shè)計工作，教師對此段視頻進行評述，即可引起學(xué)生對面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計、可視化程序設(shè)計的興趣；在該視頻中也出現(xiàn)了測試小組對游戲進行嚴格測試的鏡頭，教師可借此機會向?qū)W生介紹軟件工程中的生命周期概念，并講授測試的重要性以及測試的分類，由于依靠視頻能有效調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，所以學(xué)生能夠較好地對相關(guān)概念進行掌握；同時，視頻也介紹了游戲制作的復(fù)雜步驟，使同學(xué)們了解到游戲涉及了系統(tǒng)工程和眾多高新技術(shù)，引導(dǎo)他們產(chǎn)生對先進科學(xué)技術(shù)進行探索的興趣。

2.重點突出，培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力

為了能夠在新生入學(xué)的第一個學(xué)期就開始培養(yǎng)計算思維，在“大學(xué)計算機”課程中，課題組選擇和設(shè)計了一組算法介紹案例。對于相關(guān)案例的選擇，必須充分體現(xiàn)出以培養(yǎng)計算思維為核心的特點，案例不需要過多，但一定要講授得詳細。例如“哥尼斯堡七橋問題”，教師們都知道是一個理解圖的連通性的好例子，但是如果只是泛泛地介紹結(jié)論，并不能很好地幫助學(xué)生理解。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)開展的教學(xué)實踐中，對“哥尼斯堡七橋問題”使用了啟發(fā)式教學(xué)，讓學(xué)生對“哥尼斯堡七橋問題”進行嘗試性的解決，然后再對歐拉提出的連通性推導(dǎo)方法進行較為詳細的介紹，幫助學(xué)生形成對于圖論的第一印象。endprint

“程序設(shè)計基礎(chǔ)”課程則是訓(xùn)練學(xué)生計算思維的一類直接有效而且可操作性強的平臺[4]，“程序設(shè)計基礎(chǔ)”課程的核心任務(wù)是提高學(xué)生對問題求解的抽象能力、抽象思維和抽象表示能力。教師可以引導(dǎo)學(xué)生將在“大學(xué)計算機”課程中初步培養(yǎng)的計算思維思想靈活應(yīng)用，以促進程序設(shè)計類課程的學(xué)習(xí)。例如在“大學(xué)計算機”課程中，課題組引入了“漢諾塔”案例幫助學(xué)生了解遞歸算法，到了“程序設(shè)計基礎(chǔ)”課程中，則可以引導(dǎo)學(xué)生練習(xí)設(shè)計解決“漢諾塔”問題的遞歸程序。

“程序設(shè)計基礎(chǔ)”課程必須充分發(fā)揮實踐課程的優(yōu)勢，而不是一味地向?qū)W生灌輸理論知識。課題組在教學(xué)改革實踐中側(cè)重將部分案例的算法思想教授給學(xué)生，而對于程序設(shè)計的語法僅介紹了最為常用的部分。學(xué)生課后進行了自學(xué)，充分發(fā)揮了自主學(xué)習(xí)的優(yōu)勢，掌握了直接教授和要求自學(xué)的知識，完成了程序設(shè)計。

培養(yǎng)計算思維能力也要突出系統(tǒng)思維，如果練習(xí)僅是由各個功能單一的模塊組成，則不能起到培養(yǎng)學(xué)生整體系統(tǒng)思維的效果。因為教學(xué)的對象畢竟是非計算機類專業(yè)學(xué)生，所以課題組選擇了小規(guī)模的數(shù)據(jù)庫管理軟件，逐一介紹各個模塊的功能、原理和算法思路，并要求學(xué)生進行模仿式的程序設(shè)計，完整地設(shè)計功能相似的軟件系統(tǒng)，以幫助學(xué)生建立整體性、系統(tǒng)性的計算思維。

3.拓寬學(xué)生獲取知識的方式

高校中的圖書館、無處不在的互聯(lián)網(wǎng)，學(xué)生有充分的接觸知識的機會，可是教師們發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生的學(xué)業(yè)不能夠高質(zhì)量地完成，甚至連書本上的知識都無法熟練掌握。這樣的事實顯然說明，很多情況下沒有能夠充分提高學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力。與此相對的是，如果能夠通過引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，完全可以在課堂教學(xué)中實現(xiàn)有選擇性的講授，同時將部分學(xué)習(xí)內(nèi)容放在網(wǎng)絡(luò)課堂上。

以東北農(nóng)業(yè)大學(xué)的課程改革為例，我校的大學(xué)計算機相關(guān)課程現(xiàn)行體系是“1+X+Y”模式，其中“1”指的是大學(xué)一年級第一學(xué)期的“大學(xué)計算機”課程，為必修課；“X”為第二學(xué)期的5門限選課，主要包括了程序設(shè)計類課程和農(nóng)業(yè)院校的特色課程“數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用”；“Y”為若干門任選課。由于在課堂教學(xué)中特別是第一學(xué)期“大學(xué)計算機”的課堂教學(xué)中，強調(diào)以引導(dǎo)興趣為主，而對于鍛煉計算思維能力的案例，又使用了少而精的策略，可以說與同類院校相比，課堂教學(xué)中傳授的知識是相對偏少的。

因此，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)的課程改革十分重視泛在化學(xué)習(xí)平臺的建設(shè)，將與教材相比更為完善的教學(xué)內(nèi)容、豐富多樣的教學(xué)案例和多媒體課件、視頻都在網(wǎng)絡(luò)泛在化學(xué)習(xí)平臺中提供給學(xué)生，使他們能夠利用課余時間展開進一步的學(xué)習(xí)。泛在化學(xué)習(xí)平臺主要包括在線測試系統(tǒng)、在線作業(yè)系統(tǒng)、在線試題庫系統(tǒng)、在線學(xué)習(xí)論壇（可用于學(xué)生自主交流和教師答疑）、輔導(dǎo)答疑系統(tǒng)、交流模塊（該模塊主要有聊天室、郵件、論壇和文件檢索等功能）、資源模塊（包括視頻資源、其他資料工具軟件）、自主學(xué)習(xí)支持工具模塊（此模塊主要向?qū)W生提供一些自主學(xué)習(xí)輔助工具，如監(jiān)控管理、記錄本工具、學(xué)習(xí)導(dǎo)航等）。

在課題組展開的大學(xué)計算機相關(guān)課程教學(xué)改革實踐中，通過對教學(xué)實踐前后的學(xué)生進行多次調(diào)查問卷，可以認為學(xué)生的思維能力特別是計算思維能力在教學(xué)中得到了有效的發(fā)展，抽象表達能力有了顯著的提高。同時課題組發(fā)現(xiàn)仍存在一些問題，主要表現(xiàn)為教學(xué)手段不夠豐富，教師對新的教學(xué)方法不夠熟練，師生對新的教學(xué)模式不太適應(yīng)，特別是在以培養(yǎng)計算思維為中心的教學(xué)模式中，需要圍繞算法的設(shè)計、驗證和思考過程，重點設(shè)計師生的交互。這些都是課題組下一個階段需要解決的重要問題。

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[本文為2011年度黑龍江省教育廳規(guī)劃課題“高等農(nóng)業(yè)院校建立學(xué)生計算思維能力培養(yǎng)體系的研究”研究成果之一，研究項目編號：GBC1211016]

[責(zé)任編輯：余大品]endprint