摘要：如何在高校通識教育課程設(shè)置中融入計算思維的培養(yǎng)目標，已成為計算機教學工作者及高等教育課程體系制訂者的研究課題之一。該文介紹了計算思維概念及研究現(xiàn)狀，分析了國內(nèi)大學通識教育現(xiàn)存問題，并在借鑒美國眾多研究型大學通識教育課程的多種模式經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對于大學計算機通識教育課程的設(shè)計提出了思路建議。

關(guān)鍵詞：計算思維；通識教育；課程設(shè)置模式

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）15-3554-03

近年來，計算思維（Computational Thinking）的培養(yǎng)成為國際和國內(nèi)計算機專家和教育學者研究的熱點。作為信息時代中的一種最基礎(chǔ)、最普遍、最適用和不可缺少的基礎(chǔ)思維方式和能力，計算思維的培養(yǎng)，在我國高校推行大類教學試點的今天，如何融入高校尤其是研究型高校的計算機通識教育課程體系，成為計算機教學工作者及高等教育課程體系制訂者的研究重點課題之一。

1 計算思維概念的提出和研究現(xiàn)狀

1.1計算思維的概念

計算思維是當前一個頗受關(guān)注的涉及計算機科學本質(zhì)問題和未來走向的基礎(chǔ)性概念。這一概念最早是由麻省理工學院（MIT）的 Seymour Papert 教授在 1996 年所提出的，隨后將這一個概念提出到學術(shù)界視野并受到廣泛關(guān)注的代表人物是美國國家自然基金會計算與信息科學工程部助理部長周以真教授（J M. Wing，Carnegie Mellon大學計算機科學系），其于 2006 年在Communications of the ACM（美國計算機權(quán)威期刊）上正式提出計算思維的定義，“計算思維是運用計算機科學的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計、以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?！?[1]，我國學者李國杰教授進一步指出：計算思維是一種有關(guān)于問題描述、問題建模和問題求解的科學思維能力。[2]周以真教授認為，計算思維是一種本質(zhì)的、所有人都必須具備的思維方式，就像閱讀、寫字、做算術(shù)一樣，成為人們最基礎(chǔ)、最普遍、最適用和不可缺少的基礎(chǔ)思維方式。猶如印刷出版促進3R（Reading，wRitting and Rithmetic）的普及，計算活動和計算機也以類似的正反饋促進了計算思維的傳播[1]。這一概念一經(jīng)提出，旋即引起國內(nèi)外計算機界、哲學界及社會學界的廣泛研究與探討。

1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

當前，計算思維的一系列方法（遞歸、關(guān)注點分離、抽象和分解、保護、冗余、容錯、糾錯和恢復(fù)）在教學和培訓中的應(yīng)用研究正在各國逐步展開探索[3]。計算思維的理念在美國教育界得到了廣泛支持，不僅有卡內(nèi)基.梅隆大學的專題討論，更有包括美國計算機協(xié)會（ACM）、美國國家計算機科學技術(shù)教師協(xié)會（CSTA）、美國數(shù)學研究所（AIM）等組織在內(nèi)的眾多團體的參與。美國國家科學基金會（NSF）重大基金資助計劃 CDI中列出在軟件工程課程中引入計算思維中的關(guān)注點分離等方法，及其在《圖像處理》教學中的應(yīng)用等研究[3]。

對計算思維的探討也在英國的教育界持續(xù)升溫，計算思維對哲學、物理、生物、醫(yī)學、建筑、教育等各個不同的領(lǐng)域?qū)W科的影響是主要的研討主題，英國計算機學會BCS（British Computer Society）組織了歐洲的專家學者對計算思維進行研討并提出了歐洲的行動綱領(lǐng)[2]。

20世紀初，計算思維也進入我國學者的研究視野中.2008年，我國高等學校計算機教育研究會就科學思維與科學方法在計算機學科教學創(chuàng)新中的作用舉辦研討會。會議以計算思維領(lǐng)域的研究以及它在科技創(chuàng)新與教育教學中的重要作用為主題，重點研討如何將計算機課程與學科相結(jié)合，講授計算思維方法?！毒判Ｂ?lián)盟（C9）計算機基礎(chǔ)教學發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》（2010）中也將“把培養(yǎng)學生的‘計算思維’能力作為大學計算機基礎(chǔ)教學的核心任務(wù)”作為結(jié)論性的要點提出[4]。

針對在高等教育階段的計算思維培養(yǎng)，目前國內(nèi)學者的一致觀點是，計算思維是三大現(xiàn)代科學的基礎(chǔ)思維精神和能力之一（另兩個為數(shù)學、物理能力），是高等學校尤其是研究型大學學生在日常的學習、研究與將來的工作所必須的基本思維能力。在我國目前及將來的高等教育課程體系中，計算思維的培養(yǎng)是不可忽視的一個領(lǐng)域，是大學通識教育層面的重要部分。

筆者認為，大學計算機基礎(chǔ)課程體系的改革，可以考慮從計算思維的培養(yǎng)這一角度入手，而不是簡單的操作技能的訓練，而是以提升素養(yǎng)、訓練思維、培養(yǎng)能力作為課程培養(yǎng)目標，以基于學生和學校特點的多種不同形式存在于通識教育課程體系中。

2 國內(nèi)大學計算機通識教育課程的現(xiàn)狀

關(guān)于通識教育的涵義，國內(nèi)外學者已有很多不同角度的闡釋。從性質(zhì)、目的、內(nèi)容三個維度來界定，可以得出大多數(shù)國內(nèi)外專家所認可的通識教育的涵義，“通識教育是針對所有大學生的非專業(yè)和非職業(yè)性的教育，是高等教育的重要組成部分；是一種關(guān)注人的全面和諧發(fā)展的文明教育和人性教育；其內(nèi)容是一種廣泛的涉及涵蓋所有學科的基本的，一般性的知識及關(guān)于人的生活的各個領(lǐng)域的知識和技能的教育[5]”。同時，通識教育的內(nèi)涵和內(nèi)容也會隨著社會的發(fā)展而變化，從而具備一定的時代特征。由此可以得出，隨著人類社會進入信息化時代，計算能力成為作為社會人的生存基本必備能力，計算思維的培養(yǎng)也隨之成為高校通識教育的重要內(nèi)容。

談到我國高校計算機通識教育的現(xiàn)狀，就不能不先對目前高校通識教育課程的整體局面作出審視。當前我國大學通識課程多以公共課和選修課的面目出現(xiàn)，很多學校的通識教育基本上局限于教育部所規(guī)定的常規(guī)公共必修課，如大學英語、思想政治、大學計算機基礎(chǔ)等，具備通識性質(zhì)的課程偏少，課程的內(nèi)容過于偏向應(yīng)用型和專業(yè)化。雖然一些高校的培養(yǎng)方案里列出的通識課程總量上看似相當多，但是由于教務(wù)實際操作上的一些具體原因，如總學分中的必修和選修課程的限定比例、超出學分的課程收費等，所以能夠真正讓學生修習到的通識課程十分有限，同時課程體系內(nèi)部承接性和邏輯性不強，同時在學生面對課程作出選擇時也缺乏提供以必要的指導。不少學校對通識教育目標的理解尚不夠深入，實施途徑還比較單一，課程設(shè)置和講授內(nèi)容也不夠合理。

總之，大部分高校包括相當數(shù)量的“985”和“211”研究型大學，具有明確教育理念和完整結(jié)構(gòu)的通識教育課程體系還未形成。在這樣的普遍對通識教育理念認識不足的環(huán)境中，高校計算機公共課程的內(nèi)容和教學方式也存在相當?shù)钠?，文化的?nèi)涵少，基礎(chǔ)技能的內(nèi)容多。課程主要局限于講授計算機的基本概念以及常用/流行軟件產(chǎn)品的使用。計算機公共課程更是僅限于軟件操作訓練式的“大學計算機基礎(chǔ)”及程序設(shè)計類課程，計算思維的培養(yǎng)也就無從談起。

3 美國大學通識教育課程開設(shè)的經(jīng)驗

通識教育是美國大學本科教育的核心和基礎(chǔ)，有著悠久的開展歷史。有無開設(shè)通識教育是美國大學在通過區(qū)域性認證組織認證時的必需條件，因此在美國通過認證的大學都設(shè)有通識教育課程。各大學要求學生需要修習的通識教育課程總量大約占到其本科階段要修習的課程總量的1/3左右[6]，在本科教育中的重要地位可見一斑。尤其是眾多研究型大學，均將通識教育課程的建設(shè)作為其本科教育的核心任務(wù)，并在長期的實踐中形成了具有不同特色的通識教育課程體系模式。

以下簡要介紹其中的三種主要模式：

3.1基于大類學科的模式

基于大類學科的模式是將通識教育課程整體按照傳統(tǒng)教育意義上的大類學科來作出區(qū)分并分類組織課程，例如自然學科類、社會學科類、人文和藝術(shù)學科類等。具體操作時常有兩種方式，第一類是自由模式，即完全任由學生按照興趣在各學科類別的課程中自由選擇，僅需滿足學校所規(guī)定的各大類中必須修習的課程學分數(shù)即可；第二類是組合模式，即學校將每個大類學科間的不同課程進行合理搭配與組合后再提供給學生進行限制性選擇。組合模式作為基于大類學科模式一種自我修正完善的版本，常常被美國高校采用，此模式能夠有效解決自由模式的最為人所詬病的弊端，即學生在各大類間選課時的盲目性和無關(guān)聯(lián)性，有助于實現(xiàn)學科大類中各個學科課程的關(guān)聯(lián)和融合。

3.2基于知識與能力的模式

此種模式在課程設(shè)置時將通識培養(yǎng)計劃中列出的基本能力和各能力所涉及的知識主題作為論據(jù)，而并不遵照傳統(tǒng)的學科大類。例如，Harvard大學的作法是將審美能力、文化理解能力、實證數(shù)理能力、道德思考能力、認識生命和物質(zhì)世界的能力作為培養(yǎng)目標[6]，將校本的通識教育課程分為8個大類，以供學生從每一類中選取一門課程。此種設(shè)置模式在操作層面具備相當大的難度，需要集合各學科領(lǐng)域的教師和專家，在對社會時代的大環(huán)境需求及學生的個人發(fā)展需求進行深入廣泛的探討的基礎(chǔ)上總結(jié)歸納出需要培養(yǎng)的基本能力，并將相關(guān)各個學科的知識整合融入各個中心能力主題之中。

3.3兼顧模式

顧名思義，此模式混合了以上兩種模式的特點，在校本通識教育課程的總體設(shè)置中兼顧大類學科和知識能力這兩個維度。

分析美國“大學協(xié)會”中的59所大學的通識教育體系，采用混合模式的占有56%左右，基于大類學科模式和基于能力發(fā)展模式則各占22%。以上分析可以看出，美國研究型大學在通識教育的課程設(shè)置中注重人的能力和基本素質(zhì)的培養(yǎng)，注重各學科主題的交叉融合、學科系統(tǒng)知識的連貫性及學科間視野的開闊啟發(fā)性。這些經(jīng)驗對于我們推進通識教育課程體系改革，設(shè)計建設(shè)具有計算思維培養(yǎng)目標的計算機通識課程，具有相當大的借鑒意義。

4 基于計算思維培養(yǎng)的高校計算機通識教育課程設(shè)計要點

周以真教授認為，“計算思維是人類實現(xiàn)問題求解的一種途徑，但決非要使人類像計算機那樣思考。與計算機相比，人類富于創(chuàng)造力和想象力，使用計算設(shè)備，人們可以運用自己的智慧去解決那些在計算時代之前不敢嘗試的問題”[7]。計算思維的本質(zhì)是抽象和自動化，是一種在信息社會中人人都需要具備的基本思維能力，就如同3R能力。以上的想法，清晰地說明了培養(yǎng)計算思維能力在當代教育中的重要意義和基本目的。

如何在高校通識教育課程設(shè)計中體現(xiàn)這種思維能力的培養(yǎng)，筆者認為，其核心是要轉(zhuǎn)變對于通識教育的認識觀念，從課程設(shè)置、教學內(nèi)容、教學方法等不同層面角度上將計算思維融入教育過程中，潛移默化地培養(yǎng)學生的計算機文化素養(yǎng)，引導其自我建構(gòu)計算機科學思維能力并自發(fā)地應(yīng)用于學習和研究之中。

根據(jù)本文以上的多方面闡述分析和筆者多年從事大學計算機基礎(chǔ)教學工作的經(jīng)驗，對未來高校的計算機通識教育課程設(shè)置，提出以下的幾點，以供參考。

4.1實現(xiàn)“因類施教”

大類教學是我國高?？傮w課程體系改革的發(fā)展方向，在計算機通識教育課程設(shè)置中應(yīng)順應(yīng)這種趨勢。根據(jù)各大類（例如，文史類、藝體類、理學類、工程類）中不同學生特點和專業(yè)需要，在計算機教學內(nèi)容選擇上加以區(qū)別，實現(xiàn)“因類施教”。

4.2設(shè)置“層次遞進”的立體多元課程組合

根據(jù)專業(yè)學科特點，以推薦選修的方式組合呈現(xiàn)具有邏輯承接性的層次遞進的計算機類課程，避免學生自由選修的盲目性。在這方面，以華南師范大學為首的一些高校已進行了不少的先行探索，建立了計算機公共課“三層次”等不同的課程體系結(jié)構(gòu)。

4.3結(jié)合專業(yè)背景實現(xiàn)計算知識與學科知識的交叉融合

注重各個學科與計算機通用理論體系的交叉性領(lǐng)域，在教學內(nèi)容設(shè)計中注重與學科知識的融合，設(shè)計具有學科特點和綜合性的實驗訓練內(nèi)容。可以考慮吸收各專業(yè)學科中從事計算機相關(guān)研究的教師組成跨專業(yè)背景的教學團隊，共同從事課程設(shè)計和教學?！巴ㄟ^實例教學，使學生了解計算機在不同學科領(lǐng)域的應(yīng)用和問題解決時所涉及的計算方法與思想。這樣一方面有利于學生熟悉計算機學科的普適思維方式，同時又通過面向本學科專業(yè)的應(yīng)用案例的學習從而實現(xiàn)了對專業(yè)領(lǐng)域中計算機應(yīng)用的感性認識和理解”[8]。

4.4 利用項目驅(qū)動或任務(wù)驅(qū)動教學模式，培養(yǎng)問題求解的抽象思維

在具體教學中如何組織和呈現(xiàn)相應(yīng)的教學內(nèi)容，使學生理解計算思維的基本方法，而不是簡單的概念和知識的堆積？筆者認為，較為合適的教學過程應(yīng)該圍繞問題求解的基本過程，采用營造項目或任務(wù)驅(qū)動的教學環(huán)境，通過問題的引入，引導學生尋求解決問題的思路，構(gòu)造問題的解決方法或?qū)崿F(xiàn)方法，了解計算思維解決問題的一般步驟，理解計算在問題解決過程中所發(fā)揮的作用，拓展學生計算思維的意識與能力。以此提高學生運用計算機知識實現(xiàn)問題的抽象、進行問題求解和形式化描述的能力。

5 展望

作為現(xiàn)代科學三大思維能力，計算思維將是每個現(xiàn)代社會公民必需的生存技能和工具。如何加強高校學生尤其是研究型大學學生的計算思維的訓練，在我國高等學校通識教育課程體系建設(shè)中是不可忽視的重點課題。筆者將在以后的一線教學研究工作中，繼續(xù)總結(jié)經(jīng)驗，向讀者提供更具有科學依據(jù)的結(jié)論和實踐指導。

參考文獻：

[1] Wing J M，譚良.Computational Thinking[J].Communication of the ACM，2006，49（3）：33-35.

[2] 牟琴.譚良.計算思維的研究及其進展[J].計算機科學，2011（3）：10-15.

[3] 郭鋰.葉惠文.TPBIM在“廣東省高校計算機公共課教學改革”試點課程中的構(gòu)建與應(yīng)用——以“網(wǎng)頁設(shè)計與制作”課程為例[J].中國電化教育，2012，12（3）：111-135.

[4] 九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎(chǔ)教學發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明[J].中國大學教學，2010（9）.

[5] 李曼麗.通識教育——一種大學教育觀[M].北京：清華大學出版社，1999：226.

[6] 熊耕.美國研究型大學通識教育課程設(shè)置模式的分析及啟示[J].比較教育，2012（4）：47-51.

[7] 王移芝.魯凌云.周圍.以計算思維為航標，拓展計算機基礎(chǔ)課程改革的新思路[J].中國大學教學，2012（6）：39-41.

[8] 朱鳴華，趙銘偉，趙晶，等.計算機基礎(chǔ)教學中計算思維能力培養(yǎng)的探討[J].中國大學教學，2012（3）：33-35.