董永健DONG Yong-jian

（常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，常州213164）

0 引言

“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”是目前國(guó)內(nèi)高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)教育公共基礎(chǔ)課程。課程主要由理論知識(shí)講授和操作技能訓(xùn)練兩部分組成。理論教學(xué)主要包括：計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本概念、計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)安全、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)基礎(chǔ)、程序設(shè)計(jì)與算法基礎(chǔ)、多媒體技術(shù)基礎(chǔ)等方面的內(nèi)容。操作技能訓(xùn)練包括：Windows操作系統(tǒng)的一些基本操作和常用軟件的使用，主要是Office辦公自動(dòng)化軟件、網(wǎng)頁(yè)制作軟件及圖像處理軟件等。

2010年10月在“第六屆大學(xué)計(jì)算機(jī)課程報(bào)告論壇”上，由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳國(guó)良院士提出將計(jì)算思維引入大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)，從此計(jì)算思維得到了國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育界的廣泛重視。利用計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)來(lái)培養(yǎng)大學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維能力，讓學(xué)生學(xué)會(huì)利用計(jì)算思維去思考、解決問(wèn)題，對(duì)提高計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)水平、培養(yǎng)優(yōu)秀人才具有重要的意義。

1 計(jì)算思維的內(nèi)容

美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真（Jeannette M.Wing）教授于2006年3月在美國(guó)計(jì)算機(jī)權(quán)威期刊《Communications of the ACM》上給出[1]，并定義的計(jì)算思維（Computational Thinking）是：運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問(wèn)題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為，它包括了涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)[2]。這一概念深度概括和抽象，讓人難以理解，同時(shí)周教授又把計(jì)算思維引伸成七大類方法。由于教學(xué)對(duì)象是非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生，無(wú)論是概念還是進(jìn)一步引伸，仍然顯得晦澀難懂，對(duì)教學(xué)工作幾乎不存在可操作性，需要探討研究，力圖重新規(guī)劃成可以開(kāi)展教學(xué)的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)探討分析，大家發(fā)現(xiàn)周以真教授對(duì)計(jì)算思維的論述涵蓋了“意識(shí)、方法和本質(zhì)”三個(gè)方面問(wèn)題：

1.1 計(jì)算思維意識(shí) 計(jì)算思維從古至今，無(wú)所不在。計(jì)算思維的內(nèi)容在不斷地拓展延伸。所以計(jì)算思維并不是一種新發(fā)明，而是人類早已存在的思維活動(dòng)，是每個(gè)人都具備的一種技能。目前，計(jì)算思維與理論思維、實(shí)驗(yàn)思維一起已被公認(rèn)為人類的三大科學(xué)思維。數(shù)學(xué)學(xué)科以推理和演繹來(lái)培養(yǎng)理論思維（即推理思維），物理學(xué)科以觀察和總結(jié)自然規(guī)律來(lái)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)思維（又稱實(shí)證思維），計(jì)算機(jī)學(xué)科以設(shè)計(jì)和構(gòu)造來(lái)培養(yǎng)計(jì)算思維（又稱構(gòu)造思維）計(jì)算思維的案例在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中也是處處存在的。關(guān)鍵是人們?nèi)绾伟延?jì)算思維從無(wú)意識(shí)變?yōu)橛幸庾R(shí)，從被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)地去解決各類問(wèn)題。

1.2 計(jì)算思維方法 計(jì)算思維內(nèi)容的核心是計(jì)算思維方法，周以真教授將其引伸為七大類方法。總而言之，可概括成兩大類：一類是出自數(shù)學(xué)和工程的方法；另一類是出自獨(dú)有的計(jì)算機(jī)科學(xué)方法。計(jì)算思維與計(jì)算方法彼此促進(jìn)，彼此互補(bǔ)。計(jì)算思維方法是通過(guò)計(jì)算方法對(duì)計(jì)算思維研究取得的成果進(jìn)行反復(fù)研究和吸收來(lái)豐富內(nèi)容的。

在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中，幾乎每一個(gè)定義都與計(jì)算思維方法相對(duì)應(yīng)。例如，Cache是預(yù)置和緩存方法，多核處理器是并行處理方法。[3]在計(jì)算機(jī)應(yīng)用課題中，每一個(gè)案例都是多種計(jì)算思維方法的集合。

1.3 計(jì)算思維的本質(zhì) 計(jì)算思維的根本內(nèi)容即其本質(zhì)是“抽象化”和“自動(dòng)化”。與數(shù)學(xué)和物理科學(xué)相比，計(jì)算思維中的抽象完全超越物理時(shí)空觀，并完全用符號(hào)來(lái)表示。數(shù)學(xué)抽象的最大特點(diǎn)是拋開(kāi)現(xiàn)實(shí)事物的物理、化學(xué)和生物學(xué)等特性，而僅保留其量的關(guān)系和空間形式，而計(jì)算思維中的抽象化卻不僅僅如此。不僅有形式化表示，而且表示還應(yīng)具備有限性、程序性和機(jī)械性。

2 計(jì)算思維教學(xué)現(xiàn)狀

①計(jì)算思維教學(xué)的無(wú)意識(shí)的。由于計(jì)算思維的研究不是很成熟，又因?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用的根本是求解問(wèn)題，而且問(wèn)題求解的方法就是計(jì)算思維的方法，所以計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育者都在無(wú)意識(shí)、潛移默化地實(shí)行計(jì)算思維教學(xué)。②對(duì)培養(yǎng)計(jì)算思維能力的重要性缺乏認(rèn)識(shí)。以前，人們普遍觀點(diǎn)是計(jì)算思維是計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力之一，沒(méi)有真正意識(shí)到它是人類的三大科學(xué)思維之一，是推動(dòng)人類文明發(fā)展和科學(xué)進(jìn)步的三大支柱之一，是21世紀(jì)人才必備的根本技能。所以，從某戰(zhàn)略高度將計(jì)算思維從計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力中突顯出來(lái)，作為學(xué)習(xí)者的一種基本技能來(lái)實(shí)施教學(xué)。③教學(xué)只注重技術(shù)與應(yīng)用，卻忽視了思維方法。由于開(kāi)發(fā)軟件或系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的最終目的，因此教學(xué)上只重視它們的開(kāi)發(fā)過(guò)程和細(xì)節(jié)，而忽視了引導(dǎo)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的思維方法教學(xué)。因此計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)必然要將課程提升至思維教學(xué)的高度。

3 面向計(jì)算思維的教學(xué)改革策略

①開(kāi)展計(jì)算思維教學(xué)是大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程原有內(nèi)容的提高和優(yōu)化，并不是顛覆。將計(jì)算思維與基礎(chǔ)課程進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，計(jì)算思維教學(xué)由無(wú)意識(shí)變有意識(shí)，由被動(dòng)變主動(dòng)，有消極變積極。②大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)應(yīng)是綜合“技能、知識(shí)和思維”三方面內(nèi)容的課程。所有學(xué)生必須熟練掌握計(jì)算機(jī)的基本操作技能。以往在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中教師著重是知識(shí)講解及傳授，而忽視了計(jì)算思維的培養(yǎng)。今后教師需將課程內(nèi)容的知識(shí)點(diǎn)重新整理，在傳授理論知識(shí)的同時(shí)把計(jì)算思維方法直接傳授給學(xué)生。并通過(guò)案例分析、課堂討論等方式，來(lái)強(qiáng)化學(xué)生思維能力的培養(yǎng)，讓學(xué)生掌握運(yùn)用計(jì)算思維來(lái)求解問(wèn)題的方法步驟。③訓(xùn)練計(jì)算思維的課程有很多，但是“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”是訓(xùn)練大學(xué)生計(jì)算思維的最佳課程，因?yàn)樗歉黝惛咝Ｋ袑W(xué)生必修的課程。根據(jù)目前高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)普遍采用“1+X”或“2+X”的課程體系，我認(rèn)為在開(kāi)展計(jì)算思維教學(xué)中，關(guān)鍵是“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”，重點(diǎn)是“程序設(shè)計(jì)課程”，目的是“X門(mén)應(yīng)用課程”。學(xué)生通過(guò)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)能在一個(gè)較高的層次上利用計(jì)算機(jī)、認(rèn)識(shí)并處理計(jì)算機(jī)應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并且能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)科學(xué)中的一些理念、技術(shù)和方法有意識(shí)的借鑒、運(yùn)用到各自的專業(yè)學(xué)習(xí)中。④我校作為應(yīng)用型的高職高專院校,不能簡(jiǎn)單照搬本科高校的教學(xué)內(nèi)容。而應(yīng)把計(jì)算思維的理念融入到探究教學(xué)中，運(yùn)用計(jì)算思維的方法來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性、合作性、發(fā)展性、創(chuàng)造性，提倡以學(xué)生為本，進(jìn)而更好地發(fā)揮二者的效力，綜合利用計(jì)算思維的教學(xué)策略，構(gòu)建以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，以能力培養(yǎng)為目標(biāo)的思維教學(xué)新意圖。根據(jù)基于計(jì)算思維的探究教學(xué)方案，我們采用案例教學(xué)法學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，從而通過(guò)探究計(jì)算思維來(lái)提高教學(xué)效果和培養(yǎng)學(xué)生思維能力。具體做法：1）通過(guò)挖掘課程教材，提出方案問(wèn)題。2）運(yùn)用計(jì)算思維的方法來(lái)啟發(fā)學(xué)生思考。在這一步驟中，學(xué)生根據(jù)教師提出的問(wèn)題，思考解決的方案。教師在課堂上發(fā)揮主導(dǎo)作用，運(yùn)用計(jì)算思維方法來(lái)啟發(fā)學(xué)生，幫助學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生。3）實(shí)時(shí)提供資源，幫助學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)。4）提供協(xié)助，讓學(xué)生小組協(xié)作運(yùn)用計(jì)算思維解決問(wèn)題。5）總結(jié)拓展。這一步的關(guān)鍵是教師對(duì)問(wèn)題進(jìn)行交流歸納，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，拓展傳遞知識(shí)。學(xué)生運(yùn)用所學(xué)方法討論、反思、遷移知識(shí)。

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

[2]陳國(guó)良，董榮勝.計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué),2011(1):3.

[3]李廉.計(jì)算思維—概念與挑戰(zhàn)[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué),2012(2):5.