李玉　徐燕　汪巍

摘要：文章分析了國內(nèi)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)現(xiàn)狀及其原因，引入“計(jì)算思維”概念，闡述計(jì)算思維對于培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的重要性，提出大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)急需引入基于“計(jì)算思維”的教學(xué)方式。以“教改班”和“華羅庚學(xué)院”學(xué)生為學(xué)習(xí)主體，構(gòu)造了一種啟發(fā)探索和任務(wù)驅(qū)動相結(jié)合的課程教學(xué)模式，實(shí)踐證明該教學(xué)模式能逐步培養(yǎng)提升大學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維能力。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；思維能力；大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)；教學(xué)模式；教學(xué)改革

中圖分類號：G420 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）04-0775-03

根據(jù)教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會的要求，大學(xué)生必須學(xué)會并掌握計(jì)算機(jī)的軟硬件基礎(chǔ)知識[1]。大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后的第一門計(jì)算機(jī)課程，課程的內(nèi)容基本是有關(guān)領(lǐng)域的知識的壓縮，課程涉及知識面廣，對于學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、學(xué)科能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)發(fā)揮著重要的作用。2010年8月9所高校發(fā)表《九校聯(lián)盟（C9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》[2]，旨在推動高校的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中引入計(jì)算思維去思考和解決問題，以計(jì)算思維能力的培養(yǎng)為核心，為將來的大學(xué)課程打好基礎(chǔ)。

1 計(jì)算思維

美國心理學(xué)家和教育學(xué)家Rober J.Sternberg指出：思維教學(xué)的核心理念是培養(yǎng)聰明的學(xué)習(xí)者，教師不僅要教會學(xué)生如何解決問題，也要教會他們發(fā)現(xiàn)值得解決的問題[3]。國際上公認(rèn)的計(jì)算思維（Computational Thinking）是2006由美國卡內(nèi)基﹒梅隆大學(xué)的周以真J.M.Wing教授提出，其定義為：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動[4]。蔣宗禮教授認(rèn)為計(jì)算思維中的“計(jì)算”是“廣義”的計(jì)算。狹義的計(jì)算思維指“計(jì)算學(xué)科的計(jì)算思維”，是基于“計(jì)算機(jī)”以及計(jì)算機(jī)為核心的系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)、開發(fā)、利用活動中所需要的一種適應(yīng)計(jì)算機(jī)自動計(jì)算的“思維方式”[5]。但是隨著信息化的全面推進(jìn)，計(jì)算機(jī)不單涉及計(jì)算學(xué)科，它還與其他學(xué)科一起形成了新的學(xué)科，比如生物醫(yī)學(xué)、化工材料學(xué)等，因此計(jì)算思維也要適應(yīng)更大的研究范圍，使計(jì)算思維成為人們認(rèn)識和解決問題的重要思維方式之一。李國杰院士任組長的中國科學(xué)院信息領(lǐng)域戰(zhàn)略研究組撰寫的《中國至2050年信息科技發(fā)展路線圖》中對“計(jì)算思維”給予了足夠的重視，認(rèn)為，計(jì)算思維的培育是克服“狹義工具論”的有效途徑，是解決其他信息科技難題的基礎(chǔ)[6]。

2 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的現(xiàn)狀急需培養(yǎng)計(jì)算思維能力

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程所包含的內(nèi)容是有關(guān)領(lǐng)域的知識的壓縮，教學(xué)方式不當(dāng)易造成學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣，在學(xué)習(xí)過程中機(jī)械的按照教學(xué)大綱的要求應(yīng)付實(shí)驗(yàn)操作和理論考試，后果是即便掌握了在大綱中要求使用的應(yīng)用軟件操作后無法延伸至相關(guān)專業(yè)的軟件應(yīng)用，形成“狹義工具論”的問題。探究造成該現(xiàn)象的原因，大體如下：首先學(xué)校對于課程的性質(zhì)認(rèn)定影響著課程在教學(xué)中的地位。很多普通高校將其認(rèn)定為一門公共必修課程，逐步削減課程學(xué)時(shí)，又不及時(shí)調(diào)整課程內(nèi)容，學(xué)生無法在短時(shí)間內(nèi)接受全部知識。再有授課教師對這門課程的性質(zhì)認(rèn)定也存在不夠到位的情況，課程的核心價(jià)值是什么，課程選擇什么授課內(nèi)容、選擇什么授課方式以及想要達(dá)到什么授課效果。從事非計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)課程任教的教師和計(jì)算機(jī)專業(yè)課程教師以及其他專業(yè)任課教師之間缺乏足夠的溝通和銜接造成課程脫節(jié)的現(xiàn)象屢見不鮮，學(xué)生在基礎(chǔ)課程中學(xué)習(xí)到的應(yīng)用無法延生到新興的計(jì)算機(jī)應(yīng)用上。入學(xué)后的學(xué)生計(jì)算機(jī)的知識水平參差不齊，一概選用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)方式會出現(xiàn)兩極分化的情況，學(xué)生最終機(jī)械的完成課程要求，不僅體會不到樂趣，更無法將這些知識技能得以應(yīng)用。學(xué)生未來對計(jì)算能力的需求是要支持各個(gè)學(xué)科研究創(chuàng)新新型的計(jì)算手段，而大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)與能力需求之間有較大的差距，因此思維型基礎(chǔ)教育是未來改革的方向，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程急切需要進(jìn)行基于“計(jì)算思維”的課程改革。

3 構(gòu)建基于“計(jì)算思維”的啟發(fā)探索和任務(wù)驅(qū)動結(jié)合的新的教學(xué)模式

教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會提出大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的能力培養(yǎng)目標(biāo)是：對計(jì)算機(jī)的認(rèn)知能力、應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決問題的能力、基于網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力、依托信息技術(shù)的共處能力[7]。要達(dá)到此目標(biāo)必須在基礎(chǔ)課教學(xué)過程中逐步培養(yǎng)計(jì)算思維能力，打破教學(xué)過程中“狹義工具論”，注重大學(xué)生綜合素質(zhì)與能力的培養(yǎng)。

3.1加強(qiáng)教師對計(jì)算思維的學(xué)習(xí)和研究

周以真教授給出的計(jì)算思維特征有：概念化，不是程序化；根本的，不是刻板的技能；是人的，不是計(jì)算機(jī)的思維方式；數(shù)學(xué)和工程思維的互補(bǔ)與融合；是思想，不是人造物；面向所有的人，所有地方。教師是知識教授的主體，思維教學(xué)的中心是學(xué)生，培養(yǎng)計(jì)算機(jī)思維能力不是只講理論的計(jì)算思維，它需要任課教師激發(fā)學(xué)生的探索欲和求知欲，教師對于計(jì)算思維的理解以及教授方式都會影響到學(xué)習(xí)主體的接受和理解程度，因此大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的任課教師需要學(xué)習(xí)和領(lǐng)會計(jì)算思維以及培養(yǎng)計(jì)算思維能力的方法，提煉知識隱藏的計(jì)算思維方法，精心準(zhǔn)備教學(xué)案例。定期開展與計(jì)算機(jī)專業(yè)以及其他非計(jì)算機(jī)專業(yè)的教師學(xué)習(xí)交流，了解最新的行業(yè)背景和行業(yè)需求，定制學(xué)生對應(yīng)專業(yè)需求的計(jì)算思維教學(xué)案例，在教學(xué)過程中將基礎(chǔ)知識和專業(yè)需求結(jié)合，對學(xué)生未來的學(xué)習(xí)指明方向，讓學(xué)生理解如何從基礎(chǔ)拓展至專業(yè)，潛移默化中逐步培養(yǎng)計(jì)算思維能力。

3.2審視教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建啟發(fā)探索式和任務(wù)式結(jié)合的教學(xué)模式

結(jié)合筆者所在高校實(shí)際情況，非計(jì)算機(jī)專業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程內(nèi)容分為知識講解和技能訓(xùn)練兩個(gè)部分，授課提綱如表1所示。

2.計(jì)算機(jī)硬件（計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成、微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)、硬件發(fā)展趨勢）

3.計(jì)算機(jī)軟件（軟件概述、操作系統(tǒng)）

4.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用（網(wǎng)絡(luò)概述、發(fā)展、分類、體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)安全）

5.程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、多媒體技術(shù)（程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)庫概述、多媒體概述、數(shù)字圖像處理過程）＼&1.WWindow7操作系統(tǒng)（基本操作、資源管理器、常用工具）

2.文字處理軟件Word2010（文本編輯與排版、圖文混排和表格制作、高級應(yīng)用）

3.電子表格軟件Excel2010（數(shù)據(jù)分析表的制作、統(tǒng)計(jì)圖表的制作、數(shù)據(jù)清單的制作）

4.演示文稿軟件PowerPoint2010（創(chuàng)建、設(shè)計(jì)個(gè)性化演示文稿）

5.網(wǎng)頁設(shè)計(jì)軟件（搭建個(gè)人網(wǎng)站）（可選）

6.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)Access2010（數(shù)據(jù)庫建立和使用）（可選）＼&]

計(jì)算思維能力的培養(yǎng)以掌握概念方法為主導(dǎo)，兼顧計(jì)算機(jī)應(yīng)用技能訓(xùn)練的循序漸進(jìn)的施教指導(dǎo)思想，目前歸納出的改革模式一般有方法推進(jìn)式、內(nèi)容重組式和全面更新式三種[8]，普通高?？梢詮姆椒ㄍ七M(jìn)式和內(nèi)容重組式突破，在重組課程內(nèi)容時(shí)要圍繞計(jì)算思維的思想。筆者以本校創(chuàng)立的“教改班”和“華羅庚學(xué)院”學(xué)生為學(xué)習(xí)主體，根據(jù)現(xiàn)有總學(xué)時(shí)數(shù)（24學(xué)時(shí)）將課程內(nèi)容進(jìn)行重新規(guī)劃，提綱如表2所示。

2.計(jì)算理論（馮·諾依曼計(jì)算機(jī)、CPU、存儲器、I/O設(shè)備指令系統(tǒng)、存儲程序、可計(jì)算性、計(jì)算復(fù)雜性、計(jì)算可實(shí)現(xiàn)性）

3.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（硬件＼軟件系統(tǒng)、操作系統(tǒng)）

4.程序和算法（問題求解基礎(chǔ)＼方法、算法描述、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、軟件工程）

5.計(jì)算機(jī)應(yīng)用、計(jì)算思維對其他學(xué)科的影響（數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等）＼&1.配置電腦（系統(tǒng)組成、資源查找、軟硬件要求、系統(tǒng)安裝、系統(tǒng)使用）

2.編寫個(gè)人學(xué)習(xí)規(guī)劃并展示（編輯文檔、查閱資料、素材收集、文檔排版、演示方式、文檔輸出）

3.制作大學(xué)成績單（輸入＼修改＼更新數(shù)據(jù)、插入公式、圖表創(chuàng)建、數(shù)據(jù)清單、格式）

4.設(shè)計(jì)個(gè)人展示網(wǎng)站（搜索引擎、開發(fā)工具、電子郵件申請＼使用、多媒體資料準(zhǔn)備）

5.制作個(gè)人信息數(shù)據(jù)庫（數(shù)據(jù)庫中表的創(chuàng)建＼使用、網(wǎng)站數(shù)據(jù)資源的維護(hù)）（可選）＼&]

比較前后兩種教學(xué)提綱，后者在知識講解過程中采用啟發(fā)探索結(jié)合的教學(xué)方式，將知識進(jìn)行分類梳理，采用逐步推進(jìn)的方式傳遞給學(xué)生，在此過程中教師必須留給學(xué)生足夠的思維空間，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，形成一種自發(fā)的積極的思考方式。在技能訓(xùn)練上，任務(wù)性非常明確，學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)際情況，參考實(shí)驗(yàn)教材的技能說明來構(gòu)建屬于自己的實(shí)驗(yàn)成果，該驅(qū)動教學(xué)方式目標(biāo)明確，每個(gè)任務(wù)的分析、構(gòu)思和實(shí)現(xiàn)方式反復(fù)被使用，有助于學(xué)生培養(yǎng)積極主動思考，尋求解決問題的條件和工具，逐步培養(yǎng)面向各種問題和解決各種問題的思維能力，并將這個(gè)能力主動自然的延伸到專業(yè)問題的求解上，達(dá)到了計(jì)算思維能力培養(yǎng)的同時(shí)學(xué)科思維能力的同步培養(yǎng)。

4 總結(jié)

學(xué)習(xí)和思維是緊密的結(jié)合在一起的，思維能力的養(yǎng)成不是一朝一夕的，也不是一門課兩門課程就可以達(dá)到的，該文中試點(diǎn)的“教改班”是由入學(xué)同專業(yè)新生中挑選，“華羅庚學(xué)院”是由全校新生中不同專業(yè)中選拔出來，都以“小班”的形式授課，學(xué)生整體基礎(chǔ)比較好，自主學(xué)習(xí)意識較強(qiáng)，新的授課方式中教師的啟發(fā)激勵(lì)了學(xué)生的探究欲望，任務(wù)的目標(biāo)性也激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)作的熱情。新的教學(xué)方式最明顯的效果是“教改班”和“華羅庚學(xué)院”學(xué)生的考試成績除了通過率高于普通方式大班授課通過率，卷面平均分也出現(xiàn)了大幅的增加，技能操作能力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通方式授課群體。

參考文獻(xiàn)：

[1] 教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會.高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才專業(yè)能力構(gòu)成與培養(yǎng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2] 九校聯(lián)盟（C9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明[J].中國大學(xué)教學(xué)，2010（9）.

[3] 斯滕伯格.思維教學(xué)-培養(yǎng)聰明的學(xué)習(xí)者[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2001.

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

[5] 蔣宗禮.計(jì)算思維之我見[J].中國大學(xué)教學(xué)，2013（9）.

[6] 中國科學(xué)院信息領(lǐng)域戰(zhàn)略研究組.中國至2050年信息科技發(fā)展路線圖[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

[7] 教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會.高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告暨計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求[M].北京：高等教育出版社，2009：16.

[8] 馮博琴.對于計(jì)算思維能力培養(yǎng)“落地”問題的探討[J].中國大學(xué)教學(xué)，2012（9）：6-9.