摘 要：大學(xué)計算機課程講授計算思維已經(jīng)成為普遍的共識。然而限于基礎(chǔ)-學(xué)時-內(nèi)容的矛盾，人們對面向計算思維的課程內(nèi)容體系仍舊存在一些困惑。大學(xué)計算機課程應(yīng)該講授的最小的課程內(nèi)容集合是什么？本文結(jié)合計算學(xué)科對非計算機專業(yè)人員未來的影響，論證性地提出了大學(xué)計算機面向計算思維的課程內(nèi)容最小集合以及擴展集合，試圖破解在計算機課程教學(xué)內(nèi)容體系方面的困惑。

關(guān)鍵詞：計算思維；大學(xué)計算機；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法

1 知識與思維

計算機知識中的最小集合，其內(nèi)容覆蓋面卻是很寬的。如果單純以灌輸知識的方式進(jìn)行講授，則其內(nèi)容肯定講授不完。例如“符號化-計算化-自動化”知識單元中的每個知識點，如果按知識來介紹，則每個知識點都可能需要幾個學(xué)時，僅僅一個二進(jìn)制和編碼就可以講授很多的內(nèi)容。但換個角度，從思維的角度來介紹二進(jìn)制，只需讓學(xué)生理解任何信息都可以用 0 和 1 來表示，即可由計算機來處理，便可壓縮掉很多的內(nèi)容，而更關(guān)注于知識的貫通，關(guān)注于由各個知識點貫通起來所形成的思維即“語義符號化→符號計算化→計算 0（和）1 化→0（和）1 自動化→分層構(gòu)造化→構(gòu)造集成化”，關(guān)注于理解如何將現(xiàn)象符號化，進(jìn)一步 0 和 1 化，然后即可由計算機硬件和軟件予以識別和執(zhí)行。 因此，“知識”隨著“思維”的講解而介紹，“思維”隨著“知識”的貫通而形成，“能力”隨著“思維”的理解而提高。這種教學(xué)內(nèi)容的取舍方法和教學(xué)方法對大學(xué)計算機第一門課程應(yīng)是很重要的。

2 大思維與小技巧

毫無疑問，計算機學(xué)科充滿了太多的“小技巧”。毫不夸張地說，任何一個表示方法或者算法都是充滿技巧性的，對學(xué)生也是有吸引力的，學(xué)生急于想知道為什么是這樣或那樣的。還是以“符號化-計算化-自動化”為例，為什么幾個門電路可以形成“加法器”呢？為什么符號可以參與運算而且結(jié)果還能正確呢？幾輪的教學(xué)實踐證明，這些技巧是可以促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步思考的，也可以激發(fā)學(xué)生產(chǎn)生想做一做的沖動，正確引導(dǎo)便可能調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

然而，大學(xué)計算機第一門課程還是應(yīng)更多地關(guān)注計算學(xué)科中經(jīng)典的計算思維，而這種計算思維目的是啟發(fā)大學(xué)生在信息環(huán)境下的創(chuàng)造性思維，即所謂的“大思維”。面對這種大思維的介紹，必然會有許多的小技巧被舍棄或者被略講，僅做到可以使學(xué)生能聽得懂即可，而不必過多介紹細(xì)節(jié)性內(nèi)容。我們應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生既關(guān)注小技巧，又要更著眼于大思維。

3 寬度教學(xué)與深度教學(xué)

通識教育課程應(yīng)著重培養(yǎng)學(xué)生的思維。思維的特性決定了它能給人以啟迪，給人創(chuàng)造想象的空間，并可能潛移默化地被融入到未來的創(chuàng)新活動中。如何使學(xué)生更好地理解思維——寬度教學(xué)與深度教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)是必要的。針對計算思維通識教育，寬度教學(xué)是指能夠從社會/自然生活中的廣義計算講起，進(jìn)一步講解到計算技術(shù)與計算系統(tǒng)中的計算，要能夠?qū)⑸鐣?自然生活中的概念、原理映射到計算技術(shù)與計算系統(tǒng)中的概念、原理。通過這種映射，一方面使學(xué)生易于理解和接受計算學(xué)科的概念和原理（通過對比社會/自然生活中的概念和原理來理解），另一方面可使學(xué)生理解計算機科學(xué)家是如何借鑒現(xiàn)實中的概念進(jìn)行抽象和自動化的，進(jìn)而還可強化學(xué)生通過類比跨學(xué)科事物進(jìn)行抽象和自動化的能力培養(yǎng)。如果僅僅停留在寬度教學(xué)的層次，那也只是使學(xué)生基本理解了思維相關(guān)的概念，并不能使學(xué)生對相應(yīng)的思維有深入的理解和體驗，即所謂的計算思維的淺層次理解。為了強化計算思維的深層次理解，還需要深度教學(xué)。所謂深度教學(xué)，是指在學(xué)生理解了思維相關(guān)的基本概念后，能夠進(jìn)一步探討思維的一些深層次內(nèi)容，如思維的本質(zhì)和思維的應(yīng)用。通過思維的本質(zhì)性探討，強化思維理解的深度，進(jìn)而強化思維對學(xué)生的影響；通過對應(yīng)用的抽象，強化思維理解的深度，進(jìn)而強化思維的作用和價值。

計算思維教學(xué)應(yīng)能從寬度教學(xué)延展到深度教學(xué)，把計算思維講清楚、講透徹，對學(xué)生的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和未來的工作奠定一個堅實的基礎(chǔ)。

4 思維與實用

有些同學(xué)和教師習(xí)慣于以“實用性”來評價一門課程，認(rèn)為計算思維是沒有實用價值的，而“如何拆裝機器“”如何使用計算機語言編寫程序”“如何使用一個軟件完成諸如編排文檔、表格計算”等則是實用的，作者也曾經(jīng)有過這樣的認(rèn)識，此即“狹義工具論”的觀點。但經(jīng)過多年的教學(xué)實踐后發(fā)現(xiàn)，類似前述的所謂實用的內(nèi)容既是容易掌握的，也是不容易掌握的。說其容易掌握，是指如果我們理解了相關(guān)的“思維”，則對具體操作的掌握是容易的，各種軟件、硬件、網(wǎng)絡(luò)等計算系統(tǒng)莫不是遵循某種思維而設(shè)計和實現(xiàn)的。說其不容易掌握，是指蘊含在硬件、軟件中的思維如果不理解，則對為什么這樣操作就不容易理解。因為計算機語言、軟件、硬件都是不斷在演變的，其操作也都是在不斷變化的。但萬變不離其宗，其根本的思維如果能夠理解，則可以收到事半功倍之效。

5 原理與案例

相比于經(jīng)典的數(shù)學(xué)、物理學(xué)科而言，計算機學(xué)科可能是不斷產(chǎn)生新概念、新原理的學(xué)科。諸多概念和原理既源于社會與自然，同時由于其進(jìn)行了抽象以適合于不同層次的計算系統(tǒng)，形成了許多新概念、新原理。這些新概念、新原理對于計算機學(xué)科知識的掌握是必要的，對于能夠像計算機科學(xué)家一樣思考也是必要的。

然而在課程中若僅僅講授這些新概念、新原理，或者以概念講概念、以概念講原理，則對于初學(xué)者而言可能有些困難，雖然這些概念、原理記住了，可能記住的只是一個名詞，而其背后蘊含的思考、蘊含的思維卻被忽略了，而這種思維比這個名詞更重要。

能否通過案例來解決這個問題呢？通過案例的引導(dǎo)與討論，不僅能夠把概念、原理闡述清楚，而且能夠?qū)⒏拍睢⒃淼某橄筮^程展現(xiàn)出來，案例驅(qū)動、寓理于例，通過社會/自然及生活中的案例和計算技術(shù)與計算系統(tǒng)的案例對比，在案例和討論中引出計算學(xué)科的術(shù)語、概念和原理，引導(dǎo)學(xué)生對計算思維從一個較淺的理解層次逐步過渡到較深入的理解層次。

6 互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)與課堂教學(xué)

當(dāng)前出現(xiàn)的以 MOOC（Masive Open Online Course）為代表的互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)手段對于解決基礎(chǔ)-內(nèi)容-學(xué)時的矛盾提供了有效的手段。MOOC 通過短視頻網(wǎng)上在線學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂、在線互動討論、在線考評等手段，可有效支持學(xué)生不受時間、空間、師資等方面的限制，重復(fù)觀看視頻、隨時隨地在線互動討論以加深課程內(nèi)容的理解，這可有效彌補課堂教學(xué)的不足。同時，課堂教學(xué)若能結(jié)合 MOOC 技術(shù)，釋放課堂的能量，加強與學(xué)生的互動和深度交流，則可起到寬度教學(xué)與深度教學(xué)相結(jié)合的效果。寬度教學(xué)由視頻完成，深度教學(xué)則由課堂教學(xué)來實現(xiàn)，如此可有效地保證教學(xué)質(zhì)量的提升。關(guān)于這方面內(nèi)容不在這里深入討論了。

經(jīng)過多年的努力，人們已經(jīng)認(rèn)識到面向計算思維的大學(xué)計算機課程應(yīng)該成為和大學(xué)數(shù)學(xué)課程、大學(xué)物理課程一樣地位的經(jīng)典課程，然而受限于諸多因素，該門課程在人們心目中并未達(dá)此地位。這說明大學(xué)計算機課程仍需要改革，仍需要做出艱苦的努力，其中之一是必須破解“基礎(chǔ)-內(nèi)容-學(xué)時”的矛盾。本文提出的大學(xué)計算機課程教學(xué)內(nèi)容體系，給出了大學(xué)計算機課程教學(xué)內(nèi)容的最小集合和擴展集合，并探討了相關(guān)的教學(xué)方法，為破解這一矛盾給出了一種可行的、有效的解決方案。作者相信，通過從事大學(xué)計算機通識教育的所有教師的共同努力，大學(xué)計算機課程必然會成為和大學(xué)數(shù)學(xué)課程、大學(xué)物理課程一樣的經(jīng)典課程。

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作者簡介

郭春梅（1977-），女，江西省遂川縣人，本科學(xué)歷，職稱：講師，研究方向：計算機。