[摘 要] 針對(duì)目前大學(xué)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中出現(xiàn)的重操作、輕理論，重技能、輕思維，重模仿、輕創(chuàng)新等問題，將計(jì)算思維引入到大學(xué)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中，試圖構(gòu)建一種新的課程體系，培養(yǎng)大學(xué)生的計(jì)算思維能力，為進(jìn)一步提高大學(xué)生利用計(jì)算機(jī)解決問題的能力打下良好基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞] 計(jì)算思維；非計(jì)算機(jī)專業(yè)；計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)；創(chuàng)新能力

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1005-4634（2013）04-0062-04

0 引言

21世紀(jì)科學(xué)上最重要的、經(jīng)濟(jì)上最有前途的研究問題都有可能通過熟練掌握先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)和運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)得到解決[1]，因此具備善于運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)、工作、解決專業(yè)問題的能力是高級(jí)人才的重要特征之一。通俗地講，計(jì)算機(jī)就是用來計(jì)算的機(jī)器，計(jì)算能力的培養(yǎng)是利用計(jì)算機(jī)解決問題的重要能力之一，而計(jì)算思維正是一種計(jì)算能力的體現(xiàn)。大學(xué)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育承擔(dān)著學(xué)生計(jì)算能力和計(jì)算思維的培養(yǎng)重任，應(yīng)該具有與數(shù)學(xué)、物理相同的地位。目前大學(xué)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育存在著一些問題，使得它的教學(xué)難以完成既定的教學(xué)目標(biāo)。因此，在新的形勢(shì)下，應(yīng)該建立與之相適應(yīng)的新的教學(xué)內(nèi)容。本文就是在此前提下，提出以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力為核心目標(biāo)，建立與之相適應(yīng)的課程體系。

1 目前大學(xué)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)存在的問題

目前，大學(xué)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)存在著以下問題：（1）老師在教授過程中，重視計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件的使用、輕視利用計(jì)算機(jī)軟件解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)；重視計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言語法的學(xué)習(xí)、輕視利用某種語言解決實(shí)際問題的思維能力的培養(yǎng)。（2）學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，重點(diǎn)是模仿老師操作，而忽視創(chuàng)新能力的開發(fā)。這些問題的出現(xiàn)，使得學(xué)生對(duì)于簡(jiǎn)單的練習(xí)可以完成得很好，但對(duì)于新出現(xiàn)的問題就不知如何去解決，久而久之對(duì)計(jì)算機(jī)的學(xué)習(xí)就失去了興趣。大多數(shù)高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)體現(xiàn)在《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》和《計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)》兩門公共課上，因此，如何提高這兩門課的教學(xué)效果、提高學(xué)生利用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的能力成為大學(xué)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)需要解決的問題。

2 計(jì)算思維和計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)應(yīng)該重點(diǎn)教授哪些內(nèi)容才能提高學(xué)生利用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的能力呢？其實(shí)這個(gè)答案早就蘊(yùn)含在《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》和《計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)》的課程名稱中。通俗地講，計(jì)算機(jī)就是用來計(jì)算的機(jī)器。那么計(jì)算機(jī)是如何進(jìn)行計(jì)算的呢？要明白這一點(diǎn)，就要理解計(jì)算機(jī)計(jì)算的原理以及人們?nèi)绾伟褜?shí)際問題轉(zhuǎn)化成能夠讓計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算的步驟，因此計(jì)算能力的培養(yǎng)應(yīng)該在大學(xué)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)教育中得到重視。2006年3月，美國(guó)國(guó)家自然基金會(huì)計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)工程部主任周以真（Jeannette M.Wing）教授在美國(guó)計(jì)算機(jī)權(quán)威刊物《Communications of the ACM》上，首次提出了計(jì)算思維的概念，并且這個(gè)概念的提出立刻得到了教育界的廣泛支持。

周以真教授指出：“計(jì)算思維代表著一種普遍的認(rèn)識(shí)和一類普適的技能”[2]。在她的觀點(diǎn)中，一個(gè)非常重要的內(nèi)容是計(jì)算思維是一種可實(shí)現(xiàn)的思維。計(jì)算機(jī)最初就是為了計(jì)算而發(fā)明的，因此通過計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)，讓學(xué)生明白什么是可計(jì)算的，什么是不可計(jì)算的，慢慢地理解計(jì)算機(jī)是如何解決現(xiàn)實(shí)中的問題的，從而提高學(xué)生用計(jì)算機(jī)解決問題的能力。

2010年7月，在西安交通大學(xué)舉辦的首屆“九校聯(lián)盟（C9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會(huì)”（以下簡(jiǎn)稱C9會(huì)議）上，討論的核心問題是如何在新形勢(shì)下提高計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的質(zhì)量。C9會(huì)議討論并達(dá)成了一系列共識(shí)，發(fā)表了《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》[3]。聲明的核心要點(diǎn)是：必須正確認(rèn)識(shí)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的重要性，需要把培養(yǎng)學(xué)生的“計(jì)算思維”能力作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)和目標(biāo)，并由此建設(shè)更加完備的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系和教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)而為全國(guó)高校的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革樹立標(biāo)桿[4-6]，楊彩云等[7]介紹了計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的關(guān)系，很多高校也積極將計(jì)算思維引入到大學(xué)計(jì)算機(jī)教育這個(gè)教學(xué)活動(dòng)中[8-10]。

3 基于計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程體系

雖然文獻(xiàn)[6]建立了大學(xué)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程體系，但是基于筆者對(duì)于計(jì)算思維的認(rèn)識(shí)以及十多年的教學(xué)實(shí)踐，仍然提出了一些看法。通過對(duì)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的課程進(jìn)行認(rèn)真分析，試圖構(gòu)建一種引入計(jì)算機(jī)思維的新型的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程體系，培養(yǎng)大學(xué)生的計(jì)算思維能力，從而為進(jìn)一步提高大學(xué)生利用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的能力打下良好基礎(chǔ)。

1）建立計(jì)算的思想，提高計(jì)算的意識(shí)。即為什么需要計(jì)算以及人是如何通過計(jì)算來解決實(shí)際問題的。

2）構(gòu)建計(jì)算軟硬件通用平臺(tái)的思維。用來計(jì)算的數(shù)據(jù)是怎樣在計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)是如何被計(jì)算的，蘊(yùn)涵在計(jì)算平臺(tái)中的基本思維對(duì)于計(jì)算思維的培養(yǎng)具有重要的作用。

3）從多門課程中凝練出的共性思維。對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來講，由于受限于學(xué)時(shí)數(shù)，應(yīng)將蘊(yùn)涵在操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等不同課程中具有普適意義的計(jì)算思維凝練出來。

4）將不同方面的知識(shí)貫通起來形成貫通性的思維。打通知識(shí)間的屏障（如術(shù)語上的差異、抽象的不同層面等），對(duì)于提高計(jì)算思維能力很重要。

5）一切以解決各學(xué)科的實(shí)際問題的思維和可實(shí)現(xiàn)的思維為出發(fā)點(diǎn)。使學(xué)生在利用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題時(shí)，要考慮問題求解算法的思維以及如何讓計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)的一種思維。

經(jīng)過以上分析和梳理，本文提出以計(jì)算思維為核心的非計(jì)算機(jī)專業(yè)的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程體系，如圖1所示。

4 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

1）理論基礎(chǔ)部分所涉及的課程內(nèi)容設(shè)計(jì)。

理論基礎(chǔ)部分的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)基于以下出發(fā)點(diǎn)：一是計(jì)算思維的概念以及由此所引出的相關(guān)知識(shí)；二是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的計(jì)算思維，這些是計(jì)算環(huán)境的介紹；三是計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，使學(xué)生掌握在計(jì)算機(jī)環(huán)境下的問題求解方法，這是今后學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決專業(yè)問題的重要基礎(chǔ)；四是計(jì)算思維的道德。根據(jù)以上內(nèi)容設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)部分的教學(xué)內(nèi)容見圖2。

教學(xué)內(nèi)容分為9個(gè)教學(xué)單元，即計(jì)算思維、計(jì)算環(huán)境、操作系統(tǒng)基礎(chǔ)、科技文章編排、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算基礎(chǔ)、問題求解及計(jì)算機(jī)安全等。

以上教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，涵蓋了計(jì)算思維相關(guān)的計(jì)算環(huán)境的搭建以及問題求解模型的描述，后者對(duì)培養(yǎng)學(xué)生程序設(shè)計(jì)的思維、程序設(shè)計(jì)算法的基本素養(yǎng)有重要作用，可以學(xué)生為第二學(xué)期的計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。

2）程序設(shè)計(jì)能力部分課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)。

對(duì)于一所以工科為主、文理經(jīng)管法學(xué)科兼?zhèn)涞木C合性大學(xué)來說，要讓學(xué)生學(xué)會(huì)用計(jì)算機(jī)來解決不同專業(yè)的問題，因此按理工類、管理類、文法類以及藝術(shù)體育類，根據(jù)不同的類別來設(shè)置不同的課程，這部分所涉及的教學(xué)內(nèi)容包含VB程序設(shè)計(jì)、VF程序設(shè)計(jì)、C++程序設(shè)計(jì)以及Java程序設(shè)計(jì)，通過這些程序設(shè)計(jì)語言課程的設(shè)置，使學(xué)生掌握一門可以解決實(shí)際問題的程序設(shè)計(jì)語言，從而更好地培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算解決實(shí)際問題的能力。關(guān)于不同專業(yè)設(shè)置不同的計(jì)算機(jī)程序語言課程內(nèi)容，見表1。

3）計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用部分課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)。

學(xué)習(xí)所有計(jì)算機(jī)課程的最終目的是為了用計(jì)算機(jī)技術(shù)來解決實(shí)際問題，而前面所述的理論基礎(chǔ)和程序設(shè)計(jì)能力課程還不足以達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，它們更加注重計(jì)算思維的訓(xùn)練，因此在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中還應(yīng)該設(shè)置一些更有針對(duì)性的計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用課程，以校級(jí)選修課的形式來開設(shè)。這里既有已開設(shè)的程序設(shè)計(jì)語言延伸，例如VC++就是C++程序設(shè)計(jì)的延伸；數(shù)據(jù)庫技術(shù)、Access數(shù)據(jù)庫、SQL Server數(shù)據(jù)庫、MySQL數(shù)據(jù)庫就是VF程序設(shè)計(jì)的延伸；多媒體技術(shù)、PhotoShop、Flash、虛擬現(xiàn)實(shí)等是多媒體內(nèi)容的深入；Android、網(wǎng)站設(shè)計(jì)與開發(fā)、VBA程序設(shè)計(jì)、Office高級(jí)應(yīng)用技巧等的學(xué)習(xí)可以進(jìn)一步提高解決實(shí)際問題的能力。

5 實(shí)施效果

分別對(duì)2009級(jí)、2011級(jí)、2012級(jí)學(xué)生的《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》和《計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)》兩門課程各個(gè)部分的得分率進(jìn)行了分析，如表2所示。

表2中，人數(shù)按如下方式確定：三個(gè)年級(jí)中參加《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》和《計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)》的非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，其中由于藝術(shù)學(xué)院以及體育學(xué)院的學(xué)生是以特長(zhǎng)生形式招收的，因此不統(tǒng)計(jì)在總?cè)藬?shù)中，而且有個(gè)別的學(xué)生只參加了一門課程的考試，因此也去掉這部分學(xué)生人數(shù)，從而統(tǒng)計(jì)出2009級(jí)、2011級(jí)和2012級(jí)參加兩門課程考核的人數(shù)分別為3357人、3398人和3395人?！洞髮W(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》的考核共100分，分為理論題和操作題，理論題為70分，主要考察學(xué)生對(duì)于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)情況，操作題為30分，主要考察學(xué)生對(duì)于常用Office辦公軟件的掌握情況，表2列出了各考核部分的平均分以及該分占該部分的百分比。《計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)》的考核100分，分為理論題和編程題。理論題92分，考察學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)編程語言的語法以及閱讀程序能力，而編程題則考察學(xué)生利用計(jì)算機(jī)編程語言來解決實(shí)際問題的能力，學(xué)生寫完程序后運(yùn)行結(jié)果正確得8分，否則得0分，表2列出了理論題的平均分以及編程題得分的學(xué)生數(shù)。從表2可以看出，三屆學(xué)生對(duì)于大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)操作題的掌握程度比理論題要好，說明學(xué)生比較偏重實(shí)際操作，而對(duì)于《計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)》來說，程序語法知識(shí)點(diǎn)的理解、程序閱讀等理論題的得分比編程題的得分高出40多個(gè)百分點(diǎn)，說明學(xué)生比較偏重計(jì)算機(jī)編程語言語法知識(shí)的學(xué)習(xí)，閱讀程序的能力比編寫程序的能力要強(qiáng)，用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的能力還有很大提升空間。

從2012級(jí)開始部分應(yīng)用該體系以來，由于引入了計(jì)算思維，重視了學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決問題能力的培養(yǎng)，目前已經(jīng)取得初步的效果。2012級(jí)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生2012年秋季學(xué)期的《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》課程成績(jī)和2013年春季學(xué)期剛剛結(jié)束的《計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)》課程成績(jī)?nèi)绫?所示。2012級(jí)學(xué)生在兩門課程的考核中都比前兩級(jí)學(xué)生有明顯提升，尤其是《計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)》課程中編程題的得分人數(shù)百分比比前兩級(jí)分別提高了6.97%和10.51%，雖然編程題得分人數(shù)的百分比還不是很高，但已經(jīng)有了明顯的提升。

此外，2012級(jí)學(xué)生在2012年秋季學(xué)完《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》后，在學(xué)期快要結(jié)束的時(shí)候開始了2013年春季學(xué)期的校級(jí)選修課的選課。這里選取了三門與計(jì)算機(jī)相關(guān)的課程，列出了近幾年該課程選課人數(shù)的變化，如圖3所示。

從圖3可以看出，選修《Office高級(jí)應(yīng)用技巧》課程的人數(shù)從2011年的236人到2012年的442人，再到2013年的776人；《網(wǎng)站設(shè)計(jì)與開發(fā)》課程的人數(shù)從2011年的154人到2012年的307人，再到2013年的486人；《Android程序設(shè)計(jì)》課程的人數(shù)從2012年的111人，到2013年的242人，這幾門與計(jì)算機(jī)相關(guān)的選修課學(xué)生人數(shù)在逐年增加，充分體現(xiàn)出學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)課程興趣有了很大的提高，希望能夠?qū)W習(xí)或掌握一些用計(jì)算機(jī)解決問題的技術(shù)，應(yīng)該說這也是引入了計(jì)算思維、重視培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題能力后的一個(gè)初步效果。

6 結(jié)束語

高等學(xué)校非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的成功與否很大程度上決定著學(xué)生未來應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決專業(yè)領(lǐng)域問題的能力。計(jì)算思維的培養(yǎng)是一種用計(jì)算機(jī)解決問題的能力的培養(yǎng)，它是學(xué)生創(chuàng)新能力的重要組成部分，以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的理念來組織大學(xué)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)，其核心觀念是考慮未來學(xué)生用計(jì)算機(jī)來解決所學(xué)專業(yè)問題的能力，關(guān)注的是學(xué)生可持續(xù)發(fā)展的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的培養(yǎng)，教給學(xué)生思考問題以及解決問題的能力，因此以計(jì)算思維為核心的能力培養(yǎng)將是大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心培養(yǎng)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]高梓萍，樊秋良，袁國(guó)興.美國(guó)總統(tǒng)信息技術(shù)咨詢委員會(huì)《計(jì)算科學(xué)：確保美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)力》報(bào)告概要[J].高性能計(jì)算發(fā)展與應(yīng)用，2006，（3）：12-20.

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

[3]董榮勝.《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》呼喚教育的轉(zhuǎn)型[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2010，（10）：14-15.

[4]何欽銘，陸漢權(quán)，馮博琴. 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)是計(jì)算思維能力的培養(yǎng)[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2010，（9）：5-9.

[5]戰(zhàn)德臣，聶蘭順，徐曉飛.“大學(xué)計(jì)算機(jī)”——所有大學(xué)生都應(yīng)學(xué)習(xí)的一門計(jì)算思維基礎(chǔ)教育課程[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2011，（4）：15-20.

[6]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）：7-11，32.

[7]楊彩云，王軍華.計(jì)算思維視野下大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)分層教學(xué)構(gòu)建[J].高教論壇，2012，（2）：73-75.

[8]程向前.大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程[J].計(jì)算機(jī)教育，2012，（1）：98-99.

[9]龔沛曾，楊志強(qiáng).大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的計(jì)算思維培養(yǎng)[J]. 中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2012，（5）：51-54.

[10]李暾，周海芳，王挺.“錢學(xué)森創(chuàng)新拓展班”《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》教學(xué)改革與實(shí)踐[J].高等教育研究學(xué)報(bào)，2011，34（3）：81-86.