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)計算機(jī)基礎(chǔ)”是目前國內(nèi)高校非計算機(jī)專業(yè)的計算機(jī)教育公共基礎(chǔ)課程。課程主要由理論知識講授和操作技能訓(xùn)練兩部分組成。理論教學(xué)主要包括：計算機(jī)軟、硬件技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本概念、計算機(jī)信息系統(tǒng)安全、數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎(chǔ)、程序設(shè)計與算法基礎(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辦公自動化軟件、網(wǎng)頁制作軟件及圖像處理軟件等。

2010年10月在“第六屆大學(xué)計算機(jī)課程報告論壇”上，由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳國良院士提出將計算思維引入大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)，從此計算思維得到了國內(nèi)計算機(jī)基礎(chǔ)教育界的廣泛重視。利用計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)來培養(yǎng)大學(xué)生的計算機(jī)思維能力，讓學(xué)生學(xué)會利用計算思維去思考、解決問題，對提高計算機(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 計算思維的內(nèi)容

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

1.1 計算思維意識 計算思維從古至今，無所不在。計算思維的內(nèi)容在不斷地拓展延伸。所以計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，是每個人都具備的一種技能。目前，計算思維與理論思維、實驗思維一起已被公認(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)律來培養(yǎng)實驗思維（又稱實證思維），計算機(jī)學(xué)科以設(shè)計和構(gòu)造來培養(yǎng)計算思維（又稱構(gòu)造思維）計算思維的案例在計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中也是處處存在的。關(guān)鍵是人們?nèi)绾伟延嬎闼季S從無意識變?yōu)橛幸庾R，從被動變?yōu)橹鲃拥厝ソ鉀Q各類問題。

1.2 計算思維方法 計算思維內(nèi)容的核心是計算思維方法，周以真教授將其引伸為七大類方法?？偠灾筛爬ǔ蓛纱箢悾阂活愂浅鲎詳?shù)學(xué)和工程的方法；另一類是出自獨有的計算機(jī)科學(xué)方法。計算思維與計算方法彼此促進(jìn)，彼此互補。計算思維方法是通過計算方法對計算思維研究取得的成果進(jìn)行反復(fù)研究和吸收來豐富內(nèi)容的。

在大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程中，幾乎每一個定義都與計算思維方法相對應(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]在計算機(jī)應(yīng)用課題中，每一個案例都是多種計算思維方法的集合。

1.3 計算思維的本質(zhì) 計算思維的根本內(nèi)容即其本質(zhì)是“抽象化”和“自動化”。與數(shù)學(xué)和物理科學(xué)相比，計算思維中的抽象完全超越物理時空觀，并完全用符號來表示。數(shù)學(xué)抽象的最大特點是拋開現(xiàn)實事物的物理、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 計算思維教學(xué)現(xiàn)狀

①計算思維教學(xué)的無意識的。由于計算思維的研究不是很成熟，又因為計算機(jī)應(yīng)用的根本是求解問題，而且問題求解的方法就是計算思維的方法，所以計算機(jī)基礎(chǔ)教育者都在無意識、潛移默化地實行計算思維教學(xué)。②對培養(yǎng)計算思維能力的重要性缺乏認(rèn)識。以前，人們普遍觀點是計算思維是計算機(jī)應(yīng)用能力之一，沒有真正意識到它是人類的三大科學(xué)思維之一，是推動人類文明發(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)略高度將計算思維從計算機(jī)應(yīng)用能力中突顯出來，作為學(xué)習(xí)者的一種基本技能來實施教學(xué)。③教學(xué)只注重技術(shù)與應(yīng)用，卻忽視了思維方法。由于開發(fā)軟件或系統(tǒng)是計算機(jī)應(yīng)用的最終目的，因此教學(xué)上只重視它們的開發(fā)過程和細(xì)節(jié)，而忽視了引導(dǎo)計算機(jī)應(yīng)用的思維方法教學(xué)。因此計算機(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 面向計算思維的教學(xué)改革策略

①開展計算思維教學(xué)是大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程原有內(nèi)容的提高和優(yōu)化，并不是顛覆。將計算思維與基礎(chǔ)課程進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，計算思維教學(xué)由無意識變有意識，由被動變主動，有消極變積極。②大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)應(yīng)是綜合“技能、知識和思維”三方面內(nèi)容的課程。所有學(xué)生必須熟練掌握計算機(jī)的基本操作技能。以往在計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中教師著重是知識講解及傳授，而忽視了計算思維的培養(yǎng)。今后教師需將課程內(nèi)容的知識點重新整理，在傳授理論知識的同時把計算思維方法直接傳授給學(xué)生。并通過案例分析、課堂討論等方式，來強(qiáng)化學(xué)生思維能力的培養(yǎng)，讓學(xué)生掌握運用計算思維來求解問題的方法步驟。③訓(xùn)練計算思維的課程有很多，但是“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”是訓(xùn)練大學(xué)生計算思維的最佳課程，因為它是各類高校所有學(xué)生必修的課程。根據(jù)目前高校計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)普遍采用“1+X”或“2+X”的課程體系，我認(rèn)為在開展計算思維教學(xué)中，關(guān)鍵是“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”，重點是“程序設(shè)計課程”，目的是“X門應(yīng)用課程”。學(xué)生通過大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)能在一個較高的層次上利用計算機(jī)、認(rèn)識并處理計算機(jī)應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問題，并且能夠?qū)⒂嬎銠C(jī)科學(xué)中的一些理念、技術(shù)和方法有意識的借鑒、運用到各自的專業(yè)學(xué)習(xí)中。④我校作為應(yīng)用型的高職高專院校,不能簡單照搬本科高校的教學(xué)內(nèi)容。而應(yīng)把計算思維的理念融入到探究教學(xué)中，運用計算思維的方法來調(diào)動學(xué)生的主動性、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)計算機(jī)基礎(chǔ)課程，從而通過探究計算思維來提高教學(xué)效果和培養(yǎng)學(xué)生思維能力。具體做法：1）通過挖掘課程教材，提出方案問題。2）運用計算思維的方法來啟發(fā)學(xué)生思考。在這一步驟中，學(xué)生根據(jù)教師提出的問題，思考解決的方案。教師在課堂上發(fā)揮主導(dǎo)作用，運用計算思維方法來啟發(fā)學(xué)生，幫助學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生。3）實時提供資源，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)作運用計算思維解決問題。5）總結(jié)拓展。這一步的關(guān)鍵是教師對問題進(jìn)行交流歸納，總結(jié)經(jīng)驗，拓展傳遞知識。學(xué)生運用所學(xué)方法討論、反思、遷移知識。

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

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

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