趙宏+++王愷

摘 要：雖然歷經(jīng)不斷改革，但種種現(xiàn)狀表明，我國的大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)仍然處于危機(jī)狀態(tài)。本文探討了造成我國大學(xué)計算機(jī)教學(xué)危機(jī)的主要原因，介紹了我國“計算思維”理念下的大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)改革，綜述了我國大學(xué)計算機(jī)課程的改革歷程、取得的成果，討論了仍然存在的問題。

關(guān)鍵詞：大學(xué)計算機(jī)；現(xiàn)狀；基礎(chǔ)課；計算思維；改革

一、大學(xué)計算機(jī)課程現(xiàn)狀

大學(xué)計算機(jī)課程是指在大學(xué)中為非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生開設(shè)的，以計算機(jī)相關(guān)基礎(chǔ)知識為主要內(nèi)容，使大學(xué)生具備使用計算機(jī)解決專業(yè)和生活問題基本能力的一系列通識基礎(chǔ)課程。

1.大學(xué)計算機(jī)課程目前面臨危機(jī)

雖然大學(xué)計算機(jī)課程的重要性得認(rèn)可，但目前的種種現(xiàn)象表明，我國傳統(tǒng)的大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)已陷入了危機(jī)之中。在各高校的大學(xué)計算機(jī)課程中，無論是重點高校還是普通高校，如下現(xiàn)象普遍存在：

（1）學(xué)校方面。一些高校的教學(xué)主管部門直接質(zhì)疑設(shè)置大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程的必要性。很多學(xué)校都已經(jīng)縮減了大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程的學(xué)時和學(xué)分，有的學(xué)校只保留了程序設(shè)計類課程，或者將“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”課程從必修改為選修，個別院校甚至取消了計算機(jī)基礎(chǔ)課程。

（2）學(xué)院方面。專業(yè)學(xué)院對大學(xué)計算機(jī)教學(xué)效果不滿意，認(rèn)為對專業(yè)的學(xué)習(xí)和研究幫助不大。對于將計算機(jī)基礎(chǔ)知識與專業(yè)知識相結(jié)合的大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)改革，也沒有表現(xiàn)出積極配合的態(tài)度和意愿。在制訂教學(xué)計劃時，往往傾向于取消大學(xué)計算機(jī)課程。

（3）教師方面。在很多大學(xué)中，大學(xué)計算機(jī)課程事實上已淪為雞肋，沒有專門從事大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)的老師，臨時安排計算機(jī)專業(yè)教師或研究生來完成教學(xué)任務(wù)。由于許多學(xué)校基礎(chǔ)課教學(xué)改革任務(wù)繁重，但成果與職稱評定條件不掛鉤，導(dǎo)致大學(xué)計算機(jī)課程的教師不愿意投入更多的時間和精力。

（4）學(xué)生方面。大學(xué)生普遍對大學(xué)計算機(jī)課程不感興趣，逃課率相對較高。有些學(xué)生就直接質(zhì)疑大學(xué)計算機(jī)課程的必要性，教師經(jīng)常被問到的問題就是“我是XX專業(yè)的學(xué)生，為什么要學(xué)習(xí)編程？”各種問卷調(diào)查也表明，學(xué)生認(rèn)為計算機(jī)對學(xué)業(yè)和生活很重要，但大學(xué)計算機(jī)課程則不是他們想要的。

2.危機(jī)的主要原因分析

大學(xué)計算機(jī)重要的基礎(chǔ)課地位與我國目前大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)危機(jī)現(xiàn)狀之間的矛盾，已經(jīng)擺在教育工作者面前。如何解決這一矛盾，是需要長期深入研究和探討的問題。

分析造成大學(xué)計算機(jī)危機(jī)的主要原因，可以歸結(jié)為以下三點：

（1）無論是國家層面、教育界還是各高校、各專業(yè)學(xué)院，對大學(xué)計算機(jī)課程的重要性認(rèn)識不足，對計算對各學(xué)科發(fā)展的促進(jìn)作用還缺乏明確、統(tǒng)一的認(rèn)識。因此，大學(xué)計算機(jī)在根本上沒有得到應(yīng)有的重視和投入，其改革也沒有真正全面深入地開展。大學(xué)計算機(jī)課程更像是公共計算機(jī)基礎(chǔ)課教師的“自娛自樂”，由于得不到在人力、財力以及成果認(rèn)定上的有力支持，教師不愿意投入更多精力，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法上不可能有根本性的改變。

（2）大學(xué)計算機(jī)是培養(yǎng)非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生具備應(yīng)用計算手段進(jìn)行學(xué)科研究和創(chuàng)新的能力的系列課程。但目前，在“大學(xué)計算機(jī)”與“專業(yè)計算機(jī)”的關(guān)系和區(qū)別方面也缺乏明確的理解，從而導(dǎo)致目前大學(xué)計算機(jī)課程知識體系和課程體系的不合理，大學(xué)計算機(jī)課程逐漸演變成計算機(jī)學(xué)科知識體系的一個“濃縮版”。由于學(xué)時的限制，計算機(jī)學(xué)科的一門專業(yè)課，在大學(xué)計算機(jī)課程中，只能作為一章來介紹，淺嘗輒止。導(dǎo)致教師無法講明白，學(xué)生聽不懂。這也是學(xué)生不感興趣、老師不愿意教的主要原因。

（3）在“什么是大學(xué)計算機(jī)”這個問題上還沒有形成共識。計算機(jī)中的基本概念和方法是什么？如何將計算機(jī)的基本概念和方法與專業(yè)課進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生充分利用計算機(jī)及相關(guān)技術(shù)，去理解問題、抽象問題和解決問題的能力和素質(zhì)？“計算思維”能力的培養(yǎng)如何落實到日常的教學(xué)中？這些問題一直沒有得到很好的回答。因此，目前的大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)在一定程度上已經(jīng)演變成教一些空洞抽象的理論、編程訓(xùn)練或者是幾個工具軟件的使用。這種訓(xùn)練僅僅使學(xué)生臨時記住幾個名詞、暫時掌握一門可能永遠(yuǎn)不再使用的高級語言或幾個軟件工具。

在大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課地位和內(nèi)涵快速提升的新形勢下，改革大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)使其適應(yīng)計算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展，滿足各專業(yè)掌握相關(guān)信息技術(shù)和大學(xué)生日常工作生活的需求，是歷史賦予大學(xué)計算機(jī)課程的使命。

二、“計算思維”理念下的大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)改革

“計算思維”理念的提出及其對國外計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)帶來的變化，為我國陷入危機(jī)之中的大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)帶來了曙光。

1.改革歷程

在我國，計算思維的重要性也已引起了科學(xué)家和教育界的高度重視，教育部高等學(xué)校計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會也認(rèn)識到了計算思維能力的重要性。在“計算思維”理念下，我國也開始了大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)改革的進(jìn)程。

從2008年開始，當(dāng)時的教育部高等學(xué)校計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會在陳國良院士的帶領(lǐng)下，組織了將近20場各種類型的專題研討，從計算思維的基本概念出發(fā)，就哲學(xué)層面、科學(xué)層面以及教學(xué)層面的表達(dá)形式進(jìn)行了深入的討論，逐步實現(xiàn)計算思維從哲學(xué)的表達(dá)體系向教學(xué)表達(dá)體系的過渡，以提高國內(nèi)計算思維領(lǐng)域的科學(xué)研究和計算機(jī)教育的水平[1]。

2010年7月，北京大學(xué)、清華大學(xué)、西安交通大學(xué)等9所“985工程”高校在西安召開了首屆“九校聯(lián)盟（C9）計算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會”，發(fā)布了《九校聯(lián)盟（C9）計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》，正式拉開了我國大學(xué)計算機(jī)課程改革的序幕。該聲明明確了要旗幟鮮明地把“計算思維能力的培養(yǎng)”作為計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)[2，3]。

2012年8月，教育部高教司設(shè)立以計算思維為切入點的大學(xué)計算機(jī)課程改革項目[4，5]。該項目通過3項“大學(xué)計算機(jī)課程系統(tǒng)性規(guī)劃研究項目”和19項“大學(xué)計算機(jī)系列課程及教材建設(shè)項目”的研究和建設(shè)，進(jìn)一步提高計算思維在大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中的教學(xué)理論水平和實踐水平。endprint

2013年4月，包括北京大學(xué)、清華大學(xué)、廈門大學(xué)等43所院校在廈門召開研討會，并達(dá)成“大學(xué)計算機(jī)研討43院校廈門會議共識”。該共識旗幟鮮明地提出了“建設(shè)大學(xué)計算機(jī)體系”、“進(jìn)一步確立大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)地位”和“在堅持面向應(yīng)用的過程中培養(yǎng)計算思維”等大學(xué)計算機(jī)課程改革方向。

2013年5月，教育部高等學(xué)校大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會發(fā)布了旨在大力推進(jìn)以計算思維為切入點的《計算思維教學(xué)改革宣言》。宣言明確了“科學(xué)思維能力的培養(yǎng)是教育的最重要和最基本的目標(biāo)之一”，“通過以計算思維為切入點的計算機(jī)課程改革，大膽揚(yáng)棄現(xiàn)有的教學(xué)觀念和方法，建設(shè)適應(yīng)時代要求的新的教學(xué)體系”以及“在這項改革中，我們面臨的最大挑戰(zhàn)就是構(gòu)建培養(yǎng)計算思維能力的教學(xué)體系”等問題。

2013年7月，在第二屆“計算思維與大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)改革研討會”上[6]，來自全國各高校的360余名教師參加了此次研討會。會上進(jìn)行了成果分享，同時，陳國良院士等眾多與會代表在大會上也表達(dá)了“計算思維是潛移默化地培養(yǎng)，不應(yīng)該為計算思維而計算思維”等觀點。

2.標(biāo)志性成果

在計算思維理念下，我國大學(xué)計算機(jī)相關(guān)課程的改革取得了一系列的標(biāo)志性成果。

2011年，陳國良院士等認(rèn)為大學(xué)第一門計算機(jī)基礎(chǔ)課程是計算思維培養(yǎng)的一個關(guān)鍵[7]，初步構(gòu)建了以計算思維為核心的“計算思維導(dǎo)論”課程，并給出了該課程任務(wù)、基本要求，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。2012年，陳國良、王志強(qiáng)等出版了《計算思維導(dǎo)論》教材[8]，并在深圳大學(xué)開設(shè)了“計算思維導(dǎo)論”課程。唐培和也出版了《計算思維導(dǎo)論》教材[9]。

2012年，李曉明教授在全國多個高校開設(shè)了“網(wǎng)絡(luò)、群體與市場”課程[10]，并于2013年開始開設(shè)了相應(yīng)的MOOC課程[11]。該課程從交叉學(xué)科的角度出發(fā)，綜合運用經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會學(xué)、計算與信息科學(xué)以及應(yīng)用數(shù)學(xué)的有關(guān)概念與方法，研究網(wǎng)絡(luò)行為原理及其效應(yīng)機(jī)制。課程講解了一些社會學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)的經(jīng)典問題實例是如何轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C(jī)可以解決的形式，完全脫離了傳統(tǒng)的計算機(jī)教材里面對系統(tǒng)講述計算機(jī)專業(yè)知識的講授路線。該課程是培養(yǎng)計算思維的一個有益的嘗試。

2013年2月，戰(zhàn)德臣教授等通過構(gòu)建計算思維教育空間——計算之樹[12]，從計算技術(shù)與計算系統(tǒng)的發(fā)展角度闡述了“核心”的計算思維，給出了大學(xué)計算機(jī)所面對的知識空間，進(jìn)而通過分析非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生未來對計算思維能力的需求，給出了大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)的一個內(nèi)容體系方案。

2013年4月的廈門會議上，桂林電子科技大學(xué)的董榮勝教授做了“計算思維的表述體系（草案）”的報告；2013年7月，陳國良、何欽銘等在第二屆“計算思維與大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)改革研討會”上，公布了《計算思維教學(xué)改革白皮書（征求意見稿）》（以下簡稱白皮書）[13]。他們構(gòu)建了具有8類基本計算原理（計算、抽象、自動化、設(shè)計、通信、協(xié)作、記憶和評估）的計算思維的表述體系，如下圖所示。

計算思維基本概念的層次關(guān)系圖

同時，白皮書也將這8類基本計算原理的關(guān)注點及涉及的核心概念進(jìn)行了梳理，如下表所示。

該計算思維表述體系參考了CC1991的12個核心概念和周以真的計算思維的基本概念，借鑒了Denning在“偉大的計算原理”的分類方法。其創(chuàng)新點在于：（1）白皮書在Denning的7類計算原理基礎(chǔ)上增加了“抽象”，更好地描述了計算思維的本質(zhì)；（2）Denning的7大計算原理是并列關(guān)系，白皮書將8大計算原理劃分為3類，更好地描述了各原理的抽象層次和相互關(guān)系。

白皮書還以理工科計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)知識體系為研究對象，構(gòu)建了4×3的知識體系結(jié)構(gòu)。

還有一些在計算思維理論、計算機(jī)方法論、深化大學(xué)計算機(jī)課程改革具體方案等方面進(jìn)行的研究和嘗試[14-20]，在此不一一闡述。

三、討論

“計算思維”是一種以抽象、算法和規(guī)模為特征的解決問題之思維方式，是信息時代和知識經(jīng)濟(jì)所需要的思維[21]。現(xiàn)代社會通過“計算思維”來促進(jìn)自然科學(xué)、工程技術(shù)及社會各領(lǐng)域產(chǎn)生革命性的成果。因此，培養(yǎng)大學(xué)生計算思維的大學(xué)計算機(jī)課程的基礎(chǔ)課地位不容忽視和動搖。

針對我國大學(xué)計算機(jī)課程處于危機(jī)的現(xiàn)狀，我國已經(jīng)開展了3年多的以“計算思維能力培養(yǎng)”作為計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)核心任務(wù)的大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)改革，作為培養(yǎng)大學(xué)生“計算思維”的大學(xué)計算機(jī)課程的基礎(chǔ)性地位得到了共識，也涌現(xiàn)出了一些研究成果。2012年以來，在教育部高教司設(shè)立以計算思維為切入點的大學(xué)計算機(jī)課程改革項目的推動下，新一輪“計算思維”理念下的大學(xué)計算機(jī)課程改革取得了階段性的成果，對大學(xué)計算機(jī)進(jìn)一步深化改革具有理論上的指導(dǎo)意義。

但總體來說，目前我國在大學(xué)計算機(jī)課程中培養(yǎng)“計算思維”的改革仍處于摸索階段。在內(nèi)容和方法上的突破性改革成果還不明顯，還沒有形成一套或幾套科學(xué)的、得到普遍認(rèn)可的、操作性強(qiáng)的大學(xué)計算機(jī)課程體系，更缺少將計算思維能力培養(yǎng)與學(xué)科專業(yè)發(fā)展緊密融合的研究成果，真正全方位進(jìn)行大學(xué)計算機(jī)課程深化改革的高校數(shù)量較少。

最為重要的是，大學(xué)計算機(jī)課程改革還沒有得到國家層面的有力支持。例如2012年設(shè)立的大學(xué)計算機(jī)課程改革項目，一個項目幾萬元的經(jīng)費是由高校和合作出版社共同承擔(dān)，這與美國CPATH計劃幾千萬美元的投入相去甚遠(yuǎn)。

正如李廉教授所言[1]，隨著云計算、社會網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、普適計算、移動通訊這些新技術(shù)的迅速發(fā)展，使得人們?nèi)ゾ幹埔粋€程序的任務(wù)將會被尋找一個程序的任務(wù)所替代。對于大多數(shù)人所從事的工作而言，理解問題，并在云平臺上找到解決問題的工具，其現(xiàn)實意義可能會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自己動手制作解決問題的工具。目前大學(xué)計算機(jī)改革的一個重要特征是：在非計算機(jī)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)中，如何更好地實現(xiàn)專業(yè)化和信息化相融合的模式，提升未來社會對于計算機(jī)的理解和應(yīng)用的整體水平。因此在這樣的時代背景下，究竟給學(xué)生講什么、怎么講，成為一個尖銳的問題擺在了我們面前。endprint

我國大學(xué)計算機(jī)的危機(jī)現(xiàn)狀還沒有從根本上得到改善，其改革絕不是一本體現(xiàn)計算原理的教材的編寫，更不是在一門計算機(jī)基礎(chǔ)課中有目的地結(jié)合計算思維的基本概念進(jìn)行講授。時代的進(jìn)步要求人們提升對于計算機(jī)的理解和應(yīng)用的整體水平，計算思維成為未來社會的基本思維。計算思維的培養(yǎng)必須與計算機(jī)應(yīng)用結(jié)合起來，“計算機(jī)應(yīng)用”能力和“計算思維”能力彼此促進(jìn)，共同提高。另外，大學(xué)計算機(jī)課程課堂教學(xué)學(xué)時數(shù)有限，其課程體系的內(nèi)容只能講最基本的概念、練最基本的操作，不可能大而全。大學(xué)計算機(jī)課程應(yīng)該起到“使大學(xué)生具備基本的計算機(jī)應(yīng)用能力，同時埋下一顆有意識使用計算解決專業(yè)和生活問題的計算思維的種子”的作用。學(xué)生真正具備計算思維能力，還需要更多與專業(yè)相結(jié)合的相關(guān)課程和實踐的訓(xùn)練。

歷史賦予了大學(xué)計算機(jī)課程如此重要的使命，其改革需要國家、高校和廣大大學(xué)計算機(jī)課程教師在各個層面上的共同努力，相關(guān)專家和教育工作者任重道遠(yuǎn)。

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[本文得到教育部大學(xué)計算機(jī)課程改革項目“人文類高校計算思維與計算機(jī)課程研究及教材建設(shè)”、2014百度公司產(chǎn)學(xué)合作專業(yè)綜合改革項目及南開大學(xué)2014年重點教學(xué)改革項目的支持]

[責(zé)任編輯：余大品]endprint