鄭妍　葛冬梅　陸上

[摘 要]隨著現(xiàn)代大學生計算機應用水平的普遍提高，高校計算機基礎課程原有的教學內(nèi)容急需改變，不能僅著眼于軟件工具的使用，而應更加強調思維方法和能力的培養(yǎng)。對計算機的認知能力和應用計算機的問題求解能力是計算機基礎教學培養(yǎng)目標中最主要的兩個學科專業(yè)能力。將計算思維能力的培養(yǎng)作為計算機基礎教學能力培養(yǎng)的核心極大的豐富了教學內(nèi)容。改革是一個長期，累積的過程，需要廣大教育者不斷的探索和實踐。

[關鍵詞]計算思維 計算機基礎課程 問題求解框架 算法

[中圖分類號] G423.07 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）05-0142-02

2006年Jeannette M.Wing提出“計算思維”的概念，其定義是：運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統(tǒng)和理解人類行為。2010年《九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎教學發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》（以下簡稱“C9聯(lián)合聲明”）也強調“需要把培養(yǎng)學生的‘計算思維能力作為計算機基礎教學的核心任務”。在此背景下，“在大學計算機基礎教學中增強計算思維培養(yǎng)”已經(jīng)成為共識。自2012年7月舉辦“第一屆計算思維與大學計算機課程教學改革研討會”以來，許多從事大學計算機基礎教學的老師展示了不同角度的研究成果。但是，如何使學生學會用計算思維去思考問題和解決問題，進而提高學生運用計算機知識抽象分析問題的能力，仍是一個挑戰(zhàn)。

一、計算機基礎課程發(fā)展過程與現(xiàn)狀

自20世紀90年代以來，大學普遍開設非計算機專業(yè)第一門計算機課程，在這二十幾年的發(fā)展過程中為適應人才培養(yǎng)需求，不斷調整，共經(jīng)過兩大變革。

1997年教育部高教司發(fā)布了《加強非計算機專業(yè)計算機基礎教學工作的幾點意見》（即155號文件），標志著計算機基礎課程的第一次重大改革。此次改革確立了計算機基礎教學的“計算機文化基礎-計算機技術基礎-計算機應用基礎”3個層次的課程體系，對課程體系作了規(guī)范化研究，并且確立了計算機基礎課程的地位。

第二次改革開始于2004年。在《關于進一步加強高等學校計算機基礎教學的意見暨計算機基礎課程教學基本要求》中，明確了計算機基礎教學“4領域×3層次”的內(nèi)容知識結構總體構架，構建了“1+X”的課程方案，并將“大學計算機基礎”作為大學生接觸計算機技術的第一門課程。此項改革促進了計算機基礎教學向規(guī)范、科學、成熟的方向發(fā)展。

計算機基礎教學的這兩次重大改革中有成功的經(jīng)驗，但隨著經(jīng)濟社會的不斷進步，一些新的問題逐漸凸現(xiàn)出來。首先，如何培養(yǎng)應用型人才的教學目標不明確。其次，課程體系與專業(yè)脫節(jié)，設置比較單一，難以滿足學生的個性需求。最后，教學手段和教學方法不夠多樣化，導致教學效果不理想，學生的學習興趣不高。此時，“C9聯(lián)合聲明”為計算機基礎教學的改革指明了新的方向。

二、計算思維與計算基礎課程結合的誤區(qū)

基于計算思維的教學改革問題在我國已被提到議事日程，但目前還缺乏完全成功的可被復制的案例模型。圍繞著“怎樣將計算機思維融入計算基礎教學？衡量改革成功的標準是什么？”等問題討論激烈，觀點頗多。其中，也易走入一些誤區(qū)。

（一）重點講授計算思維的概念

早期，在計算機還沒有普及的時候，計算機基礎課程的教學主要是圍繞計算機使用而展開的。然而，自20世紀末開始，隨著計算機普及，高中階段計算機基礎教學普及率逐漸提高，許多學生大一時已經(jīng)具備了一定的使用計算機和應用程序的能力，于是有作者指出計算機使用能力的培養(yǎng)應該從大學計算機教學體系中移除，重點講計算思維的概念。這種觀點過于簡單粗暴。由于地區(qū)差別、城鄉(xiāng)差別，大學新生的計算機基礎和計算機應用能力參差不齊，作為教育者，應該本著“因材施教”的態(tài)度為學生找到準確定位，而不能魯莽的“一視同仁”。 “計算思維”絕不能脫離具體的應用，否則很難引起學生共鳴。

（二）引進某種語言，就是計算思維

為了更形象化的展示“程序自動化”，“迭代”等思維的實現(xiàn)，需要選擇一個讓學生能接受的算法描述方法，例如語法簡單的高級語言Python、Ruby，專門設計的教學語言Logo等。但是，在課程改革的浪潮下，有些人簡單的認為“思維”就是“算法”，引進了某種語言就是改革。然而，會編程序并不等同于掌握了計算思維。思維是由一系列知識所構成的完整的解決問題的思路，它包括：“0和1”代表的數(shù)據(jù)抽象思維，由計算機工作原理延伸出的自動化思維，“算法”引領層次化、結構化、對象化求解問題的思維，以及“數(shù)據(jù)化和網(wǎng)絡化”的新型思維模式。如果沒有思維的培養(yǎng)，那么學生只是學會了操作軟件，對學科的研究和創(chuàng)新并無助益。所以，一定要明確語言實現(xiàn)是為思維培養(yǎng)而服務的。

（三）1-2門課程就想達到培養(yǎng)計算思維的目標

不同人的計算思維處于不同層次，但可以轉化。計算思維的培養(yǎng)應本著分級、分層的觀點進行培養(yǎng)和訓練，而且是一個漸進的、累積的過程，不能僅僅針對一門大學計算機課程進行改革，未取得實效就輕易下結論。筆者認為要想達到培養(yǎng)的目標需要三個階段：首先是思維模式的建立，其次是知識及技能的訓練，最后是知識及技能的擴展，進而轉換成實際應用能力。所以，整個培養(yǎng)過程應該貫穿于本科和研究生的學習生活中。

三、計算基礎課程與計算思維結合的探索

在計算機基礎課程的教學實踐階段，我們對學生計算思維的培養(yǎng)進行了一些嘗試，以大學計算機課程為例，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（一）計算系統(tǒng)的基本思維

以往的計算機基礎教學注重的是知識的普及，比如第一堂課會按部就班的講授計算機發(fā)展歷史，各個部件的名稱等，學生的參與度低，學習積極性不高。其實，對歷史的回顧不是要記住某個歷史事件及人物，而是要觀察技術的發(fā)展路線，觀察其帶給我們的思想性的啟示。要透過“0和1”的抽象，馮.諾依曼計算機、現(xiàn)代計算機和不同抽象層次計算機的介紹，使學生能夠遞進的理解計算系統(tǒng)的工作原理。之后可以組織學生討論、總結計算機發(fā)展中不變的本質規(guī)律，展望未來計算機的發(fā)展方向，培養(yǎng)學生對未來的前瞻性和未知領域的好奇心。

（二）簡單的數(shù)學抽象及建模

EXCEL模擬分析是對計算思維中存儲、自動執(zhí)行、抽象、轉化、仿真、建模、數(shù)據(jù)計算和啟發(fā)式推理等概念的一個精彩展示。在講授到OFFICE辦公軟件應用時，可以引進一些案例。例如，在教學過程中，先給學生展示一張0～2歲男童和女童按月齡寫下的標準身高體重信息表，之后利用散點圖、趨勢線和線性擬合得出結論：2歲內(nèi)兒童身高與體重呈線性生長；男童的身高增長速度略快于女童。通過圖和表的對比，數(shù)據(jù)與模型的轉化，讓學生更直觀的了解到如何利用計算手段進行創(chuàng)新和研究。

（三）問題求解框架和算法

算法思維是典型的計算思維，也是教學中最需加強的環(huán)節(jié)?？梢酝ㄟ^排序、遞歸等精選算法問題的討論和探索，使學生建立起算法的思維方式和基本研究方法。如遞歸算法，主要培養(yǎng)的是“構造”的能力，即用有限的語句來定義對象的無限集合?？紤]到大一新生編程基礎大多為零，在講解時可以忽略具體語言的語法或書寫規(guī)則，而僅介紹其構造思想。需要指出的是，除了算法類問題求解框架，系統(tǒng)類問題求解框架的建立也很重要，因為結構化建模與面向對象建模的基本思維是現(xiàn)代程序設計語言的基本組成要素，是為后續(xù)程序類課程奠定基礎的。

（四）數(shù)據(jù)抽象、設計思維的建立

數(shù)據(jù)已經(jīng)滲透到每個行業(yè)和業(yè)務領域，與人們的生活密切相關。數(shù)據(jù)聚集的核心手段是數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)分析與利用的核心手段是數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)挖掘。為了讓學生更易接受，可以采取案例化教學手段，通過型關系數(shù)據(jù)庫，逐步指導學生了解數(shù)據(jù)庫的構成、關系操作、查詢語言等。在講到聯(lián)機數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘時，可以以超市數(shù)據(jù)庫為例講解，再以微博數(shù)據(jù)為例組織討論。授課時，要重點使學生建立起以數(shù)據(jù)的獲取、管理、分析與挖掘利用的思維方式，進而理解計算學科的基本研究方法——抽象、理論與設計。

（五）網(wǎng)絡化社會的網(wǎng)絡化思維

隨著國際互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)體現(xiàn)的虛擬網(wǎng)絡也在不斷發(fā)展，與現(xiàn)實生活中的網(wǎng)絡不斷交融，網(wǎng)絡社會需要網(wǎng)絡化的思維。授課時在書本原有的教學內(nèi)容上可以繼續(xù)擴展，除了讓學生理解網(wǎng)絡基本通信原理之外，還可以“圖”作為抽象手段，引入一些網(wǎng)絡的基本計算問題。例如網(wǎng)絡的路徑與連通性問題，網(wǎng)絡的距離問題，網(wǎng)絡流量問題，網(wǎng)絡的分布與并發(fā)利用問題等。通過師生間的討論和探討，使學生理解網(wǎng)絡化環(huán)境的基本研究方法。

據(jù)研究，對計算機的認知能力和應用計算機的問題求解能力是計算機基礎教學培養(yǎng)目標中最主要的兩個學科專業(yè)能力。將計算思維能力的培養(yǎng)作為計算機基礎教學能力培養(yǎng)的核心極大的豐富了教學內(nèi)容。改革是一個長期，累積的過程，需要廣大教育者不斷的探索和實踐。

[ 參 考 文 獻 ]

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

[2] 九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎教學發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明[J].中國大學教學，2010.

[3] 朱鳴華，趙銘偉等.計算機基礎教學中計算思維能力培養(yǎng)的探討[J].中國大學教育，2011.

[4] 戰(zhàn)德臣，聶蘭順，徐曉飛.計算之樹——一種表述計算思維知識體系的多維框架[J].工業(yè)和信息化教育，2013（6）.

[責任編輯：鐘 嵐]