文章編號:1672-5913(2015)07-0012-05
中圖分類號:G642
摘要:當(dāng)今計算機技術(shù)高速發(fā)展,信息過載,大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育面臨很多挑戰(zhàn)。文章在分析目前教學(xué)中存在問題的基礎(chǔ)上,引出計算思維和信息通曉的概念,闡述如何將其融入計算思維,改進教學(xué)方法,指出學(xué)生信息通曉能力的變化,探尋一條新形勢下計算機基礎(chǔ)教學(xué)的可行之路。
關(guān)鍵詞:計算思維;信息通曉能力;約簡;嵌入
0 引言
計算機基礎(chǔ)是非計算機專業(yè)本科生必修的一門大學(xué)公共課程,隨著信息技術(shù)的發(fā)展,該門課程的教學(xué)理論和教學(xué)目標(biāo)不斷變化。自20世紀90年代至今,新疆各高等院校計算機基礎(chǔ)課程的教材升級至第4版,現(xiàn)更名為“計算機與信息技術(shù)基礎(chǔ)”,然而即便如此,這門課程仍然面臨危機。
一方面,手機、手持終端在智能化方面突飛猛進,便捷地訪問網(wǎng)絡(luò)資源有了依托平臺;微博、微信、QQ等社交軟件蓬勃發(fā)展,信息傳播速度更快,范圍更廣,增進了人群間信息互動;目前,大學(xué)生入?!叭蠹?,手機、電腦、單反相機成為流行趨勢,學(xué)生輕輕滑動手指,便可擁有豐富的信息,這些嚴峻挑戰(zhàn)著教材內(nèi)容。另一方面,MOOC正在全球興起,為學(xué)生提供了一種新型的知識獲取渠道,它逐步打破校園圍墻,實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源共享。傳統(tǒng)教學(xué)模式陷入深刻反思,如何提高教學(xué)質(zhì)量,比以往任何時期都更加迫切和重要。
在高度信息化的今天,計算機技術(shù)日新月異,廣泛融入各個學(xué)科,基于計算機技術(shù)的信息技術(shù)在社會發(fā)展中的作用日益突顯,不掌握信息技術(shù),將無法應(yīng)對激烈的競爭。C9會議不僅肯定了大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)是通識教育的重要組成部分,而且提出要培養(yǎng)大學(xué)生用計算思維方法解決問題的能力,塑造復(fù)合型創(chuàng)新人才。然而計算思維如何落地,復(fù)合型創(chuàng)新人才如何界定以及如何培養(yǎng),一直是研討熱點。
1 計算思維和信息通曉
2006年3月,周以真教授提出計算思維,即指運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動。這一定義高度概括且抽象,圖靈獎獲得者艾茲格則說:“我們所使用的工具影響著我們的思維方式和思維習(xí)慣,從而也將深刻地影響著我們的思維能力。”
縱觀歷史發(fā)展,人類在勞動中創(chuàng)造出最原始的工具,在使用過程中不斷滋生新靈感,改進工具……新工具和新思維相互影響,相互促進,直到今天強大的計算機工具誕生,可見計算機本身凝結(jié)著人類的智慧思維。反之,沉淀的成功方法(即計算思維方法)則應(yīng)用于生活,指導(dǎo)著人類進一步改進工具。
人類需求增長進一步激發(fā)了人類的思維,計算機軟硬件功能將更加強大,更多成功方法會浮出水面,計算思維的內(nèi)涵將不斷擴充。也許某天人類創(chuàng)造出與自己沒有任何區(qū)分的機器人,那就徹底實現(xiàn)了利用計算機解決各種問題的理想。然而就目前而言,周教授提出的計算思維方法可簡單概括為:約簡、嵌入、轉(zhuǎn)化、仿真、遞歸、并行、抽象分解、預(yù)防、保護、冗余、容錯、糾錯、啟發(fā)、規(guī)劃、調(diào)度、緩存等。
陳國良院士意識到計算思維的重要性,于2010年10月,在“第六屆大學(xué)計算機課程報告論壇”上提倡將計算思維引入大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)中。自此,如何在計算機基礎(chǔ)教學(xué)中培養(yǎng)大學(xué)生的計算思維能力,使大學(xué)生學(xué)會用計算思維去思考問題和解決問題成為探討主題。
同時,教育部高等學(xué)校計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會確定進行以計算思維為導(dǎo)向的大學(xué)計算機課程改革。具體內(nèi)容包括:科學(xué)設(shè)計大學(xué)計算機課程的教學(xué)內(nèi)容,形成反映計算思維特征的科學(xué)的知識體系、合理的知識結(jié)構(gòu);創(chuàng)新教學(xué)方法和教學(xué)模式;在大學(xué)計算機課程中探索計算思維能力培養(yǎng),深入體現(xiàn)專業(yè)化與信息化融合,注重多學(xué)科滲透,使大學(xué)計算機課程成為大學(xué)課程體系中最重要的基礎(chǔ)課程之一。
1.2 信息通曉能力 計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)經(jīng)歷過兩次重大改革,從早期以計算機技能培養(yǎng)為目標(biāo),過渡到培養(yǎng)計算機應(yīng)用能力,到如今以計算思維為導(dǎo)向。隨著計算機影響力的不斷深化,社會對人才需求的標(biāo)準也逐步升高,由計算機素養(yǎng)到信息素養(yǎng),直至今天的信息通曉能力。
信息通曉即指在新興技術(shù)推動下,在信息素養(yǎng)理論基礎(chǔ)上出現(xiàn)的一種有著更高能力內(nèi)涵的術(shù)語,它包含了信息素養(yǎng)、信息技術(shù)技能、批判性思維、信息交流技能等,成為當(dāng)今社會表征個人綜合能力的新標(biāo)準。
印第安納大學(xué)圖書館與信息科學(xué)聯(lián)合院主席Daniel Callison強調(diào):信息通曉適用于學(xué)習(xí)、工作、生活的各個領(lǐng)域;涵蓋所有與信息、技術(shù)相關(guān)的技能;基于問題解決的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論,采用以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)模式;如何批判性地評估信息、組織信息、合法有道德地使用信息、在網(wǎng)頁上有效地演示表達信息等。
綜上所述,信息通曉是指在信息過載和技術(shù)精深的環(huán)境中有效完成任務(wù)的能力。教學(xué)實踐中,我們有意識地融入計算思維,創(chuàng)新教學(xué)模式。對于“上機操作內(nèi)容”,應(yīng)用“約簡”等方法,注重傳授規(guī)律,加強實踐,點撥悟性,實質(zhì)性地提高學(xué)生操作技能。對于“計算機理論”部分,應(yīng)用“轉(zhuǎn)化”等方法將抽象概念簡單化,并用“緩存”方法,在班級中成立興趣小組,挖掘互聯(lián)網(wǎng)中計算機前沿技術(shù),探尋計算機與專業(yè)知識的交集,有效補充課堂內(nèi)容。這些不僅培養(yǎng)了學(xué)生計算思維能力,更重要的是科學(xué)地組織教學(xué)內(nèi)容,使學(xué)生儲備了大量信息,逐步構(gòu)建專業(yè)與信息融合的知識結(jié)構(gòu);這種以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)模式,鍛煉了學(xué)生信息收集、下載、評估、綜合利用、‘創(chuàng)意表達等多方面的能力,學(xué)生對計算機課程產(chǎn)生了濃厚興趣。
2 計算思維下的計算機基礎(chǔ)教學(xué)
周教授指出,計算思維是每個人為了在現(xiàn)代社會中發(fā)揮職能所必須掌握的基本技能,不僅僅屬于計算機科學(xué)家,而是人類求解問題的一條途徑。它被人們用來求解問題,管理日常生活,以及與他人進行交流和互動……
當(dāng)面向全校開設(shè)的計算機與信息技術(shù)基礎(chǔ)課程存在眾多問題時,如教學(xué)內(nèi)容多且陳舊,課時量壓縮,學(xué)生水平參差不齊,興趣低,教學(xué)質(zhì)量低下等,如何有效地啟發(fā)學(xué)生?如何將計算機最新技術(shù)、最新產(chǎn)品引進課堂,提高學(xué)生興趣,這就需要在計算思維啟發(fā)下,探索新的教學(xué)方法。
2.1 約簡、啟發(fā)、嵌入方法,學(xué)習(xí)計算機基本操作
新疆大學(xué)的計算機與信息技術(shù)基礎(chǔ)課程配有實驗習(xí)題冊,步驟詳盡,但是學(xué)生按照習(xí)題冊操作時卻倍感費勁,因為細節(jié)太多,操作過后不進行鞏固就很快遺忘。
我們運用“約簡”方法,列出Windows 3個核心概念:鼠標(biāo)、對象、命令;總結(jié)它們之間的關(guān)系:大部分計算機操作可歸結(jié)為“用鼠標(biāo)選中對象,右擊鼠標(biāo),執(zhí)行快捷式菜單中的相關(guān)命令”;然后分別詳細介紹這些概念。
鼠標(biāo):基本操作方式以及鼠標(biāo)指針狀態(tài)。
對象:從編程角度介紹對象的產(chǎn)生;從應(yīng)用角度介紹什么是對象,操作中編輯的文字、段落、圖表、表格、圖片、藝術(shù)字、圖形、圖標(biāo)、文件以及文件夾、單元格、工作表等都可看成對象。一位學(xué)生理解到“計算機中每個對象都承擔(dān)著任務(wù),實現(xiàn)一定的功能”。
命令:實現(xiàn)一定功能的程序代碼。它除了快捷菜單命令外,還包括控制菜單命令、下拉菜單命令、開始菜單命令??旖莶藛蚊畈僮髯畋憬?,不同的對象,快捷菜單中的命令有所不同;同一對象在不同操作狀態(tài)下,快捷菜單中的命令也會有變化。
最后,嵌入規(guī)律,實踐習(xí)題冊上一兩個案例。如字體格式設(shè)置、圖片格式設(shè)置、圖標(biāo)創(chuàng)建快捷方式等,學(xué)生逐步觸類旁通。再進一步啟發(fā)他們運用多種途徑實現(xiàn)同一個操作。這些途徑包括快捷菜單、菜單欄中相應(yīng)命令按鈕,快捷鍵和鼠標(biāo),進一步降低操作難度。學(xué)生更增添了信心,如在未演示情況下,分配“給文字添加發(fā)亮效果”的任務(wù),一位學(xué)生之前從未操作過,卻在規(guī)律啟發(fā)下順利完成操作。
此外,運用計算思維“約簡”方法,精煉出Windows的對話框、應(yīng)用程序窗口、圖標(biāo)、菜單命令中約定的符號等基本概念,這些概念至始至終貫穿于上機操作過程,在人機交互中起到重要作用。就如同老練的駕駛員特別留意道路兩旁的路標(biāo),因而無論走到哪里,很少違章;學(xué)生如果掌握了計算機界面的這些友好提示,也能輕松駕馭計算機。
2.2 轉(zhuǎn)化、仿真方法,學(xué)習(xí)計算機基礎(chǔ)知識
信息數(shù)字化章節(jié)中,數(shù)制轉(zhuǎn)換是難點。講解二進制、八進制、十六進制時,先轉(zhuǎn)化為講解十進制。十進制是小學(xué)內(nèi)容,學(xué)生很容易理解數(shù)碼、基、權(quán)的概念,由此引出二進制、八進制、十六進制的數(shù)碼、基、權(quán)。對比不同后,再講解各種進制間的轉(zhuǎn)換。
信息安全技術(shù)基礎(chǔ)章節(jié)中,信息安全防護的內(nèi)容既抽象又高端。為方便學(xué)生理解,我們構(gòu)建了校園安全防護的仿真場景。校園安全防護分事先防御、實時監(jiān)測、事后響應(yīng)3個階段,每個階段都有哪些防護措施?學(xué)生在激烈的討論中,很容易獲得正確答案。由此轉(zhuǎn)化到討論信息安全防護問題,也分事先防御、實時監(jiān)測、事后響應(yīng),再深入講解,學(xué)生既有興趣,又容易理解。
2.3 規(guī)劃、并行、緩存、調(diào)度方法,豐富教學(xué)內(nèi)容
盡管計算機基礎(chǔ)課程的教材更新快,但教學(xué)內(nèi)容依然滯后于計算機發(fā)展,這個問題如何解決?
我們受計算思維方法啟發(fā),對授課內(nèi)容進行以下規(guī)劃:在班級中,成立興趣小組;按班級總?cè)藬?shù),分5-6人一組,每個小組任命一名組長,負責(zé)管理和督促組員,完成老師分配的任務(wù)。
為了不影響正常教學(xué)計劃,在教室授課我們要完成3項任務(wù):
(1)正常教學(xué)內(nèi)容。
(2)分配延伸內(nèi)容收集任務(wù):大致是補充書中沒有,但與書中的內(nèi)容又有聯(lián)系的內(nèi)容。比如講到操作系統(tǒng),書中只介紹了Windows、Linux,我們會分配任務(wù),讓學(xué)生通過搜索引擎或社交網(wǎng)絡(luò),了解安卓操作系統(tǒng)以及Iphone的操作系統(tǒng);講到信息,會讓學(xué)生課外收集信號、消息;講到數(shù)據(jù),會讓學(xué)生收集結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、大數(shù)據(jù)等相關(guān)概念……在講授教學(xué)內(nèi)容的同時,就把收集任務(wù)分配下去,不會占用太多課堂時間。延伸內(nèi)容主題的確定與教師科研經(jīng)歷和教學(xué)經(jīng)驗密切相關(guān),另外還需考慮學(xué)生的興趣。
(3)分享延伸內(nèi)容:下課前10-20分鐘,分享上節(jié)課布置的各項收集任務(wù),開始學(xué)生有些托辭,于是制定了個人表現(xiàn)與計分獎勵掛鉤的督促制度,隨著課堂內(nèi)容越來越豐富新穎,參與的人多了,大家有了積極性,興趣越來越高。
在機房,我們同樣完成3項任務(wù):
(1)按章節(jié)講授上機操作內(nèi)容。
(2)學(xué)生自主操作練習(xí)。
(3)分享信息:規(guī)定在每周一次的上機實驗課上,各位小組長負責(zé)審核組員收集的信息,在下課前10-20分鐘,由各小組代表與大家分享。這學(xué)期分別成立了計算機硬件組、計算機軟件組、互聯(lián)網(wǎng)組、計算機與土木技術(shù)結(jié)合組、計算機維護組、信息檢索組、多媒體組、自然語言處理組、機器翻譯組、信息安全組、計算機與建環(huán)技術(shù)結(jié)合組、計算機與給排水結(jié)合組等。
以上規(guī)劃,教學(xué)內(nèi)容和延伸內(nèi)容并行,學(xué)生及時了解到量子計算機、生物計算機、谷歌眼鏡、隱身衣、鋰電池、語音翻譯、指紋識別、未來語言、語音輸入、同聲傳譯、社交媒體、人臉識別技術(shù)、未來機器人、手勢和意識控制電腦等計算機前沿信息,極大豐富了課堂內(nèi)容,同時計算機工具的強大讓學(xué)生震撼。
筆者上學(xué)期負責(zé)旅游和管理兩個班級的課程,旅游班的學(xué)生收集了世界最美圖片、新疆旅游景點圖片、立體圖片、智力圖片等。管理班的學(xué)生收集了騰訊公司營銷策略、團隊準則等。這學(xué)期土木班級的學(xué)生開學(xué)初始就提供了建筑與計算機技術(shù)結(jié)合的各大模塊;給水班級的學(xué)生,收集到某院士在這方面的突出成就。在教師引導(dǎo)下,學(xué)生分別順藤摸瓜進行深入檢索。這種教學(xué)方式幫助學(xué)生儲備了教材中沒有的大量知識,引導(dǎo)他們探尋專業(yè)知識與信息技術(shù)間存在的交集,以便日后調(diào)度。
3 信息通曉能力初見成效
3.1 學(xué)生為主的學(xué)習(xí)氛圍
雖然網(wǎng)絡(luò)面前人人平等,但是面對海量數(shù)據(jù),一個人的力量是有限的。在教師引導(dǎo)下,組建興趣小組,每個人都參與信息的收集和整理;不同的人角度不同,信息匯總后,計算機這門基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容全面而豐富。學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)由被動接收變?yōu)橹鲃犹剿?,教師也不單是知識的傳播者,還是幫助學(xué)生借助網(wǎng)絡(luò)平臺解決問題的合作者。學(xué)生信息素養(yǎng)能力發(fā)生了顯著的變化。
3.2 信息素養(yǎng)、信息技術(shù)技能的提高
學(xué)生在多次參與信息收集、下載、整理過程中,通過交流與合作,積累了豐富經(jīng)驗。如無法直接下載搜索的文件,會先下載專用下載器間接下載;U盤數(shù)據(jù)毀壞,能找到專門的恢復(fù)工具;宿舍里想實現(xiàn)兩臺電腦互聯(lián),也是借助網(wǎng)絡(luò)完成……在實踐中,他們的信息素養(yǎng)能力不斷提高。
另外,基礎(chǔ)好的學(xué)生有了施展平臺。上機課上,教師將重心放在核心概念的理解和操作上,幫助他們熟悉和運用規(guī)律。這種“約簡”的教學(xué)方式,首先將學(xué)生置于同一平臺,讓大家感受規(guī)律的存在,基礎(chǔ)好的學(xué)生反應(yīng)快;其次,讓基礎(chǔ)好的學(xué)生演示具體案例,當(dāng)他們操作成功時,信心倍增,而基礎(chǔ)差的學(xué)生也見識了規(guī)律的實際應(yīng)用,有效緩解了學(xué)生水平參差不齊對授課過程造成的負面影響。
舉例來說,教師介紹對話框時,重點講解對話框7大基本元素(選項卡、下拉列表框、微調(diào)按鈕、復(fù)選框、文本框、單選按鈕、命令按鈕)的功能和操作,以及對話框的作用和規(guī)律。對話框是用戶與Windows對話的窗口,用戶在不同操作狀態(tài)下,對話框的形式和內(nèi)容會不同,但是任何對話框都由如上基本元素構(gòu)成,用戶只有明白了對話框的含義才知道如何操作如添加項目符號,對于“項目符號庫”列表中直接顯示的符號,大家很熟悉;但是如果指定“”作為項目符號呢?它是符號庫中的一個符號。這時需要先打開“定義新項目符號”對話框,再打開“符號”對話框才能操作實現(xiàn)。雖然難度增加,但是如果熟悉計算機基本操作規(guī)律,用戶會注意到很多信息提示。
經(jīng)過反復(fù)訓(xùn)練,學(xué)生逐步實現(xiàn)知識遷移,講完Word、Excel后,對于PowerPoint內(nèi)容,調(diào)換教師與學(xué)生角色,案例由學(xué)生參與講解,教師啟發(fā)即可。之后,學(xué)生對于其他軟件的學(xué)習(xí),也顯得輕松愉快。如Authorware,教師只講解了該軟件的功能和特點,以及與其他軟件的聯(lián)系和區(qū)別,然后直接布置作業(yè),如用Authorware實現(xiàn)“風(fēng)景介紹”,同學(xué)們完成得很好。他們總結(jié)到:首先要掌握規(guī)律;其次遇到困難,利用網(wǎng)絡(luò),很多問題可以解決。學(xué)生在實踐中不斷體會利用互聯(lián)網(wǎng)解決實際問題的欣喜和快感,操作技能明顯提高;教師也有效緩解了教學(xué)內(nèi)容多而課時量少的矛盾,并深刻感受到點燃學(xué)生學(xué)習(xí)熱情非常關(guān)鍵。
3.3 批判性思維、信息交流技能培養(yǎng)
營造以學(xué)生為主,教師指導(dǎo)為輔的學(xué)習(xí)氛圍,同學(xué)們通過不同的軟件,漸漸地可以順利完成各項任務(wù),如電子相冊、flash動畫、photoshop處理圖片等。部分學(xué)生能力突出,如課本上僅介紹Windows live(影音制作軟件),有位同學(xué)覺得功能太淺,自學(xué)了會聲會影,獨立完成作業(yè);另一位同學(xué)對中文自然語言處理感興趣,查閱了大量資料,自己做了PPT,匯報中文自然語言處理的研究內(nèi)容及面對的挑戰(zhàn)。我們不禁為同學(xué)們的精彩表現(xiàn)點贊,原來充分利用互聯(lián)網(wǎng)資源,學(xué)生專業(yè)化、特長化成長不再是夢想,加之血氣方剛,一旦有了興趣,創(chuàng)意表達能力就突顯出來。
另外,興趣小組鍛煉了學(xué)生多方面的能力:信息檢索、團隊協(xié)作、口語表達、批判及創(chuàng)新思維能力。在學(xué)生收集的信息中,大部分充滿正能量,小部分存在兩面性,如勵志信息中包含情感糾紛,幽默信息中包含槍戰(zhàn)和暴力。在分享信息的同時,師生一起討論和甄別,互相啟發(fā)思維。一學(xué)期結(jié)束,學(xué)生在信息檢索、下載、組織、綜合利用、評價、創(chuàng)意表達等各方面,進步明顯。
4 結(jié)語
如今人們越來越依賴計算機,信息技術(shù)幾乎融人生活的每個方面,如何提高高等計算機基礎(chǔ)教學(xué)質(zhì)量尤為重要,解決教學(xué)中存在的問題是重中之重。我們探索融入計算思維的教學(xué)方法,改變了教材陳舊、內(nèi)容多課時少、學(xué)生水平參差不齊等難于解決的教學(xué)現(xiàn)狀,學(xué)生對計算機有了濃厚興趣,信息通曉能力明顯提升。這只是初步探路,今后會更加有意識地融入計算思維方法,進一步提高教學(xué)效果。