李旻玥

摘 要：當(dāng)前教育工作者們對計算思維培養(yǎng)的重要性已經(jīng)有比較充分的認(rèn)識。內(nèi)容是知識的載體，計算思維培養(yǎng)研究的一個重要方面是教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計。該文就計算思維培養(yǎng)內(nèi)容建設(shè)方面，從事實性知識、原理性知識、方法性知識及思維性知識四個維度展開論述，研究計算機基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容改革，促進學(xué)生計算思維能力提高。

關(guān)鍵詞：計算思維 教學(xué)內(nèi)容 計算機基礎(chǔ)教學(xué)

中圖分類號：TP3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（c）-0205-02

當(dāng)前，計算思維能力培養(yǎng)是計算機教育關(guān)注的熱點，教育工作者們對其重要性已經(jīng)有比較充分的認(rèn)識。內(nèi)容是知識的載體，計算思維能力培養(yǎng)中很重要的一方面是教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計。但在教學(xué)內(nèi)容方面目前并沒有較完善的方案，尤其是高職階段大專院校學(xué)生計算思維培養(yǎng)內(nèi)容的研究更是少之又少。

該文針對大專院校學(xué)生計算思維素質(zhì)狀況，以幼兒師范高等?？茖W(xué)校為例，對學(xué)習(xí)者計算思維能力水平情況做了實際調(diào)查。并對調(diào)查情況做了數(shù)據(jù)分析，在此基礎(chǔ)上研究計算機基礎(chǔ)教育教學(xué)內(nèi)容的改革，更好地促進學(xué)生計算思維能力的提高，從而更好地促進與學(xué)生所學(xué)專業(yè)緊密結(jié)合。

1 現(xiàn)狀與問題

目前傳統(tǒng)的計算機應(yīng)用技術(shù)課程已下移至中小學(xué)階段，但許多大學(xué)依然用“平臺+應(yīng)用軟件”作為計算機基礎(chǔ)課的教學(xué)內(nèi)容，已不能滿足大學(xué)生的需求。計算機基礎(chǔ)課越來越不受重視，課時被一再壓縮，甚至被有的學(xué)校作為了選修課，計算機基礎(chǔ)教育改革迫在眉睫。

筆者通過前期調(diào)研了解到：目前學(xué)生計算思維素質(zhì)水平偏低，雖然有了一定的計算思維意識，但非計算機專業(yè)學(xué)生普遍在計算思維方法上比較薄弱，缺少計算思維方法的支撐也直接影響了學(xué)生計算思維能力的提升。因此，在學(xué)生中開展計算思維培養(yǎng)是非常必要的。

調(diào)研中筆者發(fā)現(xiàn)以計算思維為導(dǎo)向的教學(xué)內(nèi)容改革有以下問題值得我們探討。

（1）計算思維內(nèi)容龐雜，涉及到計算機學(xué)科的各個方向，從基本的數(shù)制到復(fù)雜的數(shù)據(jù)抽象表達，從邏輯結(jié)構(gòu)到系統(tǒng)組成，從芯片到網(wǎng)絡(luò)[1]，知識結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。我們不需要也不可能將所有知識都傳授給學(xué)生，那么我們選擇哪些內(nèi)容介紹給學(xué)生？

（2）計算機基礎(chǔ)作為大學(xué)非計算機專業(yè)學(xué)生的公共基礎(chǔ)課，學(xué)時安排非常有限。那么在有限的時間內(nèi)，我們選擇哪些內(nèi)容作為計算思維培養(yǎng)的最小或較小集合介紹給學(xué)生。

（3）張莉和金瑩兩位在《大學(xué)程序設(shè)計課程中的計算思維培養(yǎng)》中指出“應(yīng)用領(lǐng)域不同，使用計算機完成任務(wù)的要求、方法和程度不同，需要進行思維活動的深淺、參與的程度也有所不同”[2]。眾多的非計算機專業(yè)學(xué)生對計算思維培養(yǎng)的需求是有所不同。而普遍被作為公共基礎(chǔ)課的計算機基礎(chǔ)，由于不能與學(xué)生所學(xué)專業(yè)較好地結(jié)合，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不大，那么我們又應(yīng)該選擇哪些計算思維培養(yǎng)內(nèi)容能與學(xué)生專業(yè)方向結(jié)合？

2 內(nèi)容改革

筆者認(rèn)為，圍繞計算思維的計算機基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容改革首要是關(guān)注學(xué)生的需求和發(fā)展。在內(nèi)容的維度上要樹立框架意識，分析內(nèi)容內(nèi)涵的知識和能力，注重整體結(jié)構(gòu)把握。在內(nèi)容的處理上，既要充分挖掘計算思維的內(nèi)涵，又要遵循“注意課程內(nèi)容的基礎(chǔ)性，課程內(nèi)容貼近生活，與學(xué)生和教育的特點相適應(yīng)的原則”[3]。

該文參考《面向?qū)W習(xí)、教學(xué)和評價的分類學(xué)──布盧姆教育目標(biāo)分類學(xué)的修訂》一書中四個知識維度：事實，概念，程序和元認(rèn)知，從四個角度展開闡述。

2.1 事實性知識

事實性知識是一種重要知識類型，是學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)一門學(xué)科所必須知道的基本要素，比如計算機歷史、發(fā)展、誕生的年代、所使用的電子元件等。

限于有限的時間，對于學(xué)生中學(xué)已學(xué)過的重復(fù)性內(nèi)容進行簡化壓縮。

對于簡單的事實性知識則納入自學(xué)范圍，為學(xué)生提供豐富的課外學(xué)習(xí)資源，如慕課等，敦促學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

教學(xué)內(nèi)容可以放在了解發(fā)展新技術(shù)等方面。如本研究以學(xué)前教育專業(yè)為例，則可聯(lián)系新的教育技術(shù)，如“虛擬實驗室，虛擬博物館等，數(shù)字圖書館，計算機輔助心理學(xué)”等內(nèi)容。

2.2 原理性知識

計算思維涉及內(nèi)容眾多，不可能全部納入教學(xué)。計算思維培養(yǎng)應(yīng)該回歸計算機原理介紹，從原理性知識這個角度組織教學(xué)內(nèi)容。

北京理工大嵩天等教授在《面向計算思維的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容改革》中指出“第一，計算思維是基于計算機的。在利用計算機的過程中，深刻理解計算機工作原理將更好地指導(dǎo)人們使用計算機。第二，計算機的設(shè)計過程本身就是抽象化、自動化的過程。從艾倫·圖靈開始，無數(shù)科學(xué)家和工程師基于對計算問題及其求解方法的深刻洞察和高度抽象而設(shè)計了計算機，其中蘊藏了很多體現(xiàn)計算思維的內(nèi)在邏輯，對這些內(nèi)在邏輯的教學(xué)有助于幫助學(xué)生建立計算思維的思考過程”[4]。

雖然大專階段學(xué)生現(xiàn)階段可能還達不到一定的水平，但北京理工大學(xué)通過虛擬實驗的方式開展計算機原理教學(xué)，為我們提供了參考經(jīng)驗，值得我們借鑒。虛擬實驗教學(xué)，直觀、簡潔、實驗成本低，有效降低了課程教學(xué)難度。還能兼顧不同專業(yè)學(xué)生計算思維能力訓(xùn)練，將教學(xué)延伸到課外，適合學(xué)生自學(xué)，彌補了教學(xué)學(xué)時的不足。目前該實驗軟件和配套教材已經(jīng)正式出版。

2.3 方法性知識

對于計算思維培養(yǎng)而言，其中很重要的環(huán)節(jié)就是學(xué)生計算思維方法的掌握。而大量的研究和實驗證明，程序設(shè)計課程是培養(yǎng)計算思維最合適的平臺。[5]但目前多數(shù)非計算機專業(yè)學(xué)生，限于學(xué)時安排和學(xué)生能力等，幾乎不開設(shè)程序設(shè)計課。筆者認(rèn)為，培養(yǎng)學(xué)生計算思維不能簡單停留在應(yīng)用軟件使用層面上，要幫助學(xué)生理解抽象數(shù)據(jù)，算法，開發(fā)系統(tǒng)，自動化解決問題。計算思維不僅僅是程序設(shè)計，但程序設(shè)計作為一種理解和表達計算思維的方式，是發(fā)展計算思維的一個重要切入點[3]。學(xué)生在利用編程工具編程時可以直接、頻繁地接觸計算思維的概念和方法，不斷提升系統(tǒng)思考和創(chuàng)意思維能力[6]。endprint

?？齐A段學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計有一定難度，而非計算機專業(yè)計算機課學(xué)時安排又很有限。針對這種情況，我們選擇Scratch語言來編程入門。Scratch是美國麻省理工學(xué)院2007年開發(fā)的一款圖形化編程工具。它的突出特點是：可視化操作，模塊編程，大大降低了程序設(shè)計的難度。開發(fā)過程中，不需要編寫代碼，只需要根據(jù)設(shè)計拖拽可視化指令塊即可完成編程。讓學(xué)生編程時，把主要精力放在系統(tǒng)設(shè)計、問題解決上，有效訓(xùn)練計算思維。不僅降低了學(xué)習(xí)難度，符合高職學(xué)生學(xué)習(xí)需求，還能改變以往“教師在教，學(xué)生在學(xué)的過程中糾結(jié)于程序本身的語句、語法等細枝末節(jié)，而無暇顧及思維的培養(yǎng)”[5]的弊端。Scratch軟件操作簡單，能實現(xiàn)“所見即所得”，編輯腳本后馬上可以在舞臺上看到運行的效果。這將大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。即使程序設(shè)計零基礎(chǔ)的人也能在短時間內(nèi)了解程序開發(fā)。

筆者以幼兒師范高等?？茖W(xué)校學(xué)前教育專業(yè)為例進行研究。學(xué)前專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后主要從事與幼兒教育相關(guān)工作。Scratch軟件是一款適合兒童編程的軟件，它可以創(chuàng)建交互式游戲或制作出具有故事情節(jié)的動畫，以有趣的方式讓學(xué)生了解簡單編程，學(xué)習(xí)簡單編程思想。目前已經(jīng)有很多利用Scratch編程工具引導(dǎo)低幼年齡學(xué)生學(xué)習(xí)編程的教學(xué)與研究[6]。這大大彌補了當(dāng)前程序設(shè)計課程與非計算機專業(yè)學(xué)生專業(yè)背景結(jié)合不緊密的缺陷[5]。

學(xué)生可以運用Scratch來表達自己的想法，提高自主創(chuàng)新能力。不必將過多的精力放在語法知識上，而是培養(yǎng)創(chuàng)造性思維以及結(jié)合自己專業(yè)背景開發(fā)程序、解決工作生活中問題的能力。

2.4 思維性知識

計算思維是面向計算或基于計算的，隱藏在一般陳述性知識和技術(shù)背后的，科學(xué)家求解問題的思想和方法，屬于科學(xué)方法論范疇。如果說“方法”是解決問題的“工具”，那么“思維”便是“指導(dǎo)思想”。幫學(xué)生打通“思路”，讓學(xué)生知道解決問題時應(yīng)該從哪些方面去思考，培養(yǎng)學(xué)生求解問題的意識，提高學(xué)生解決問題的綜合能力，是計算思維培養(yǎng)的目標(biāo)。

計算思維反映了計算機科學(xué)領(lǐng)域解決問題的思維過程，我們還可以將其遷移到其他問題如日常生活中的實際問題的解決中去。主要體現(xiàn)在“認(rèn)識問題、分析問題、選擇工具、自動化解決問題”上。引導(dǎo)學(xué)生從計算思維的高度去觀察和解決問題，讓學(xué)生體驗用計算思維解決問題的一般過程和方法，最終達到在實際問題中靈活地遷移和應(yīng)用計算思維的目標(biāo)[3]。華南師范大學(xué)的楊倩倩和徐曉東兩位老師在《國外中學(xué)計算思維教育案例及分析》中列舉的兩個相關(guān)案例，為我們提供了很好的思路。同時，我們可以選擇與學(xué)生專業(yè)相關(guān)的實際問題進行教學(xué)和實踐，達到與專業(yè)密切結(jié)合的目的，提高學(xué)生用計算思維解決本專業(yè)中的問題的能力，向復(fù)合型人才發(fā)展。

3 結(jié)語

總之，通過計算機來解決問題，不管是專業(yè)問題還是生活、學(xué)習(xí)中的問題，是未開科技和社會發(fā)展的趨勢[7]。人們已經(jīng)普遍認(rèn)識到計算思維培養(yǎng)的重要性，該文研究了如何落實高職大專階段學(xué)生計算思維的培養(yǎng)，希望借此提高自己的理論修養(yǎng)、能力水平。

參考文獻

[1] 何欽銘，陸漢權(quán)，馮博琴.計算機基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)是計算思維能力的培養(yǎng)——《九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》解讀[J].中國大學(xué)教學(xué)， 2010（9）：5-9.

[2] 張莉，金瑩.大學(xué)程序設(shè)計課程中的計算思維培養(yǎng)[J].中國電力教育，2013（16）：94-95，109.

[3] 任友群.數(shù)字土著何以可能？——也談計算思維進入中小學(xué)信息技術(shù)教育的必要性和可能性[J].中國電化教育， 2016，1（348）：2-8.

[4] 嵩天，李鳳霞，蔡強，等.面向計算思維的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容改革[J].計算機教育，2014（3）：7-11.

[5] 梁艷瑞.基于AppInventor的高職學(xué)生計算思維培養(yǎng)研究[D].四川師范大學(xué)，2015.

[6] 王旭卿.從計算思維到計算參與：美國中小學(xué)程序設(shè)計教學(xué)的社會化轉(zhuǎn)向與啟示[J].中國電化教育，2014（3）：97-100.

[7] 李玲.以培養(yǎng)計算思維為導(dǎo)向的高中《算法與程序設(shè)計》教學(xué)案例設(shè)計[D].沈陽師范大學(xué)，2016.endprint