計(jì)算思維在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的探討

湖南中醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校計(jì)算機(jī)教研室 唐 聞

0 引言

美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任Jeannet t e M.Wi ng教授于2006年3月，在美國(guó)計(jì)算機(jī)權(quán)威期刊《Communications of the ACM》雜志上發(fā)表文章，提出了計(jì)算思維（Computational Thinking）并給出了定義[1]。2008年美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）建議全面改革美國(guó)的計(jì)算機(jī)教育，啟動(dòng)了一個(gè)涉及所有學(xué)科的以計(jì)算思維為核心的國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃CDI（Cyber-Enabl e Discover y and Innovat ion），目的直至計(jì)算思維的培養(yǎng)，務(wù)求將其拓展到美國(guó)的各個(gè)研究領(lǐng)域。

國(guó)內(nèi)：2010年，清華大學(xué)、西安交通大學(xué)等高校在首屆“九校聯(lián)盟（C9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會(huì)”后發(fā)表了《九校聯(lián)盟（C9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》。申明中明確提到：把“計(jì)算思維能力的培養(yǎng)”作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)。[4]時(shí)代已經(jīng)將計(jì)算機(jī)專業(yè)教育推向了計(jì)算機(jī)普適教育的軌道，“計(jì)算思維”成為了每個(gè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育工作者的新課題。

目前，在大部分高校的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課的教學(xué)目標(biāo)和導(dǎo)向仍然停留在計(jì)算機(jī)知識(shí)的灌輸與基本操作技能的培養(yǎng)，這樣的技能培養(yǎng)觀念比較狹義。計(jì)算機(jī)課程未能深刻地反映思維能力培養(yǎng)的性質(zhì)，距離計(jì)算機(jī)已經(jīng)廣泛滲透各個(gè)領(lǐng)域的現(xiàn)狀有很大差距。計(jì)算思維作為一種素質(zhì)的培養(yǎng)還未形成主流，甚至有部分觀點(diǎn)認(rèn)為計(jì)算思維只是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生應(yīng)該具備的思維，而沒有意識(shí)到計(jì)算思維應(yīng)該是所有大學(xué)生應(yīng)該具備的思維模式。目前計(jì)算思維的培養(yǎng)仍然是一個(gè)正在探究的課題，因此在基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)教學(xué)中要怎樣潛移默化的培養(yǎng)這種思維；在培養(yǎng)計(jì)算思維的課堂上，老師該給學(xué)生講什么、如何講，成為亟待解決的問題。

1 技能型操作的課堂模式的問題

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)較注重知識(shí)的灌輸，學(xué)生習(xí)慣性地處于一種被動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)，墨守陳規(guī)，普遍缺乏自我思維意識(shí)，學(xué)生按照老師的講述和演示，模仿教師的操作流程，完成課堂預(yù)設(shè)的操作任務(wù)。

技能型操作強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生熟悉軟件的操作與應(yīng)用，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目的。而這種培養(yǎng)模式的結(jié)果，往往使得學(xué)生除了掌握課堂上教授的知識(shí)及技巧以外，對(duì)于沒有教授的技巧與應(yīng)用操作能力極低，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件的普遍適應(yīng)。

在傳統(tǒng)模式技能型操作的課堂模式里：學(xué)生只學(xué)到了教師課堂上教授的部分知識(shí)，而沒有學(xué)到使用計(jì)算機(jī)的能力，更別談創(chuàng)意、創(chuàng)新。隨著課改呼聲的高漲，激發(fā)學(xué)生的思維潛能，鼓勵(lì)學(xué)生的自我創(chuàng)新勢(shì)在必行。

2 什么是計(jì)算思維

計(jì)算思維以表示的形式化和執(zhí)行的機(jī)械化為特點(diǎn)，抽象和自動(dòng)化是其本質(zhì)的內(nèi)容，在問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和人類行為理解等方面具有重要的作用。[1]Jeannet t e Wing認(rèn)為：一個(gè)真正問題的實(shí)現(xiàn)，由于種種的限制，你不可能達(dá)到一種完美的抽象，抽象的過程當(dāng)中，一定會(huì)有各種各樣的性質(zhì)。如果當(dāng)一個(gè)人碰到問題時(shí)，他會(huì)先對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行抽象，抽象之后去對(duì)它進(jìn)行一種重新的計(jì)算性表達(dá)，然后發(fā)揮自己工程性的思維，會(huì)考慮這個(gè)問題的解決效率是不是高，表達(dá)是不是準(zhǔn)確，那么就說明這個(gè)人確實(shí)是一個(gè)有計(jì)算性思維的人。[2]

3 計(jì)算思維的課堂模式的特點(diǎn)

抽象和自動(dòng)化是計(jì)算思維本質(zhì)的內(nèi)容，在問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和人類行為理解等方面具有重要的作用。如何將計(jì)算思維融入到大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的課堂教學(xué)中，以提高學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)知識(shí)分析問題的能力，是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。[3]

3.1 重分析的概念講解

對(duì)于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)開展計(jì)算思維教學(xué)，不是顛覆原有的課程內(nèi)容，而是在原有課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行提高和優(yōu)化。[6]要注重理解和消化，做到學(xué)生知其然知其所以然。例如講到：馮.諾依曼體系的時(shí)候提出問題：計(jì)算機(jī)為什么計(jì)算采用二進(jìn)制運(yùn)算，為什么二進(jìn)制存儲(chǔ)更加穩(wěn)定，聯(lián)系問題講解計(jì)算機(jī)硬件及發(fā)展史，從結(jié)構(gòu)原理上，發(fā)展歷程上，本質(zhì)的說明二進(jìn)制問題。通過類似的提問，回答，分析，糾正的過程訓(xùn)練學(xué)生的抽象思維，使得學(xué)生能將問題與答案具體化，對(duì)象化。

3.2 重過程的任務(wù)驅(qū)動(dòng)

任務(wù)驅(qū)動(dòng)是一種建立在構(gòu)建主義教學(xué)理論基礎(chǔ)上的教學(xué)法，適用于培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)和相對(duì)獨(dú)立分析問題、解決問題的能力[7]。在任務(wù)式教學(xué)中，教師作為任務(wù)的設(shè)計(jì)者，要能把握任務(wù)的難易程度以及任務(wù)目的明確指向。也就是說 “任務(wù)”的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，“任務(wù)”設(shè)計(jì)的理念和引導(dǎo)任務(wù)執(zhí)行的過程將直接影響教學(xué)效果。如何將計(jì)算思維的鍛煉內(nèi)容，結(jié)合學(xué)生的特點(diǎn)，融入到讓任務(wù)的設(shè)計(jì)，并引導(dǎo)學(xué)生開發(fā)計(jì)算思維解決任務(wù)問題，這將成為任務(wù)教學(xué)的重點(diǎn)，

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中，MS of f i ce是學(xué)習(xí)的一個(gè)重點(diǎn)，傳統(tǒng)的重點(diǎn)是放在培養(yǎng)學(xué)生熟練使用這個(gè)軟件上。而事實(shí)是，學(xué)生學(xué)到的是皮毛，可以機(jī)械重復(fù)老師所教的操作，面對(duì)實(shí)際中出現(xiàn)的問題，往往缺乏分析問題的能力，想不到，也意識(shí)不到利用所用學(xué)的技巧去解決。因此，筆者認(rèn)為在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)中，應(yīng)該引入情景教學(xué)，實(shí)際案例，帶著學(xué)生一起分析。比如在講述excel時(shí)，以“如何利用身份證的信息計(jì)算對(duì)象的年齡”這一任務(wù)為例：首先引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)類型，確定身份證數(shù)據(jù)為文本類型,進(jìn)而確定采用字符函數(shù)取出代表出生日期的年份數(shù)據(jù),而后將代表年份文本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)值型數(shù)據(jù)，最后利用公式計(jì)算出實(shí)際年齡。

3.3 重自主，自由創(chuàng)新的實(shí)訓(xùn)實(shí)踐

通過強(qiáng)化實(shí)踐使計(jì)算思維能力從計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力中突顯出來。在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課的每次上機(jī)實(shí)驗(yàn)之前給學(xué)生布置定量的任務(wù)，要求其在規(guī)定時(shí)間內(nèi)務(wù)必提交。[5]教師下達(dá)上機(jī)任務(wù)時(shí)，可將任務(wù)的實(shí)踐目的及可能會(huì)涉及到的操作技能告知學(xué)生，同時(shí)也可適當(dāng)?shù)匕讶蝿?wù)目標(biāo)擴(kuò)散，讓能力較強(qiáng)的學(xué)生有選擇的空間，為提高學(xué)生的思維能力提供導(dǎo)向。比如：當(dāng)學(xué)習(xí)了of f ice辦公軟件的使用后，讓學(xué)生制作一張精美的海報(bào)或一個(gè)內(nèi)容豐富、動(dòng)感十足的演示文稿，主題和內(nèi)容不限。在制作過程中，鼓勵(lì)學(xué)生嘗試各種排版技巧，在多次的嘗試、設(shè)計(jì)、摸索與實(shí)踐中，面對(duì)自己不斷完善、逐漸成型的作品，學(xué)生的興致會(huì)很高，學(xué)習(xí)氣氛會(huì)很濃，最終他們也無疑會(huì)收獲成功的喜悅。

4 結(jié)束語

計(jì)算思維是一種思想，一種理念，是人類求解問題的一條途徑，一種方式，計(jì)算思維是每個(gè)社會(huì)人的基本技能，是每一個(gè)人為了在現(xiàn)代社會(huì)中發(fā)揮職能、實(shí)現(xiàn)自身價(jià)值所必須掌握的，其根本目的是提升人類使用計(jì)算機(jī)解決各專業(yè)領(lǐng)域中問題的能力。計(jì)算思維是基礎(chǔ)的，不是機(jī)械的技能，作為教師應(yīng)該設(shè)法引導(dǎo)并培養(yǎng)訓(xùn)練學(xué)生具備這樣的思維能力。除此之外作為教師，我們還應(yīng)不斷探索與完善，努力使計(jì)算思維的教學(xué)理念落到實(shí)處，形成一套完整的可操作的人才培養(yǎng)與教學(xué)的體系。

[1]Jeannette M.Wing Computational Thinking.Communications of the ACM,2006,49,(3).

[2]Jeannette M.Wing Computational Thinking and Thinking about Computing,2008,3.

[3]周以真.計(jì)算思維.中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)通訊,2007,3(11).

[4]九校聯(lián)盟(C9)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué),2010(9):4,9.

[5]董榮勝.《九校聯(lián)盟(C9)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》呼喚教育的轉(zhuǎn)型[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué),2010(10):14-15.

[6]龔沛曾,楊志強(qiáng).大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的計(jì)算思維培養(yǎng)[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)2012(5):51-54.

[7]廖偉志,李文敬,王汝涼.基于培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式“離散數(shù)學(xué)”教學(xué)模式研究[J].計(jì)算機(jī)教育,2009(21):93-95.

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