計算思維和任務(wù)驅(qū)動在大學(xué)文科計算機基礎(chǔ)課程中的應(yīng)用研究

熊福松

摘要：針對當(dāng)前高校的文科專業(yè)計算機教學(xué)現(xiàn)狀，文章提出了基于計算思維和任務(wù)驅(qū)動相結(jié)合的方法。在理論教學(xué)中通過設(shè)計好的內(nèi)容組織框架充分培養(yǎng)學(xué)生的計算機思維，而在實驗教學(xué)中通過對任務(wù)的分析、設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生的問題求解能力和學(xué)習(xí)能力。實踐表明，通過這2種方法的相結(jié)合，有助于提高大學(xué)生的計算思維能力及認(rèn)知學(xué)習(xí)能力。

關(guān)鍵詞：計算思維；任務(wù)驅(qū)動；文科計算機

1 研究背景

計算機基礎(chǔ)教學(xué)在我國高等學(xué)校開設(shè)已有超過20年的歷史。這20多年里計算機的應(yīng)用有了飛速的發(fā)展，可以說計算機已滲透到如今的各行各業(yè)。各個行業(yè)對計算機的依賴程度和要求越來越高。不能很好地掌握計算機的相關(guān)知識和應(yīng)用，就很難勝任日后的工作。隨著計算機技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)多媒體技術(shù)的快速發(fā)展，在計算機基礎(chǔ)課程的教學(xué)中已經(jīng)不能再像以前一樣，僅僅介紹一些計算機簡單的知識，而是要通過這門課的教學(xué)來培養(yǎng)學(xué)生對計算機的認(rèn)知能力、利用計算機解決問題的能力、基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同能力和信息社會終身學(xué)習(xí)的能力。這些都對教師提出了新的要求，因此計算機基礎(chǔ)教學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)，不僅僅要強化基礎(chǔ)知識和應(yīng)用技能，更重要的是在此基礎(chǔ)之上培養(yǎng)學(xué)生用計算機解決和處理問題的思維和能力，理解計算機在問題解決過程中所發(fā)揮的作用，展現(xiàn)計算機思維方式，強化實踐能力。

2 文科專業(yè)教學(xué)的特點

與理工科學(xué)生相比，文科專業(yè)的學(xué)生在數(shù)理知識、邏輯思維上都有一定的局限性，且新生在計算機知識及應(yīng)用中掌握的程度差異很大，甚至有些學(xué)生可以說是“零起步”。這就使得在教學(xué)中會偏向以介紹和使用應(yīng)用軟件為主，而忽略計算機原理等相關(guān)理論知識的講解，進(jìn)而導(dǎo)致難以滿足學(xué)生未來計算能力的需求，難以跨越由通用計算手段學(xué)習(xí)到未來的專業(yè)計算手段應(yīng)用與研究之間的鴻溝。然而如果培養(yǎng)的是計算思維，計算思維與其他學(xué)科的思維相互融合，便可促進(jìn)各學(xué)科學(xué)生創(chuàng)造性思維的形成。

從上述分析可以看出，計算思維對文科專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)是非常有用的，尤其是對其創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是必要的。因此，在教學(xué)手段和課程內(nèi)容的設(shè)計上要進(jìn)行改革，要挖掘上述思維，讓同學(xué)不僅有計算思維，更要使學(xué)生能用計算思維去分析和解決問題。

3 計算思維融入教學(xué)

大多數(shù)高校使用的計算機基礎(chǔ)教材中，每一章節(jié)講述的內(nèi)容其實都是計算機專業(yè)的學(xué)生所要學(xué)習(xí)的一門課程，所以計算機基礎(chǔ)課程實際上囊括了計算機專業(yè)學(xué)生所要學(xué)習(xí)的很多門專業(yè)課程。要把這么多門專業(yè)課程的相關(guān)知識灌輸給學(xué)生，并讓學(xué)生掌握這些基本概念，無疑是非常難的。近年來，許多高校對大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了大力度的改革，突破了過去那種以計算機應(yīng)用技能培養(yǎng)為主的教學(xué)模式，取而代之的是更多地教授計算機系統(tǒng)知識，更加突出課程的基礎(chǔ)性，圍繞計算思維的核心思想，梳理和刪減現(xiàn)有課程教學(xué)內(nèi)容。筆者在結(jié)合前人的研究基礎(chǔ)上，以講解計算機二進(jìn)制為例，介紹如何在教學(xué)中融入計算思維的培養(yǎng)。

首先，在講解二進(jìn)制之前，引入一個思考題，是前美國微軟公司副總裁李開復(fù)先生在北京招聘大學(xué)生的面試題，題目如下：“現(xiàn)有1000個蘋果，分別裝到10個箱子里，要求可隨意拿到任何數(shù)目的蘋果但不拆箱，是否可行？若可以，每個箱子放的蘋果數(shù)分別是多少？若不行，請說明理由？”。

有的學(xué)生在思考問題過程中，會猜測到答案是1，2，4，8，16…，但是他們不能解釋為什么是這個答案。為了解釋為什么是這個答案，筆者開始二進(jìn)制的講解，學(xué)生帶著這個好奇心以及前期對問題的分析思考，很容易理解二進(jìn)制的原理。

在學(xué)生理解了二進(jìn)制的基礎(chǔ)上，再次分析這個問題，實際上這就是二進(jìn)制數(shù)的問題。我們把10個箱子編號，分別為1，2，3，…，10號，10個箱子，就相當(dāng)于10位二進(jìn)制數(shù)，1號箱子就相當(dāng)于這個10位二進(jìn)制數(shù)的最小位（10進(jìn)制數(shù)稱為個位），2號箱子就相當(dāng)于倒數(shù)第二位（10進(jìn)制數(shù)的十位），以此類推。通過前面對二進(jìn)制的學(xué)習(xí)，很容易知道10位二進(jìn)制數(shù)表示的范圍是0～210～1，也就是0～1023。任何數(shù)目的蘋果（1～1000）就肯定在這個范圍之內(nèi)了。例如你要345個蘋果，那么只需要將345轉(zhuǎn)化為10位二進(jìn)制數(shù)0101011001，實際上只要取出二進(jìn)制數(shù)中數(shù)字為1所對應(yīng)的箱子，也就是1號箱子、4號箱子、5號箱子、7號箱子和9號箱子，這5個箱子所對應(yīng)的蘋果總數(shù)就是345個，而二進(jìn)制數(shù)中0的數(shù)字所對應(yīng)的箱子就表示不需要。講到這里，道理其實就很簡單了，因為1號箱子實際代表的就是1個蘋果，4號箱子代表的是8個，5號代表16個，7號代表，64個，9號代表256個。這時，學(xué)生就會恍然大悟。

這個問題實際上就是利用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題分析求解的一個思維活動，其本質(zhì)就是計算思維的應(yīng)用。在大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)過程中，這種計算思維的案例隨處可見，教師要有意識地將計算思維應(yīng)用到教學(xué)中，讓學(xué)生主動利用計算思維去分析、解決問題，提高學(xué)生的計算思維，以便日后應(yīng)用到各自的專業(yè)中。

4 任務(wù)驅(qū)動實驗方案

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法通過對事先設(shè)計好的任務(wù)進(jìn)行分析、設(shè)計和實施，把教學(xué)的內(nèi)容貫穿于任務(wù)中，學(xué)生在完成任務(wù)期間，逐步掌握所學(xué)知識，從而提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和運用所學(xué)知識分析、解決問題的能力。在大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)課程中體現(xiàn)“任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)法，就是讓學(xué)生在一個個典型的任務(wù)的驅(qū)動下，引導(dǎo)學(xué)生由簡到繁、由易到難、循序漸進(jìn)地完成一系列任務(wù)。在這個過程中，學(xué)生是主體，強調(diào)的是學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。

下面以蘇州大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程的具體教學(xué)實施為例，介紹任務(wù)驅(qū)動法在課程教學(xué)中的應(yīng)用。本課程教材選用清華大學(xué)出版社出版，由蘇州大學(xué)計算機學(xué)院李海燕等老師主編的《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》。整個課程教學(xué)安排18周，共72學(xué)時，其中36學(xué)時教授理論知識，36學(xué)時為上機實驗教學(xué)。上機實驗共分18次，其中1次期中上機考試，1次復(fù)習(xí)，1次期末上機考試，剩下15次的上機實驗，我們設(shè)計了15個教學(xué)任務(wù)，內(nèi)容以Windows操作系統(tǒng)、Word文檔處理、Excel數(shù)據(jù)處理、Powerpoint幻燈片制作、Frontpage網(wǎng)頁制作以及Access數(shù)據(jù)庫應(yīng)用為主。生通過對這些實際的工作任務(wù)的分析、設(shè)計及實施，可以循序漸進(jìn)地提高學(xué)生的計算機操作能力、分析問題能力、解決問題的能力，以及對計算機科學(xué)的新的認(rèn)知，從而可以促進(jìn)學(xué)生的計算思維的養(yǎng)成，與理論教學(xué)相輔相成。基于任務(wù)驅(qū)動的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容安排如表1所示。

5 結(jié)語

針對現(xiàn)在大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)中存在的問題及當(dāng)前信息技術(shù)教育的現(xiàn)狀，本研究的目標(biāo)是探索一種適合高校文科計算機基礎(chǔ)課程特點的教學(xué)方法，探討計算思維和任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法在大學(xué)文科計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)中的具體實施流程，驗證任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法在大學(xué)信息技術(shù)課程中實施的可行性，促進(jìn)高校信息技術(shù)教育發(fā)展，為大學(xué)文科計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)改革提供可操作性的經(jīng)驗。

本文所提及的教學(xué)方法已用于蘇州大學(xué)文正學(xué)院漢語國際教育和法學(xué)2個文科專業(yè)的教學(xué)，通過跟蹤調(diào)研和問卷調(diào)查結(jié)果顯示，學(xué)生對教學(xué)的實施非常滿意，對這門課程的學(xué)習(xí)興趣以及教學(xué)效果都有了較為顯著的提高。