文科學(xué)生計(jì)算思維能力培養(yǎng)研究

羅芳+劉衛(wèi)國

摘要：培養(yǎng)文科學(xué)生的計(jì)算思維能力是教學(xué)實(shí)踐中的難點(diǎn)。該文總結(jié)出培養(yǎng)文科學(xué)生計(jì)算思維能力的著力點(diǎn)，以及文科學(xué)生的思維特點(diǎn)，提出了“大學(xué)計(jì)算機(jī)”課程教學(xué)中培養(yǎng)文科學(xué)生計(jì)算思維能力的一些方法。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；大學(xué)計(jì)算機(jī)

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）35-0155-02

1 概述

目前“大學(xué)計(jì)算機(jī)”課程的教學(xué)強(qiáng)調(diào)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，而“大學(xué)計(jì)算機(jī)”課程作為一門通識課，是所有專業(yè)的大學(xué)生都要學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)入門課程，那么對于不同專業(yè)的學(xué)生，計(jì)算思維能力是否有所區(qū)別？文科學(xué)生計(jì)算思維能力包括哪些？在課程教學(xué)中怎樣落實(shí)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)？這些問題是值得深入探討的，本文作者作為一名長期從事大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的一線教師，在文中結(jié)合教學(xué)實(shí)踐總結(jié)出培養(yǎng)文科學(xué)生計(jì)算思維能力的著力點(diǎn)，并針對文科學(xué)生的思維特點(diǎn)提出在“大學(xué)計(jì)算機(jī)”課程中怎樣培養(yǎng)計(jì)算思維能力。

2 培養(yǎng)文科學(xué)生計(jì)算思維能力的著力點(diǎn)

如何在教學(xué)實(shí)踐中將計(jì)算思維能力具體化，很多學(xué)者做過研究，比如戰(zhàn)德臣教授認(rèn)為計(jì)算思維能力可以分為符號化思維（或者說0和1的思維）、程序思維、遞歸思維、自動化思維、抽象思維等[1]；趙龍德教授則將計(jì)算思維分為5個層次，計(jì)算原理、計(jì)算系統(tǒng)、基于計(jì)算系統(tǒng)的問題求解、基于應(yīng)用軟件的問題求解、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)[2]。以上兩種對計(jì)算思維能力進(jìn)行分解的方法在教學(xué)實(shí)踐中對于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力起到了很好的指導(dǎo)作用。然而我們發(fā)現(xiàn)對于非專業(yè)的文科學(xué)生，由于他們沒有任何計(jì)算機(jī)專業(yè)知識作為支撐，導(dǎo)致在落實(shí)計(jì)算思維能力培養(yǎng)上有一定的難度。比如程序思維，程序不只是簡單的指令的集合，不只是程序語言的描述，指令間的邏輯關(guān)系才是程序思維的關(guān)鍵，對于沒有算法基礎(chǔ)、沒有學(xué)過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的非專業(yè)學(xué)生就很難一下子去培養(yǎng)這樣的思維能力。

根據(jù)非專業(yè)學(xué)生的實(shí)際情況，我們需要分階段的去培養(yǎng)計(jì)算思維能力。計(jì)算思維能力最終的目的是希望學(xué)生能借助計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題，通過計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題既可以自己編程實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然也可以借助已經(jīng)存在的應(yīng)用軟件。因此，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，我們將計(jì)算思維能力從低到高分為三個層次：1）機(jī)器的操作能力；2）信息的處理能力；3）問題的求解能力。[3]

具體來說，機(jī)器的操作能力指學(xué)生能熟練運(yùn)用計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件解決實(shí)際問題的能力，強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生通過自學(xué)掌握應(yīng)用軟件的能力。我們希望通過學(xué)習(xí)幾種軟件的使用，使得學(xué)生了解應(yīng)用軟件的操作模式，通過自學(xué)能掌握其他應(yīng)用軟件的使用。比如，通過學(xué)習(xí)word和excel辦公軟件的使用，以后對于不同的文字處理、表格處理的軟件都能夠自學(xué)掌握。

信息的處理能力指能主動運(yùn)用數(shù)據(jù)庫知識組織與管理信息的能力和運(yùn)用多媒體知識處理多媒體信息的能力，強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生主動進(jìn)行信息抽象與轉(zhuǎn)換的能力。現(xiàn)實(shí)世界的信息要被計(jì)算機(jī)能夠處理首先必須將信息轉(zhuǎn)換成便于計(jì)算機(jī)識別和應(yīng)用的信息，比如，有大量的成績數(shù)據(jù)需要處理，學(xué)生首先應(yīng)該想到怎樣將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，建立相應(yīng)的關(guān)系數(shù)據(jù)表，才能使用數(shù)據(jù)庫軟件進(jìn)行處理；再比如，對一張紙質(zhì)照片進(jìn)行處理，學(xué)生首先應(yīng)該想到怎樣將圖像數(shù)字化。這些都需要學(xué)生了解現(xiàn)實(shí)世界的各種信息在計(jì)算機(jī)中的存儲格式，主動的進(jìn)行轉(zhuǎn)換，便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。

問題的求解能力指運(yùn)用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言設(shè)計(jì)程序?qū)μ厥鈫栴}進(jìn)行求解的能力，強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力，即找到計(jì)算機(jī)與其專業(yè)問題的結(jié)合點(diǎn)。非專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)一定的程序語言知識并不是要求他們能設(shè)計(jì)程序解決問題，而是希望他們通過程序語言的學(xué)習(xí)了解程序的運(yùn)作過程，從而幫助程序員解決其專業(yè)領(lǐng)域的問題。

很多老師對于計(jì)算思維能力的理解比較籠統(tǒng)，偏重強(qiáng)調(diào)編程能力的培養(yǎng)，而編程不僅僅只是掌握一兩門程序語言，需要具備相當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)專業(yè)知識，這對于文科學(xué)生來說是不切實(shí)際的。將計(jì)算思維能力分層以后，計(jì)算思維能力的培養(yǎng)就比較清晰明確，在教學(xué)中可以根據(jù)不同層次的能力分別進(jìn)行培養(yǎng)。在以上三個層次的計(jì)算思維能力當(dāng)中，機(jī)器的操作能力和信息的處理能力是培養(yǎng)文科學(xué)生計(jì)算思維能力的著力點(diǎn)。

3 文科學(xué)生的思維特點(diǎn)

教學(xué)強(qiáng)調(diào)因材施教，培養(yǎng)文科學(xué)生的計(jì)算思維能力，需要了解他們的思維特點(diǎn)。根據(jù)長期的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，我們總結(jié)出文科學(xué)生的思維特點(diǎn)有以下三點(diǎn)：

1） 形象思維能力強(qiáng)，抽象能力較弱

文科學(xué)生對現(xiàn)實(shí)世界的認(rèn)識和理解是基于自然語言文字的描述，語言文字的描述講究形象化。而用計(jì)算機(jī)處理信息首先要把信息抽象成計(jì)算機(jī)能夠操作的數(shù)據(jù)，需要從數(shù)學(xué)的角度對現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行抽象，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。比如在PS軟件的操作中，對于紅色的描述，文科學(xué)生頭腦里出現(xiàn)的是深紅、大紅這樣的詞匯，而計(jì)算機(jī)的描述則是用RGB的數(shù)值。在教學(xué)實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)這種思維的差異導(dǎo)致文科學(xué)生對計(jì)算機(jī)產(chǎn)生隔閡感，不太能夠主動的運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息的處理。

2） 感性思維能力強(qiáng)，理性思維能力較弱

文科學(xué)生擅長從人的主觀角度去感知世界，感性思維能力比較強(qiáng)，感性思維是一種跳躍性、發(fā)散性的思維，不太強(qiáng)調(diào)前后的邏輯關(guān)系。比如在數(shù)據(jù)庫的學(xué)習(xí)中建立數(shù)據(jù)表，需要建立表結(jié)構(gòu)，然后才能輸入記錄，很多學(xué)生在這一點(diǎn)上就不能理解，他們不會去關(guān)注表結(jié)構(gòu)和表記錄之間的邏輯關(guān)系。

3） 想象力強(qiáng)，具體操作能力較弱

計(jì)算機(jī)操作需要根據(jù)硬件和軟件的實(shí)際情況按步驟進(jìn)行，很多文科學(xué)生在學(xué)習(xí)軟件操作時，總是憑想象進(jìn)行操作，比如在excel操作中，單元格引用的操作比較復(fù)雜，怎樣引用單元格有著嚴(yán)格的規(guī)范，尤其在函數(shù)中引用單元格，參數(shù)位置不同所代表的含義是不一樣的，結(jié)果也自然不同，但是很多文科學(xué)生在學(xué)習(xí)這個部分的時候喜歡按自己想象的方式進(jìn)行操作，導(dǎo)致在教學(xué)實(shí)踐中這個部分成為了學(xué)習(xí)的一個難點(diǎn)。

4 怎樣在“大學(xué)計(jì)算機(jī)”課程中培養(yǎng)計(jì)算思維能力

為了落實(shí)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，我們從以下三個方面進(jìn)行教學(xué)改革：

1） 對課程內(nèi)容進(jìn)行分類

“大學(xué)計(jì)算機(jī)”課程的內(nèi)容多而雜，為了突出計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，我們將“大學(xué)計(jì)算機(jī)”課程內(nèi)容分為知識學(xué)習(xí)和能力培養(yǎng)。表1是“大學(xué)計(jì)算機(jī)”課程內(nèi)容的分類。

知識學(xué)習(xí)部分使得學(xué)生掌握一定的計(jì)算機(jī)理論知識，為能力培養(yǎng)打下理論基礎(chǔ)。知識學(xué)習(xí)部分的內(nèi)容偏重理論講解，重點(diǎn)是幫助學(xué)生理解計(jì)算機(jī)的工作方式。能力培養(yǎng)部分使得學(xué)生具備使用計(jì)算機(jī)處理信息的能力。能力培養(yǎng)不只是教學(xué)生使用軟件，依據(jù)計(jì)算思維能力的分層，能力培養(yǎng)又分為機(jī)器的操作能力和信息的處理能力兩部分。機(jī)器的操作能力強(qiáng)調(diào)通過自學(xué)掌握應(yīng)用軟件的使用的能力，信息的處理能力強(qiáng)調(diào)學(xué)生主動抽象和轉(zhuǎn)換信息的能力。將課程內(nèi)容分類以后，在教學(xué)中便可以非常明確地對學(xué)生實(shí)施計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。

2） 改變教學(xué)內(nèi)容順序

在以往的“大學(xué)計(jì)算機(jī)”課程教學(xué)中，通常是先講解理論知識，再學(xué)習(xí)相關(guān)的軟件操作。一般按照以下順序進(jìn)行教學(xué)：

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論知識→計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)→先講操作系統(tǒng)再學(xué)習(xí)常用操作系統(tǒng)的使用→office軟件的操作→先學(xué)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)再將互聯(lián)網(wǎng)的使用→先講多媒體基礎(chǔ)再學(xué)習(xí)flash軟件、ps軟件的使用→先講數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)再學(xué)習(xí)Acess數(shù)據(jù)庫的使用→先講程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)再學(xué)習(xí)vb的簡單應(yīng)用。

通常課程一開始就先學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論知識和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，然后才會學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)的使用。根據(jù)文科學(xué)生的思維特點(diǎn)，先學(xué)習(xí)理論知識他們會覺得很抽象，難于理解和接受。因此，我們從比較直觀的軟件操作開始，先使用軟件再學(xué)習(xí)理論知識。比如學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)之前先學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)的使用，在使用操作系統(tǒng)的同時，學(xué)生會接觸鼠標(biāo)、鍵盤、屏幕等計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備，對計(jì)算機(jī)有比較直觀的感受，這時再引導(dǎo)學(xué)生深入了解計(jì)算機(jī)的構(gòu)成，即計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。有了直觀印象以后再學(xué)習(xí)，學(xué)生更容易接受。以下是調(diào)整后的教學(xué)內(nèi)容順序：

先學(xué)習(xí)常用操作系統(tǒng)的使用、office軟件的操作→計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論知識→計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)→操作系統(tǒng)→先學(xué)習(xí)互聯(lián)網(wǎng)的使用再講計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)→先學(xué)習(xí)flash軟件、ps軟件的使用再講多媒體基礎(chǔ)→先學(xué)習(xí)Acess數(shù)據(jù)庫的使用再講數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)→先學(xué)習(xí)vb的簡單應(yīng)用再講程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

調(diào)整后的教學(xué)內(nèi)容順序都是先接觸軟件操作，再進(jìn)行相關(guān)的理論知識的學(xué)習(xí)。這樣的學(xué)習(xí)順序，更符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。

3） 注重能力培養(yǎng)

能力培養(yǎng)主要是學(xué)習(xí)常用軟件的學(xué)習(xí)，與以往的教學(xué)不同的是，我們將能力培養(yǎng)分為機(jī)器的操作能力和信息的處理能力，這樣教學(xué)生使用軟件，不只停留在學(xué)會某一軟件操作的目標(biāo)上。其中，機(jī)器的操作能力不僅僅指會操作基本軟件，而是強(qiáng)調(diào)通過自學(xué)掌握應(yīng)用軟件的能力。為了培養(yǎng)學(xué)生的這個能力，我們在教學(xué)生使用操作系統(tǒng)和office軟件的時候，不是從菜單、標(biāo)題欄等界面的功能開始介紹、學(xué)習(xí)，而是告訴學(xué)生這個軟件具有什么樣的功能，至于怎么實(shí)現(xiàn)這些功能，由學(xué)生自己摸索掌握。比如，在學(xué)習(xí)word操作時，告訴學(xué)生word可以進(jìn)行文字的編輯排版，那么關(guān)于文字該怎樣進(jìn)行編輯排版完全由學(xué)生自學(xué)掌握。

5 結(jié)束語

由于文科專業(yè)與計(jì)算機(jī)學(xué)科缺乏交集，因而培養(yǎng)文科學(xué)生的計(jì)算思維能力是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的難點(diǎn)。本文提出了將機(jī)器操作能力和信息處理能力作為培養(yǎng)文科學(xué)生計(jì)算思維能力的著力點(diǎn)，結(jié)合文科學(xué)生的思維特點(diǎn)，總結(jié)出在“大學(xué)計(jì)算機(jī)”課程教學(xué)中通過對課程內(nèi)容進(jìn)行分類、改變課程教學(xué)內(nèi)容順序、注重能力培養(yǎng)等方法來培養(yǎng)文科學(xué)生計(jì)算思維能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 戰(zhàn)德臣，聶蘭順.計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)課程改革的基本思路[J].中國大學(xué)教學(xué)，2013（2）：56-60.

[2] 趙龍德.大學(xué)計(jì)算機(jī)課程中計(jì)算思維培養(yǎng)的層次和原則[J].計(jì)算機(jī)教育，2015（20）：9-12.

[3] 羅芳，楊長興. 計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革的思考[J].計(jì)算機(jī)教育，2014（18）：83-85.