計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中計算思維能力的培養(yǎng)

崔天明

（長春大學(xué)旅游學(xué)院，吉林 長春 130011）

0 引言

每個學(xué)科都有自己的思維模式，計算思維是三種基本科學(xué)思維方式之一，以計算機(jī)學(xué)科的典型代表。計算思維被認(rèn)為是信息社會所有大學(xué)生都應(yīng)具備的，如同“聽、說、讀、寫、算”一樣的一種解決問題的基本思維能力。

學(xué)習(xí)和掌握計算思維是社會大環(huán)境發(fā)展的必然趨勢，信息社會各種新技術(shù)不斷發(fā)展，計算機(jī)與各學(xué)科交叉融合發(fā)展出現(xiàn)了“新工科”，這種新工科需要是計算思維。無論什么專業(yè)的學(xué)生，畢業(yè)后所從事的工作，在當(dāng)前大環(huán)境、大趨勢下，基本上都離不開計算機(jī)的應(yīng)用。在大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教育階段接觸計算思維，刻意學(xué)習(xí)計算思維，注意對計算思維的理解和掌握，并結(jié)合本學(xué)科的思維，將本學(xué)科思維與計算思維交叉融合，這樣才能達(dá)到畢業(yè)后更好理解專業(yè)儀器及產(chǎn)生的結(jié)果，才能更好地應(yīng)用各種計算機(jī)仿真系統(tǒng)，真正實現(xiàn)國家高等教育高素質(zhì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

1 加強(qiáng)大學(xué)生計算思維培養(yǎng)的意義

1.1 計算思維能力是現(xiàn)代信息社會公民應(yīng)具備的基本素質(zhì)之一

學(xué)習(xí)計算機(jī)，首先要學(xué)習(xí)計算思維，近年來，計算思維的培養(yǎng)得到了我國各層次計算機(jī)基礎(chǔ)教育界，尤其是在全國高校的廣泛重視。計算思維是一種求解問題的思維，計算思維的培養(yǎng)已經(jīng)證明可以通過計算機(jī)科學(xué)知識和應(yīng)用能力的學(xué)習(xí)而獲得理解和掌握，但是計算思維卻并不是計算機(jī)科學(xué)的專屬思維。在信息社會中，計算思維已經(jīng)成為人人都應(yīng)該掌握、處處都會被使用到的一個解決問題的有效工具，也是現(xiàn)代信息社會公民都應(yīng)具備的基本素質(zhì)之一[2]。

1.2 計算思維能力培養(yǎng)已經(jīng)成為大學(xué)教育的重要組成部分

教育的目的是為了學(xué)生的全面發(fā)展，對學(xué)生思維方面的培養(yǎng)則是教學(xué)過程中非常重要的一項教學(xué)內(nèi)容，對大學(xué)生的科學(xué)思維能力培養(yǎng)則是高等教育的核心內(nèi)容。計算思維是廣泛存在的，是一種高階復(fù)雜性思維技能，在以前的教學(xué)中，教師對計算思維的培養(yǎng)多數(shù)是無意識進(jìn)行的，而要有意識的實現(xiàn)計算思維能力培養(yǎng)，則要通過系統(tǒng)化的知識學(xué)習(xí)和精心的教學(xué)設(shè)計來實現(xiàn)，計算思維需要在學(xué)習(xí)和實踐中不斷體會、不斷強(qiáng)化、不斷理解并運用。因此，可以將計算思維做為計算機(jī)基礎(chǔ)教育的重要組成部分，充分利用計算機(jī)基礎(chǔ)教育階段傳授包含對學(xué)生未來發(fā)產(chǎn)生的借鑒和影響的核心計算思維。

1.3 計算思維能力是學(xué)科整合與創(chuàng)新發(fā)展的需要

隨著計算機(jī)技術(shù)與各專業(yè)學(xué)科的不斷交叉融合，計算機(jī)基礎(chǔ)課程與各學(xué)科的專業(yè)課程都有著密不可分的關(guān)系，實現(xiàn)多學(xué)科不同思維交融對于各學(xué)科的發(fā)展都具有促進(jìn)作用。培養(yǎng)一些計算思維模式，對于所有學(xué)科的人員建立復(fù)合型知識結(jié)構(gòu)，進(jìn)行各種新型計算手段的學(xué)科創(chuàng)新都有重要的意義。

2 計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中計算思維能力培養(yǎng)存在的問題

2010年，部分高校敏銳地跟蹤到國內(nèi)外關(guān)于計算思維培養(yǎng)的動向，有9所高校率先在西安提出了“以計算思維培養(yǎng)為核心的大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革”的聯(lián)合聲明。自此，以計算思維為導(dǎo)向的計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革在全國各高校逐步推進(jìn)，普通取得良好效果，但仍然存在著一定的問題。

2.1 側(cè)重知識與技能傳授，忽視思維能力培養(yǎng)

計算思維不是簡單的一個概念，學(xué)習(xí)的目的是為了應(yīng)用和創(chuàng)新，要將學(xué)習(xí)的理論知識應(yīng)用于未來改造世界活動或工作場景中，雖然目前多數(shù)高校都在進(jìn)行以計算思維為核心的計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革與實踐研究，但還有相當(dāng)一部分高校教師還在片面地認(rèn)為計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)是教會學(xué)生如何使用計算機(jī)，課程教學(xué)目標(biāo)更多地側(cè)重于片面的知識或軟件工具的操作培訓(xùn)，而忽視了引領(lǐng)計算機(jī)應(yīng)用的思維能力。

2.2 計算機(jī)基礎(chǔ)課程內(nèi)容的穩(wěn)定性有待提高

在計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中，不應(yīng)該片面強(qiáng)調(diào)技術(shù)，而應(yīng)該更多地強(qiáng)調(diào)思維，思維有多遠(yuǎn)，未來才能走多遠(yuǎn)。因此，計算機(jī)基礎(chǔ)課程內(nèi)容應(yīng)該重在傳授“計算學(xué)科中不變的東西”“利用計算機(jī)解決各學(xué)科問題的一般方法”[4]，在進(jìn)行計算思維能力培養(yǎng)過程中，不僅要考慮課程內(nèi)容的適用性，也要兼顧教學(xué)內(nèi)容的穩(wěn)定性，這也是當(dāng)前計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革研究的一項重要任務(wù)。

2.3 計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的基礎(chǔ)支撐作用體現(xiàn)得不夠充分

近年來，隨著社會信息化和智能化的快速發(fā)展，云計算、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、人工智能等新概念和新技術(shù)不斷出現(xiàn)，極大地改變了人們對計算（機(jī)）的認(rèn)識，計算（機(jī)）正在與社會/自然各學(xué)科深度融合，各學(xué)科也在不斷加速與計算（機(jī)）學(xué)科的融合，信息技術(shù)已經(jīng)融入社會方方面面，信息處理已經(jīng)與人類生活密不可分。但很多學(xué)校的計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)還不能滿足信息社會對大學(xué)生的信息素質(zhì)培養(yǎng)的基本要求，在如何支撐大學(xué)生專業(yè)知識應(yīng)用與社會實踐應(yīng)用方面仍然存在很多不足之處亟待改進(jìn)[5]。

3 計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中加強(qiáng)計算思維培養(yǎng)的方法和措施

3.1 要明確計算思維培養(yǎng)在課程定位中的重要性

網(wǎng)絡(luò)化改變了人們的思維模式，教師只有深刻地認(rèn)識到思維培養(yǎng)的重要性，才能在日常教學(xué)工作開展的過程中有意識地提升計算思維培養(yǎng)的意識與方法，精心選擇教學(xué)內(nèi)容、精心設(shè)計教學(xué)方法。加強(qiáng)計算思維教學(xué)，并不是顛覆原有的課程內(nèi)容，而是將原有課程本身存在的無意識的計算思維教學(xué)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥?、積極的、有意識的計算思維教學(xué)[6]。將教學(xué)目標(biāo)從片面地強(qiáng)調(diào)計算機(jī)操作技能，轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)調(diào)掌握計算機(jī)最本質(zhì)的思維模式，如如何讓計算機(jī)實現(xiàn)符號化、計算化、自動化的思維，如何實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化的思維培養(yǎng)，提升課程內(nèi)涵建設(shè)，為進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)奠定堅實基礎(chǔ)。

3.2 以計算思維培養(yǎng)為目標(biāo)重組教學(xué)內(nèi)容

計算機(jī)基礎(chǔ)課程改革的探索點必須是強(qiáng)化思維教學(xué)，以思維引導(dǎo)輻射一系列的相關(guān)知識技能模塊，因此，要進(jìn)一步提升對計算思維能力培養(yǎng)的認(rèn)識,梳理計算思維的科學(xué)內(nèi)涵，構(gòu)建引領(lǐng)思維變化的核心知識體系，編寫典型的計算思維教學(xué)案例或教材加以推廣，設(shè)計實踐課程體系，將其落實為確實可行的多樣化的教學(xué)實施方案。通過適當(dāng)增刪內(nèi)容，對教材內(nèi)容進(jìn)行重組，形成以計算思維為導(dǎo)向的教學(xué)內(nèi)容體系，使教學(xué)內(nèi)容在傳授知識的同時，還傳授獲取知識和創(chuàng)造知識的方法，從而讓學(xué)生達(dá)到能力和素質(zhì)的提升[7]。

3.3 以多樣化教學(xué)實施方案適合不同高校的教學(xué)定位

不同高校的辦學(xué)目標(biāo)和人才培養(yǎng)定位存在較大差異。在面向不同的人才培養(yǎng)目標(biāo)，同時又面對知識膨脹與學(xué)時數(shù)壓縮的雙向夾逼情況下，各高校不可能也不必要在課程體系中涵蓋所有計算思維相關(guān)的知識體系，因此，計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程體系必然會呈現(xiàn)出多樣化的教學(xué)實施方案。在體現(xiàn)計算思維前提下，“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”可以有多種教學(xué)內(nèi)容組織策略，例如可以將現(xiàn)實具體實際問題如何轉(zhuǎn)化為算法或程序作為教學(xué)重點，還可以將計算機(jī)技術(shù)與各專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的深度交叉融合作為教學(xué)重要突破點。

3.4 以實踐能力培養(yǎng)體現(xiàn)計算思維能力培養(yǎng)

面對抽象化的教學(xué)內(nèi)容，要通過實踐案例進(jìn)行理解消化，計算機(jī)基礎(chǔ)實踐教學(xué)也要圍繞計算思維培養(yǎng)開展。教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計不同，實踐內(nèi)容，實踐能力方面的要求也有所不同。在各個具體課程內(nèi)容的教學(xué)組織過程中，要將課程內(nèi)容所體現(xiàn)的計算思維培養(yǎng)恰當(dāng)?shù)厝谌胨O(shè)計的項目中去，例如對于計算機(jī)操作系統(tǒng)，可以采用“分工-合作-協(xié)同”的思維來理解，這是一種將復(fù)雜問題簡單化的思維，因此實踐內(nèi)容可以劃分成不同層次，通過思維層面、表達(dá)層面、應(yīng)用層面的訓(xùn)練，循序漸進(jìn)地提升學(xué)生實踐能力。

3.5 線上線下混合教學(xué)模式助力計算思維培養(yǎng)

MOOC的興起是高校課程教學(xué)改革的一大契機(jī)，在大力推廣在線開放課程的形勢下，目前部分高校已經(jīng)建設(shè)了一批反映計算思維教學(xué)改革成果的在線開放課程。通過引入MOOC的教學(xué)理念和教學(xué)方法，積極開展線下線下相混合的教學(xué)模式，有效利用并開發(fā)優(yōu)質(zhì)的教育資源，改革傳統(tǒng)的教學(xué)模式，實現(xiàn)碎片化學(xué)習(xí)和翻轉(zhuǎn)課堂，借助互動性強(qiáng)的各種網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺，開展研討式、探索式、協(xié)作式的教學(xué)活動，不僅可以提升計算機(jī)基礎(chǔ)課程的吸引力和教學(xué)效果，提高任課教師的教學(xué)水平，自主學(xué)習(xí)環(huán)境也更加有助于學(xué)生多方面能力培養(yǎng)[8]。

3.6 培養(yǎng)計算思維的學(xué)習(xí)方法

分析大學(xué)計算思維教育空間，了解認(rèn)知學(xué)習(xí)的不同深度，不同教學(xué)內(nèi)容采用不同的教學(xué)方法，也應(yīng)該有對應(yīng)的學(xué)習(xí)方法，包括對比聯(lián)想式學(xué)習(xí)方法、驗證式學(xué)習(xí)方法、體驗式學(xué)習(xí)方法、習(xí)練式學(xué)習(xí)方法、場景理解式學(xué)習(xí)方法、模擬式學(xué)習(xí)方法、案例對比式學(xué)習(xí)方法、類比分析式學(xué)習(xí)方法、內(nèi)容驅(qū)動技術(shù)的學(xué)習(xí)方法等，不斷習(xí)與練，化繁為簡，以不同學(xué)習(xí)方法應(yīng)對計算系統(tǒng)的千變?nèi)f化。

4 結(jié)語

綜上所述，在當(dāng)前“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下，計算思維的培養(yǎng)對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)有著重要意義，是每一個大學(xué)生走入信息社會應(yīng)該具備的基本能力。在大學(xué)計算機(jī)課程中理解和運用思維還是一門發(fā)展中的課程，計算思維的培養(yǎng)還存在很多問題需要解決，處于這樣一個歷史時期，大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教育任重道遠(yuǎn)，還需要得到更多教育者深入研究。希望本文一系列的建議和措施，可以有效提升對大學(xué)生信息素養(yǎng)和計算思維能力的培養(yǎng)，進(jìn)而對促進(jìn)大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革，提升課程教學(xué)質(zhì)量發(fā)揮作用。