面向非計算機專業的計算思維培養模式探討

摘要：分析了非計算機專業計算思維的培養需求以及目前大學計算機基礎教學存在的問題，從建立計算思維的公共認知、構建面向計算思維的教學體系、轉變教學模式和建設教學資源體系四方面探討了如何建立計算思維的培養模式，并提出具體在教學實踐中的可采用的策略和技巧。

關鍵詞：計算思維；非計算機專業；計算思維；大學計算機基礎教育

作者簡介：謝旻（1980-），女，江蘇南京人，南京工業大學電子與信息工程學院，講師。（江蘇 南京 210009）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）07-0109-02

大學教育的目標是培養綜合能力的人才。作為大學通識教育的重要組成部分，大學計算機基礎教育不僅要向學生傳授計算機相關知識、技能，更要培養學生的思維方式。作為計算思維培養的重要載體，“計算機基礎”課程的教育模式是否能滿足非計算機專業學生的各種專業需求、是否能培養學生良好的思維方式和勇于探索的實踐能力，是值得教育者關注和研究的重要課題。

一、非計算機專業的計算思維培養需求

計算思維由美國計算機科學家提出，它與理論思維、實驗思維共同組成人類認識世界和改造世界的三種思維方式。周以真將計算思維定義為“是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計、以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動”。簡單來說，計算思維就是以計算機科學的基本概念去理解、解構、解決廣泛性的其他學科上遇到的問題。計算思維以計算機學科為代表，它并不只是一門工具學科，其意義在于可以使用計算機科學的思維去影響乃至主導其他學科（如生物物理數學等）中解決問題的基本思路及思維方式。

計算思維的培養不僅對計算機專業的學生必不可少，對非計算機專業的學生來說也是十分重要的。這體現在：各學科的研究開發工作對計算機科學與技術的需求日益增強，特別在高端交叉學科的人才培養上，計算思維更是不可或缺；人才知識結構中對計算機相關能力的需求逐漸增強，即便是與計算機學科相關性較小的文科專業學生，也必須會使用信息系統并掌握必要的計算機技能。而針對非計算機專業的計算思維培養首先落實在大學計算機公共基礎課程的教學上。然而，目前非計算機專業學生對計算思維的認知度不高、重視程度不夠，再加上計算機公共基礎課程的課時普遍較少，使得計算思維的培養受限。因此如何建立一個科學的計算思維培養方式至關重要。

二、大學“計算機基礎”教學存在的問題

面向非計算機專業學生開設的大學“計算機基礎”課程，存在一些問題。

首先，在課程指導思想上將計算機作為一門工具學科，采取“掃盲”的形式對計算機各方面的內容進行無差別的普及教育，如從計算機硬件、軟件到計算機網絡、多媒體技術、數據庫技術，課程涉及面廣，學生無從理解，只能死記硬背書本上的概念和原理來進行學習，因此學生對待計算機課程沒有熱情，很多學生采取考前突擊的方式應付考試。

其次，由于課時普遍較少，學生實際動手能力的訓練僅限于完成一些最基本的技能，如word、excel等操作，無法真正滿足各類專業對計算機應用能力的需求，造成學生在入學后對第一門計算機課程不重視，認為可有可無，從而影響后續課程的學習。

再次，基礎課程采取的壓縮式內容無法向學生傳遞計算機技術的核心思想與方法，無法完成對學生計算思維培養的目標。因此，很多非計算機專業學生在后續程序語言課程的學習中很難真正理解和運用程序設計方法，采取題海戰術來應對相關資格考試，創新能力十分欠缺。

三、非計算機專業計算思維的培養體系

計算思維并不是一門獨立的學科或新興的內容，它是一種思維方式的培養，是貫穿在整個人才培養體系當中的。因此，對于面向非計算機專業的計算機基礎教育，并不是開設某一門課程就完成計算思維的培養，而是需要一套完整的培養體系。本文從以下四個方面進行探討。

1.建立計算思維的公共認知

提高非計算機專業學生對計算思維的認知，便于他們理解計算思維對自己專業的價值、影響以及將來與所從事工作的相關性和重要性。只有提高對計算思維的認知，才能激發學生的學習熱情和學習興趣，才能為真正落實計算思維的培養構建一個良好的環境。具體可以通過開展與計算思維相關的主題活動來實現。如采取專家講座的形式對當前某個熱門應用進行探討，使學生通過對新概念、新技術的了解來認知計算機技術在相關行業上的應用，往往可以激發學生的好奇心和學習欲望。可以開設面向專業專題講座，邀請專業教師或本專業已走上工作崗位的代表介紹計算機與專業的相關性。還可以通過計算機競賽的形式培養和選拔有潛能的跨專業人才。

2.構建面向專業的計算思維課程體系（見圖1）

計算思維的培養直接落實在課程體系的構建上，面向非計算機專業的計算思維基礎教育旨在普及計算機文化，使學生了解信息技術的具體應用、與其他學科的相互滲透以及培養學生的專業應用能力，包括掌握計算思維的基本知識和方法，并能用計算思維及相關工具解決專業問題。因此，課程體系應針對專業而構建，基礎課程內容要與后續專業課程的內容相適應。對于與計算機相關性較小的專業，如文科、商科、醫科等，基礎課程以計算機文化普及為主，并在此基礎上培養與專業相關的計算機應用技能，比如office應用等。對這類學生計算思維的培養應做到“重思維模式，輕編程語言”，使學生的精力放在思維方式的訓練上，這可以利用弱化編程語言的工具實現，如Raptor流程工具、phython、Scratch等。而對于專業相關度較高的理、工科專業學生，則在培養基礎應用能力的同時，開設高級應用課程，包括各類程序語言設計課程以及各類專業高級應用課程，從而滿足不同專業對計算思維能力培養的需求。針對不同學生的學習興趣和技能培養需要，可以通過開設各類選學課程來滿足需求。

3.轉變教學模式

轉變教學模式包括兩個方面：

（1）由灌輸式教育模式向啟發式、自主式學習模式轉變。面向非計算機專業的“計算機基礎”課程往往因為課時限制采取灌輸式教學方式，教師直接將結論轉述給學生，使學生成為被動的知識接受者，其教學效果很不理想，學生打瞌睡、走神的現象常有發生。而計算思維的培養需要學習者主動的訓練思維能力和評價決策能力，并不是機械地接受、記憶知識。因此，在教學過程中，要樹立學生為主體的學習模式，讓學生進行探索研究式的自主學習，讓教師成為教學的主導者，起到控制學習過程、提供教學資源和教學建議的作用。在課堂教學中可以采用案例教學法來引出與案例相關的一系列概念，啟發學生思維，便于學生理解。運用貼近生活的真實案例則可以調動學生的學習積極性。采用課程小組的形式可促進學生共同學習、共同探索，培養學生交流溝通的能力，課程匯報（presentation）則可以激發學生的自主學習意識和學習潛能。

（2）由理論驗證型方式向鼓勵創新型方式轉變。傳統的課程考試往往只檢測學生對課本知識和技能的掌握程度，忽略了課程對學生計算思維培養的結果。在基礎課程階段，學生思維方式的培養成果往往體現在對某一知識領域的探索熱情上。鼓勵學生進行與課程相關的實踐創新，并納入課程考查范圍可更全面的評價學生，如安排課程設計鼓勵學生自主創新，創新作品可獲得額外加分。

4.建設教學資源體系

教學資源主要包括兩部分：一是教材（教參），二是教學網站。

（1）教材（教參）應適應學生自主學習的模式，應對每一章節要求掌握的知識點、重點、難點做出說明，教參材料中應對典型例題做詳細的說明，并配有習題集和詳細的習題答案，使學生在沒有教師講解的情況下能真正自主的完成課程的學習。

（2）教學網站的建設應利于教學資源的檢索，教學資源的粒度應細化到知識點，而不是簡單地堆砌教學幻燈片。在此基礎上，提高教學網站的互動性利于遠程的自主學習，如允許學習者進行知識點檢索，并展現與此知識點相關的學習資源（教學視頻、幻燈片、例題、習題），開發網絡考試系統則可對學習者的作業進行自動判分，等等。

四、結束語

建立科學的計算思維培養模式尚處在嘗試階段，并沒有一個成熟的模型。作為大學信息技術的基礎課教師，如何將計算思維融入教學，培養學生自主學習并運用計算思維解決專業問題的能力，是一個值得探討的話題。

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（責任編輯：宋秀麗）