高校計算機基礎教學中計算思維能力的培養分析

摘要：介紹了計算思維概念的定義和內容，分析了高校計算機基礎教學中存在的問題，簡單闡述了在計算機基礎教學中進行計算思維能力培養的若干觀點。

關鍵詞：計算機基礎教學；計算思維；計算機

作者簡介：徐新艷（1980-），女，江蘇靖江人，南京工業大學電子與信息工程學院，講師；孫冰（1977-），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（2014）05-0123-02

在我國，高校計算機基礎教學已經普及了很長一段時間了，其教學對象主要是剛剛踏入大學校門的一年級非計算機專業新生，學生專業涵蓋了理學、工學、農學、醫學、管理學、教育學、哲學、經濟學、法學、文學、歷史學等幾乎所有領域，這是與目前計算機在社會經濟發展各個領域高度滲透的潮流趨勢是相適應的。

但隨著計算機硬件的飛速發展，計算機設備的日益更新，計算機對于大學生來說不再新奇與陌生。計算機應用軟件的層出不窮也讓很多大學生更多地沉迷于使用計算機進行簡單輕松的娛樂、社交、網購等活動中無法自拔，從而忽略了真正該去學習和掌握的計算機輔助工作、輔助學習的技能。而計算機基礎教學中一些客觀存在的問題（如學時少、教學內容廣等）長期得不到解決，導致教師教學任務太重，教學設計無法兼顧趣味性和互動性，陷入一種疲勞而無奈的填鴨式教學，學生也對所學內容越來越感到枯燥無趣，難以消化。逐漸地，很多人對高校計算機基礎教學產生了信任危機，對其課程的存在產生了質疑。高校計算機基礎教學的改革迫在眉睫，而近年來逐步興起的計算思維的教學理念，為高校計算機基礎教學的未來發展亮起了一盞明燈。

一、計算思維概念的提出

2006年3月，美國卡內基·梅隆大學計算機科學系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在美國計算機權威期刊《Communications of the ACM》雜志上給出并定義了計算思維（Computational Thinking）這一概念。[1]2008年6月，ACM（Association for Computing Machinery，美國計算機協會）在網上公布的對CS2001（CC2001）進行中期審查的報告（CS2001 Interim Review）（草案），開始將周以真教授倡導的“計算思維”與“計算機導論”課程綁定在一起，并明確要求該課程講授計算思維的本質。[2]2008年10月31日至11月2日，我國高等學校計算機教育研究會在桂林召開了一次關于“計算思維與計算機導論”的專題學術研討會，探討了科學思維與科學方法在計算機學科教學創新中的作用。來自全國80多所高校，包括70多位計算機學院院長、主管教學副院長在內的近百名專家出席了會議。[3]自2010 年10月中國科學技術大學陳國良院士在“第六屆大學計算機課程報告論壇”上倡議將計算思維引入大學計算機基礎教學以后，計算思維得到了國內計算機基礎教育界的廣泛重視。[4]

計算思維是目前國際計算機界廣為關注的一個重要概念，也是我國當前計算機基礎教育需要重點研究的重要課題。而高校計算機基礎教學面向的對象是已有明確專業方向并且即將步入社會參與社會分工的大學生們，因此更應該將計算思維作為今后改革的一個重要思路，使未來的計算機基礎教育能夠打破目前的僵局，更好地去為學生的專業學習服務。

二、計算思維的內容及理解

其實，計算思維的思想自古至今在人們的工作、學習和生活中處處存在，只是一直沒有得到系統的闡述和理論的提升。比如做一道數學題、規劃一條旅游線路、設計一次課堂教學等等，每一個例子都涉及了問題的提出、理解、設計及求解等過程，都使用到了計算思維的方法。

計算思維是人本來就有的，不是刻板的技能，是多個層次的抽象。計算思維早在計算機出現之前就已經存在了。計算機出現后，人將自身的計算思維的成果交給計算機去實現自動化。計算機計算能力強大，但卻沒有主動的思維能力，只能對人安排好的步驟去解決問題。而人的計算思維則具有主動性和創造力，人能借助自身的聰穎和想象力賦予計算機以智能和激情，使得計算機的工作不再機械和枯燥。

周以真教授將計算思維這一思想上升到了理論的高度，不僅提出了計算思維的概念和定義，認為計算思維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。同時她還對計算思維作了更詳細的表述，將計算思維概括為具體的七大類方法。[1]

計算思維不僅適用于計算機學科，而且適用于所有能用計算機去進行輔助研究的學科。計算機學科具有廣泛的社會基礎，而計算思維是所有人都具備的潛在思維。計算思維具有規約、嵌入、轉化、仿真、遞歸、并行、抽象、分解、保護、冗余、容錯、糾錯、系統恢復、啟發式、規劃、學習、調度、折中，優化等特征點，貫穿了人們解決實際問題的始終，包含了解決各種問題以及解決問題的各個階段所有可以采用的核心思想。

三、在計算機基礎教學中應注重計算思維能力的培養

計算機基礎教學主要分為兩大類，一是計算機基礎理論學習，二是程序設計基礎學習。計算機基礎理論的每一章都對應了計算機專業的一門主干課程，內容系統而全面。程序設計基礎內容從語法到算法，知識點零散且繁多。如果教師不將這些內容進行精心的組織和提煉就一股腦灌輸給非計算機專業的學生，那么效果可想而知。進行概念填空式的教學方式已被證明不可行，教師不能再像以往那樣專注于知識點的細枝末節。以前教師都是將整個課程作為一個完整的教學活動，平時講授基本知識點，最后通過期末考試對學生學習效果進行評價。學生在學習每章的知識點時并不知道這些知識點之間有什么聯系，也不知道有什么實際用途。學習完后沒有及時通過形象的系統案例輔助記憶，所以遺忘也很快。期末考試只能測試出學生的應試能力，并不能測試出學生利用所學知識解決問題的能力。

計算思維的培養恰好能夠解決這個問題。教師應根據知識點的分布將整個課程分成若干個小的教學活動，不再照本宣科，而是從為什么學、怎樣去學、如何才能學得好、學了有什么用這幾個方面去設計每一次的教學活動，啟發學生如何去思考，發掘學生潛能，每一次的教學活動都是對學生計算思維的一次鍛煉。

1.理論知識的學習

學生理論知識的學習主要以課堂教學為主。傳統的課堂教學都是以教師講為主，偶爾的師生互動也僅限于知識點的問答，學生的主觀能動性得不到發揮，計算思維能力得不到培養。教師在課堂教學設計時，應注重資料準備工作，對新知識點的講授不能僅依賴于課本，而更應該聯系實際，特別是聯系學生所學專業。比如在對化學專業的學生講授二進制和八進制時，可將其與化學元素分布規律聯系起來，這樣不僅激發了學生的興趣，而且在無形中將枯燥的純計算機知識變得通俗易學，記憶深刻。教師在課堂上還應該鼓勵學生走上講臺，勇敢發表對所學知識的理解。一旦學生主動思考了，那他們就會很自然地去分析問題，收集信息并找到途徑解決問題。而教師要做的就是拋出問題，對學生解決問題的方式方法提出切實的建議，幫助學生進步。

2.實踐環節的訓練

對于計算機基礎教學來說，實踐環節主要分為基本操作和大作業兩部分。基本操作部分由學生根據實驗指導書的要求按部就班完成，大作業則由教師根據教學目標來設計。大作業是對學生基本操作部分學習情況的一個綜合的考核辦法，既測試了學生的基本技能，又培養了學生協同創新的能力。大作業為學生計算思維能力的培養提供了很好的途徑。教師設計大作業時應將規約、嵌入、轉化、仿真、遞歸、并行、抽象、分解、保護、冗余、容錯、糾錯、系統恢復、啟發式、規劃、學習、調度、折中，優化等計算思維的特征點融入其中，簡化實驗要求，明確實驗目的，預留給學生較大的自由發揮的空間。如PowerPoint大作業的布置，可對分組人數、幻燈片的數量、考核知識點（如超鏈接、圖表、聲音等）、演示時間等進行限制，但對文稿主題不做要求。學生在完成大作業時可最大程度地發揮創造力，主動思考，參與到尋找主題、搜集資料、學習技術、測試效果、成果演示一系列的活動之中，真正體會到自己才是教學活動的主體，從而更加積極地投入到下一次的集體教學活動中去。

四、總結

美國人已經提出，在2050年以前要讓地球上每一個公民都具備“計算思維”的能力，要掃“計算機盲”。[5]這里所指的計算機盲并不是指沒有接觸過計算機，沒有掌握計算機基本操作的人，而是指不會利用計算思維解決問題的人。計算思維與人們的工作和生活密切相關，計算思維理所當然地應當成為人類不可或缺的一種生存能力。計算機基礎教學不再僅是教授計算機概念知識和基本操作，而是教會學生利用計算機學科思維去解決實際問題。目前，計算思維在我國還處于比較抽象的概念性傳播和學習階段，還不能直接全面地應用到教學中去。計算思維與具體教學內容的結合案例還需要不斷地去研究和探索。

參考文獻：

[1]董榮勝，古天龍.計算思維與計算機方法論[J].計算機科學，

2009，36（1）：1-4.

[2]董榮勝.計算思維與計算機導論[J].計算機科學，2009，36（4）：50-52.

[3]牟琴，譚良.計算思維的研究及其發展[J].計算機科學，2011，

38（3）：10-15.

[4]龔沛曾，楊志強.大學計算機基礎教學中的計算思維培養[J].中國大學教學，2012，（5）：51-54.

[5]袁開榜.二十一世紀，人們應該具有計算思維能力[J].計算機教育，2011，（3）：30-33.

（責任編輯：王意琴）