以計算思維為導向，探討計算機教學改革新思路

摘 要：計算思維的培養是當前國際和國內計算機教育界廣為關注并重點研究的熱點問題。北京聯合大學計算機基礎課程群在堅持面向應用的同時，提出在計算機基礎系列課程中有意識地融入計算思維思想，整合和優化教學內容，通過典型案例引導學生思考和探究問題等改革思路，并在新一輪教學中加以實踐。

關鍵詞：計算思維 計算機基礎 面向應用

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）04（b）-0020-02

計算思維是當前國際計算機界廣為關注的一個重要概念，也是國內計算機教育界廣泛重視并開始研究的熱點問題。2010年7月，在西安交大主辦的“九校聯盟（C9）計算機基礎課程研討會”[1]上，以九校聯盟（C9）為代表的我國高水平研究型大學就大學計算機基礎教學中的計算思維培養問題進行了探討，許多專家、學者對在大學中推進“計算思維”教育與傳播提出自己的觀點和看法。之后在一些研究型大學的計算機課程中率先嘗試引入計算思維思想，開展了探索性、實驗性的教學實踐。

北京聯合大學是一所以培養適應國家特別是首都經濟社會發展需要的高素質應用性人才為己任的應用型大學。應用型大學非計算機專業的計算機教育本質是計算機應用的教育[2]，教學是以相關理論知識和技能為基礎，以專業行動能力為核心，以培養科學行動能力為目的，使學生具備在不同專業領域應用計算機的能力。作為從事計算機基礎教育的教師來說，面對計算機基礎教育發展的新形勢、新挑戰，我們必須行動起來，積極研究并探討在我校的計算機基礎課程中，現有的教學模式是否能滿足非計算機專業學生的各類專業需求；如何根據學校培養目標，在提高大學生計算機應用能力的同時，融入計算思維思想，培養學生的科學素養等問題。

1 對“計算思維”的認識與理解

2006年卡內基·梅隆大學的周以真教授在美國計算機權威雜志ACM上對計算思維（Computational Thinking）給出了最具代表性的定義：“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。[3]”對此定義，周以真教授從六個方面進一步做了解讀，并指出：

（1）計算思維是概念化思維，是人類理性思維最重要的方式，不是程序化思維。

（2）計算思維是基礎技能，是現代社會人人都應掌握的基本能力，不是機械技能。

（3）計算思維是人的思維，是人類解決問題的思路和和方法，不是計算機的思維。

（4）計算思維是思想，不是人造品。

（5）計算思維是數學思維和工程思維相互融合的思維，不只是數學思維。

（6）計算思維是是面向所有人、所有領域，如同每個人在培養解析能力時不僅掌握閱讀、寫作和算術，還要學會計算思維，而不僅僅是計算機科學家的思維。

我們的理解是計算思維面向所有人、所有領域的，是現代社會每個人人人都應具有的一種科學思維方法。計算機不僅僅是一個工具，而是可以幫助人們思考問題，提供一種解決問題的思路與方式。簡單地說，當我們遇到一個復雜的問題時，應該以計算機的思維從多個角度看問題，用最有效的方法解決實際問題，如將這個復雜的問題分解成若干小的并容易解決的問題，一個個擊破，當這些小的問題被解決了，整個大的問題也就得到了求解。

計算思維自提出以來，得到了廣泛認可，一些研究型大學已將計算思維能力培養落實到計算機基礎課程中并進行實踐探索。我校是一所應用型市屬高校，面對95%以上的非計算機專業的學生，我們首先要認識到以面向應用為主的計算機基礎課程中融入計算思維概念的重要性。其次，研究如何處理好培養計算思維與提高應用能力二者的關系。最后，就是考慮在課程中具體落實的問題了。

2 以計算思維為導向的計算機基礎課程改革思路

2.1 計算機基礎課程教學現狀

我校各學院計算機基礎課程教學由計算機基礎課程群統一指導。新生入學的第一門課程《大學計算機應用基礎》是全體學生的必修課，主要以辦公軟件為教學平臺，教學形式是以實驗案例展開導學，通過導學使學生在操作中獲取知識，提高操作能力。經過三輪次的教學實踐，我們認為這種實踐導學可以有效地幫助學生掌握基本技能操作，但教學內容缺乏基本的理論和知識，加上學生認為會操作了就足夠應付考試，考前練習題庫就能考個高分，外在的表現形式為高分低能，在實際學習和生活中，不會舉一反三，不能靈活運用所學知識解決實際問題。

第二門課程是針對文、理科專業不同開設的《C語言程序設計》《VB程序設計》和《Access數據庫應用》課程，期末統一考試，并舉辦程序設計競賽。我們的體會是由于第一門課程就是辦公軟件的應用，進入第二門課程的學習時，由于學生對計算機基本理論知識儲備不夠，學生普遍感到學習困難。雖然采用任務驅動，小任務逐步串成綜合任務的教學形式，學生在老師的指導下可以簡單的模仿，但自己不愿思考、不會分析程序、不敢接受挑戰，而是機械地接受、記憶知識，換一個任務就不會了，因此，程序設計課程的教學效果也不令人滿意。

針對課程教學狀況，結合當前計算機基礎教育的新發展、新要求，我們認為迫切需要改革大學計算機基礎課程，提出開展以計算思維為導向的計算機基礎課程教學改革。

2.2 基于計算思維的計算機基礎課程教學改革思路

大學計算機基礎課程改革思路示意圖如圖1所示。

改革基本思路確定后，具體的方案為：

（1）《大學計算機應用基礎》課程。

由于新生入學水平差異較大，且每個人的思維能力與認知能力也不一樣，所以對于《大學計算機應用基礎》這門課程，在突出應用能力訓練的同時，開展一些基本計算思維的訓練。

對原有教學內容優化與提高。在48學時的教學中，利用12學時分4次開展基礎級計算思維知識專題教學及討論：

①計算機技術發展歷程及其影響（了解計算機技術發展，從現實的角度理解計算機對現代社會的影響）。

②馮·諾依曼計算機及其工作原理（理解現代計算機的基本工作原理）。

③數據的表示（關于0和1的思維）。

④關于操作系統的思維（了解計算環境、計算資源競爭等問題）。

還有一部分專題教學受學時所限，放在Bb網絡學堂討論專區，作為學生自主學習的內容，如關于程序、指令及其執行、關于互聯網協議等內容。其余36學時精講原教學內容。

（2）程序設計類、數據庫應用技術。

①程序設計是公認的、最能直接有效地訓練學生的邏輯思維、計算思維，培養分析問題、解決問題能力的課程之一。在這門課程中引入計算思維訓練的做法是首先要尊重學生的認知方式，對不同層次的學生要求不同，鼓勵學生敢于挑戰，遇到問題時多思考、多討論。其次通過經典算法變量交換、累加累乘、求解極值、冒泡排序、遞歸調用等的講解與運用，啟發學生的思維，引導學生探究問題，學會求解問題的思路和方法。設計的案例盡可能實用、適當增加一些趣味性問題，目的是讓學生全身心參與到學習過程中，提高教學效果。

②《Access數據庫應用》課程是針對文科學生開設的。根據學生的認知能力，教學過程中要注重循序漸進、由淺入深地引導學生學會數據處理的方法。針對每個知識點，利用事先設計好的實例，先講授清楚要實現的目標后帶領學生完成任務，在完成過程中，不斷引出問題所在，啟發學生對知識點理解和掌握，進而帶著各自的理解和問題完成上機練習的內容，上機實踐后，教師對出現的問題進行講解，歸納總結。

3 結語

以計算思維為導向的計算機基礎教學改革并不是顛覆原有的教學模式和課程內容，我們的基本思路是在教學方式上有意識地引導學生去思考、討論問題，突出實踐能力與思維能力的訓練。教學內容上對原有內容進行優化和提高[7]。我們的培養目標依然是以提高學生的應用能力為根本，學生首先要熟練地駕馭計算機這個現代化智能型工具，然后學會利用計算機解決實際學習和生活中問題，最后能綜合應用計算機技術為本專業領域服務。

參考文獻

[1] 九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明[J].中國大學教學，2010（9）.

[2]譚浩強.研究計算思維，堅持面向應用[J].計算機教育，2012（21）：45-49.

[3] Jeannette M.Wing.Computational Thinking[J].Communications of the ACM，2006，49（3）：33-35.

[4] 李曉明.社會科學與計算思維的交叉滲透[J].中國社會科學報，2013（409）.

[5] 程春玲，張少嫻，陳蕾.基于計算思維能力培養的數據庫課程教學研究[J].中國電力教育，2012（8）：81-82.

[6] 唐培和，徐奕奕，王日鳳.計算思維導論[M].桂林：廣西師范大學出版社，2012.

[7] 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.