面向計算機應用與科學思維能力培養

譚浩強

摘要：大學計算機基礎教育（高校非計算機類專業中的計算機教育）的本質是計算機應用的教育，在研究計算機基礎教育深入改革時應當堅持面向應用的方向，并在該方向上有所突破；要正確處理好計算機應用與培養科學思維的關系，在計算機學習和應用過程中培養科學思維；培養大學生的多種思維能力；在計算思維的研討中要從實際出發，把復雜的問題簡單化，而不要把簡單的問題復雜化；要注意內容和方法的大眾化，講求實效。

關鍵詞：計算機基礎教育；計算機應用；科學思維；計算思維

0 引言

從20世紀80年代開始，在全國高校中陸續開設了計算機課程，開展了計算機基礎教育，至今已有30多年的歷史。30多年來，計算機基礎教育從理工專業開始，迅速擴展到農林、醫學、文科、藝術、體育等專業，覆蓋了高校全部的專業。從無到有、由淺入深、從零散到系統地建立了計算機基礎教育體系，培養了大批計算機應用人才。學校的教育為大學生畢業后的工作打下了基礎，有力地推動了我國各行各業中的計算機應用。這是一件具有重要意義的事情。

當前，對于計算機基礎教育如何進一步發展，大家進行了廣泛研究，從不同角度提出問題，各抒己見，思想活躍，探索實踐。筆者也想發表自己的一管之見，參加討論。

1 需求是計算機基礎教育的動力

首先提出一個問題：“為什么在大學的非計算機專業中設置計算機課程呢？”顯然，這是科技發展的結果，是社會發展的需要。

30多年來，關于計算機基礎教育的性質和定位始終存在著一些不同意見。有的專家認為計算機基礎教育應當面向計算機學科，面向理論，要提高計算機基礎教育水平就應該向理論的方向提高。另一種意見是計算機基礎教育應當面向應用，著眼于培養學生的應用能力，任務是培養千萬計算機應用人才。筆者始終支持后一種觀點。

回顧計算機基礎教育發生和發展的過程，對于認識這個問題會有啟示。20世紀80年代初開始陸續在大學中開設計算機課程，并不是由少數人閉門造車拍腦袋規劃的，也不是由上面硬性指定的，而是由下面推著上面走的。筆者清楚地記得，當時清華大學的許多專業，在教學和科研中迫切需要使用計算機處理問題，而教師和學生都不會使用計算機，因此各專業紛紛要求學校開設計算機課程。筆者當時在清華大學計算中心工作，根據各系的要求，給全體教師和研究生講授了BASIC語言和FORTRAN語言程序設計，再通過各系的教師迅速在全校各系普遍開設了程序設計課程，并立竿見影地用于教學、科研和畢業設計中。各系研究生和應屆畢業生在設計任務中紛紛利用計算機進行科學計算，如土木系用“有限元法”編寫程序求節點的應力。在此基礎上，1981年筆者在中央電視臺和中央電大向全國師生講授了“BASIC語言程序設計”，迅速在全國高校打開了局面，開始了計算機基礎教育的歷程。可見，是計算機應用的需要推動了計算機教育，有需求才有發展的動力。

2 計算機基礎教育的本質是計算機應用的教育

在長期的實踐中，我們深刻地認識到，大學非計算機專業的計算機教育應當服務并推動計算機的應用，因此，它本質上是計算機應用的教育，是為學生將來在各領域開展計算機應用打下基礎。20世紀90年代初成立的第一屆計算機基礎課程指導委員會明確指出：計算機基礎教育應當以應用為目的，從應用出發。這個指導思想在全國取得了共識，深入人心。

每做一項事情都有它直接的目的，譬如，人為什么要吃飯？因為營養的需要。為什么學開車？因為交通便捷的需要。為什么學外語？因為對外交流的需要。公務員為什么學電腦？因為工作需要。老百姓為什么學電腦？因為生活需要。為什么在中國先后出現了4次全國性計算機普及高潮，幾億人踴躍學計算機？因為離開計算機人們將寸步難行。總之，是應用的需要。這是很簡單的道理。

請思考幾個簡單的問題：畢業生將來從事的是什么工作（是理論還是應用）？企業認為大學畢業生最缺的是什么（是理論還是實際能力）？大學畢業生感到自己最缺的是什么？有的大學生找不到工作，有的工作找不到需要的人，問題在哪里？畢業生希望大學計算機教育應當加強什么環節？怎樣才能幫助學生在就業中有更大的競爭力？

一些資深的教育家提出：“中國的大學有兩個‘不夠：一是創新能力不夠；二是社會服務精神不夠。當今大學發展潮流，不是越來越脫離社會，而是越來越靠近社會。教育要向‘應用性和‘創新型發展”。這個問題值得我們高度關注。

我國的大學絕大多數是應用性大學，培養的是應用型人才，將來多數人是從事計算機應用的，即使是計算機專業，多數學生將來也是計算機應用人才。顯然，計算機教育應緊密與社會結合，深入研究社會需要，按照社會需要確定培養人才的模式和教學要求與內容。可惜這方面恰恰是我們的“短板”，有的同志往往不認真調查社會的需求，不仔細考慮培養對象的特點，孤立地在書房中“純學術”地研究教學改革，這樣很難做到有的放矢。

有人有意無意貶低應用，認為應用就是簡單操作、沒水平，理論高級，要提高教學質量就必須向理論方向提高。這是不符合實際的。計算機的第一屬性是工具，應用是目的，離開應用，計算機只是一堆廢鐵。

應當回歸到計算機基礎教育的本質。計算機基礎教育的根本目的是培養學生具備在各個領域應用計算機的能力，大力提高學生計算機應用能力，培養大批計算機應用人才，推動各個領域中的信息化。任何時候都不應該動搖這個根本。

英國詩人雪萊說：“我們已經走了很久，也已經走得很遠，卻往往會忘記我們出發時的目的！”今天我們應當更加大張旗鼓、理直氣壯地高舉計算機應用大旗，堅定不移地堅持面向應用的方向，著眼于培養具有較強應用能力的計算機應用人才。

我們強調應用，但是應當說明：①應用并不等于簡單操作，是分層次的。大學本科不同于高職和中專，不能滿足于學生只掌握最基本的操作。用好計算機，用出水平，并不容易。②應用在發展。計算機應用要跟上科技的進步，要結合專業的特點，適應社會的需求，與時俱進，不斷深化。③計算機應用需要理論的支撐和指導。要使學生在應用中游刃有余，就應當引導學生了解計算機，學習必要的基本知識，掌握處理問題的方法和規律；但是，非計算機專業學生要學習的知識不應是脫離應用的純學科理論知識，而是針對應用需要的計算機應用知識。以飛機專業為例，飛機設計者和飛機駕駛者所學習的內容是不一樣的。前者需要學習系統的學科知識，后者需要學習的是應用知識。endprint

什么是計算機基礎教育的主線？有兩種意見，一種認為應當以計算思維為主線，一種認為應當以計算機應用為主線。我們支持后一種意見。當前，要使計算機基礎教育深入發展，首先應當在面向應用方向上有所突破，要深入研究社會和專業的需求，研究計算機應用人才的知識結構與能力結構，以計算機應用為主線改革課程體系、課程內容和教學方法。當前，如果能根據應用的需要，研究和制定出計算機應用的知識體系，將是一個重要的突破。

要想爭取各專業重視計算機課程，最根本的辦法是把計算機課程與專業需求緊密結合，為專業服務，顯著提高學生的計算機應用能力，在各專業領域中有效地發揮信息技術的作用。大學計算機教育應當根據社會需求進行設計，學校與社會要形成閉環系統，計算機教育與各專業要形成閉環系統。這樣，計算機教育自然就成為各專業教育不可或缺、不可分離的重要組成部分。

3 當前在面向應用方面需要解決的問題

1）教學內容跟不上信息技術的飛速發展。

現在信息技術已遠非20年前的情況了，互聯網從根本上改變了人們的生活習慣和思維方式，云計算和大數據正在迅速進入人們的生活，電子商務、搜索技術、微博微信已為老百姓普遍使用。智能卡、智能手機、平板電腦正在取代著傳統的Pc，計算機的應用方式已由單機使用發展為各種應用平臺，進而形成無處不在的工作環境。教材和教學內容應該體現信息技術的新，有助于大學生清晰地了解信息技術迅猛發展的趨勢及其對社會發展的深刻影響。而目前學生的知識面較窄，基礎課程只有一兩門課，內容比較單一，跟不上發展。

2）課程體系不能滿足應用需求。

現在有的課程體系主要是根據計算機專業的知識體系構建的，強調學科的系統性和完整性，強調理論，有的甚至是計算機專業課程的濃縮版。應該以計算機應用為主線來設計課程體系，明確分析和提出應用能力的要求，編寫出體現應用特點的教材。

3）教學面向應用以及與專業結合很不夠。

我們對專業的需求研究不夠，畢業生的計算機應用能力與社會的需求相比有明顯的不足，難以滿足各領域日益發展的需要。非計算機專業大學生的計算機教育包括兩部分：一是低年級的計算機基礎課程，二是與專業緊密結合的計算機課程。二者都應當面向應用，要把低年級的計算機基礎課程和高年級的與計算機有關的課程有機地結合和連貫起來，形成一個貫穿4年的計算機應用課程體系。這項工作需要有計算機基礎教師、計算機專業教師和各院系專業教師的共同參與，相互交叉滲透，合力促進計算機在專業領域中更深入的應用。

低年級的計算機基礎課程的任務是幫助學生掌握計算機基本知識和基本應用能力，掌握必要的共性知識和解決問題的思路，培養信息素養。同時要使學生盡早了解學習計算機對本專業的作用。其實在基礎課程中的許多知識點中，都可以找出它們與專業需求的相關性。有的醫科院校在低年級開設“醫學信息基礎”，農業院校開設“農業信息基礎”，藝術院校在低年級開設計算機用于藝術的課程（如動漫），都有較強的專業針對性。

4 計算機應用與培養科學思維的內在聯系

科學思維是培養人才的一項重要內容。人們不僅學會干活，還要學會正確地思維。

思維是無處不在的，做什么事情都需要有正確思維的指導，如吃飯很簡單，但是如果亂吃，不僅無益于身體還會損害健康，所以電視臺有養生節目，幫助人們建立營養思維，科學地飲食和養生。從事工業設計工作的人要培養和掌握設計思維，從事經濟工作的人要有市場思維，公務員要有法制思維，軍人要有國防思維等。幾乎每一個領域都提出了與本領域有關的思維，如創造思維、批判性思維、系統思維、可持續發展思維、網絡思維等。人們從不同的角度對思維進行研究和描述，進行歸納分類，但這都是相對的，并無嚴格的定義和和公認的標準。其實，對一般人來說，叫什么名字并不重要。只要是科學思維，都應當提倡和推廣。

創造性人才需要有科學思維。近一時期國內外一些計算機專家提出的“計算思維”具有積極意義，可以啟發人們更深入地進行思考，探索信息時代思維的發展與特點。

對于“計算思維”，無論國內外科學界和哲學界還未就此取得公認一致的意見，目前仍處在初步研討階段，有不少有益的見解，但還不成熟，需要在較長的時間內在理論上進一步探討和實踐中深入地積累經驗。思維從本質上說屬于哲學范疇。對思維如何描述和分類，可能哲學家能站在更高的角度作出更科學準確的分析與說明。

唯物主義認為物質是第一位的，精神是第二位的，但是精神又可以反作用于物質。不能脫離物質的基礎孤立地研究精神。人的正確思想，只能從實踐中來。皮之不存，毛將焉附？同樣，不能離開計算機應用，孤立抽象地討論計算思維。

樹立正確的思維方法是為了更好地指導行動。培養計算思維很重要，但不能說學習計算機的目的就是為了培養計算思維，正如不能說吃飯的目的是為了培養營養思維、學開車的目的是為了培養交通思維一樣。人們在學習和應用計算機的過程中，逐步培養了計算思維，它又反過來推動計算機應用的深入發展。計算思維的根在計算機應用，離開計算機應用，計算思維就成為了無源之水。離開問題的處理過程怎樣培養思維？

計算思維不是懸空的抽象概念，是體現在計算機教學和應用的各個環節中的。其實，在提出“計算思維”這個名詞之前，人們通過學習和應用計算機，在頭腦中已經有了計算思維。正如人們學習了數學自然地培養了邏輯思維一樣。現在無非把“隱性”變為“顯性”，由不自覺變為自覺。

學習和應用計算機不僅培養了計算思維，也培養了其他的科學思維，如邏輯思維、實證思維、創造性思維等，不能書生氣地討論“這個問題屬于計算思維嗎？”如果是就重視，否則就不重視。不應當孤立地突出其中某一種思維而不顧其他，大學生需要有多種思維的能力，在解決實際問題時往往是多種思維共同起作用，計算機基礎課程的任務也不僅是培養計算思維。

在教學改革中要有整體的思路，計算機基礎教學要綜合考慮以下3個方面：①體現信息技術的新發展；②計算機應用的要求；③培養包括計算思維在內的科學思維。這是一個三維的模型。三者緊密、自然地結合在一起。不同類型的教學在三維系統中的坐標不同，要具體研究和探索。endprint

要把計算機應用和培養科學思維辯證地自然地結合起來，提高信息素養。從技術的角度，把計算機作為現代工具應用，著力培養應用能力；從教育的角度，要注意通過計算機的學習和應用，培養大學生的科學思維和信息素養。在研究對學生的全面培養時，要站在提高信息素養的高度，在落實課程體系和教學內容時，要強調應用的特點。

5 要把復雜的問題簡單化，而不要把簡單的問題復雜化

科學思維（包括計算思維）并不神秘，是人人觸手可及的。當前，在對計算思維的研討中，不應當把它搞得深奧化、神秘化，使人覺得高深莫測。其實完全可以使它大眾化，使人容易理解和接受。大眾化包括以下兩個方面。

1）內容的大眾化。

要區分專家的研究層面和一般群眾的學習層面，不要把專家研究的學術問題直接搬到一般群眾中。研討計算思維有不同的層面：哲學家的計算思維、計算機專家的計算思維和大眾的計算思維。它們的要求和內容是不同的。

以哲學為例，哲學是被認為很深奧、一般人難以企及的。20世紀30年代我國青年哲學家艾思奇寫了一本《大眾哲學》，用老百姓耳熟能詳的例子把哲學理論講得清楚透徹。解放初，筆者15歲時就基本看懂了。這本書把哲學從書齋中解放出來，成為千百萬群眾所掌握的思想武器。對大眾而言，不要牽涉太多的專業術語，不要說得玄之又玄，人摸不著頭腦。

對計算思維的研討，應當區分不同人群，不能要求一般教師和大學生都去研究那些深奧的內容，少數專家可以進行深入的學術研究，提出自己研究的見解。一般教師應當對計算思維有一定的了解，并且在教學過程中自然而然地融入計算思維。對大學生（尤其是非計算機專業學生），主要是應用好計算機，在此過程中注意掌握處理問題的方法，培養計算思維。沒有必要搞成“全民性”的研究和貫徹計算思維的“運動”，畢竟學習的是計算機課程而不是思維課程。

要求應當實事求是，要考慮計算機基礎課程的主要任務。計算思維的內容很廣泛，牽涉的方面很多，不能要求在僅有的一兩門課程中把計算思維各方面都全部覆蓋。如果多數教師能做到在教學過程中有意識地注意培養計算思維，就很不錯了。

2）方法的大眾化。

要用簡單易行的方法，讓師生易于了解和培養計算思維。要從實際出發，在原有基礎上提高，循序漸進，而不是另起爐灶，使人覺得是從天降之物，無可適從。

我們多年前曾提出在計算機基礎教育中講知識、講應用、講方法。講知識，又講應用，體現了計算機基礎教育的應用性特點（不能只講理論知識），講方法就是培養科學思維方法，不能滿足于具體應用，還要舉一反三，歸納分析，總結規律，上升為思維。一位大學校長說：“教授有三流：三流教授只講授知識；二流教授除傳播知識，還講授方法；一流教授，聽了他的課就能站在這個學科的前沿，并且產生一種進入學科前沿的沖動。”這充分說明教師要引導學生學會思考與創造。

全國高校計算機基礎教育研究會多年前曾經提出，應當在計算機基礎教育中培養信息素養，包括信息意識、信息知識、信息能力和信息道德。研究會全面分析了計算機基礎教育的作用和任務，指出素質是知識與能力的升華，知識、能力與素質是創新的基礎，信息素養包括養成科學思維。只有把知識、能力與素質三者緊密結合，并貫穿在整個教育過程中，才能培養出高質量的人才。同時全面歸納了計算機教育的作用，即計算機是工具，是文化，是現代意識，是時代素質。

以上這些提法是在原有的基礎上，承上啟下，引導教師進一步提高教學水平，深化教學改革。這些提法容易為廣大教師理解和接受，教師經過努力就能夠做到。今天我們仍然要堅持這種科學而實際的工作方法。采取合適的方法自然會事半功倍，而方法不對頭必然事倍功半，甚至事與愿違。

要善于把復雜的問題簡單化，而不要把簡單的問題復雜化。請考慮我們是怎樣通過數學課培養邏輯思維、通過物理課培養實證思維的，我們就會明白怎樣通過計算機課程培養計算思維了。它應當是自然而然的結果，而不是生硬進行的過程；是本身存在的內在關聯，而不是外界強加的概念。

教育工作者不僅要努力掌握業務知識，還要有正確的理念和思想方法。一切從實際出發，不唯上，不唯書，不唯外，只唯實。當前，應當了解各發達國家各類大學在計算思維問題上的各種觀點和做法，了解國內各大學計算機專業的做法，分析比較，深思熟慮，謹慎行事，尤其避免用行政手段勉強貫徹，拔苗助長。

6 結語

最近筆者接觸到由中國鐵道出版社組織和支持、吳文虎教授和高林教授主持的、多所大學參加的計算機基礎教學改革研究課題組，他們對當前計算機基礎教育中的問題（尤其在面向應用問題），從實際出發作了全面深入的研究，提出了許多獨到的觀點和全面解決的方案（如能力結構、面向應用的課程體系），受到許多大學老師的好評，被認為符合多數學校的實際。筆者也看到劉瑞挺教授的近作《計算機新導論》（清華大學出版社出版），他改變了概論教材的傳統模式，創造出以計算機應用為主線、以信息技術新發展為主要內容的新模式，體現了新思路和新探索。這些都是很可喜的成果。相信全國有更多的優秀成果，我們要善于發現，大力支持，積極推廣。

總之，學術問題應當堅持百家爭鳴，廣開言路，充分發揚學術民主，尤其要善于聽取不同意見，集思廣益，取長補短，在實踐中探索，使已有的思想、方案和行動日臻完善。

（編輯：彭遠紅）endprint