計算思維視角下的學生信息通曉能力培養

文章編號：1672-5913（2015）07-0012-05

中圖分類號：G642

摘要：當今計算機技術高速發展，信息過載，大學計算機基礎教育面臨很多挑戰。文章在分析目前教學中存在問題的基礎上，引出計算思維和信息通曉的概念，闡述如何將其融入計算思維，改進教學方法，指出學生信息通曉能力的變化，探尋一條新形勢下計算機基礎教學的可行之路。

關鍵詞：計算思維；信息通曉能力；約簡；嵌入

0 引言

計算機基礎是非計算機專業本科生必修的一門大學公共課程，隨著信息技術的發展，該門課程的教學理論和教學目標不斷變化。自20世紀90年代至今，新疆各高等院校計算機基礎課程的教材升級至第4版，現更名為“計算機與信息技術基礎”，然而即便如此，這門課程仍然面臨危機。

一方面，手機、手持終端在智能化方面突飛猛進，便捷地訪問網絡資源有了依托平臺；微博、微信、QQ等社交軟件蓬勃發展，信息傳播速度更快，范圍更廣，增進了人群間信息互動；目前，大學生入校“三大件”，手機、電腦、單反相機成為流行趨勢，學生輕輕滑動手指，便可擁有豐富的信息，這些嚴峻挑戰著教材內容。另一方面，MOOC正在全球興起，為學生提供了一種新型的知識獲取渠道，它逐步打破校園圍墻，實現優質資源共享。傳統教學模式陷入深刻反思，如何提高教學質量，比以往任何時期都更加迫切和重要。

在高度信息化的今天，計算機技術日新月異，廣泛融入各個學科，基于計算機技術的信息技術在社會發展中的作用日益突顯，不掌握信息技術，將無法應對激烈的競爭。C9會議不僅肯定了大學計算機基礎教學是通識教育的重要組成部分，而且提出要培養大學生用計算思維方法解決問題的能力，塑造復合型創新人才。然而計算思維如何落地，復合型創新人才如何界定以及如何培養，一直是研討熱點。

1 計算思維和信息通曉

2006年3月，周以真教授提出計算思維，即指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。這一定義高度概括且抽象，圖靈獎獲得者艾茲格則說：“我們所使用的工具影響著我們的思維方式和思維習慣，從而也將深刻地影響著我們的思維能力。”

縱觀歷史發展，人類在勞動中創造出最原始的工具，在使用過程中不斷滋生新靈感，改進工具……新工具和新思維相互影響，相互促進，直到今天強大的計算機工具誕生，可見計算機本身凝結著人類的智慧思維。反之，沉淀的成功方法（即計算思維方法）則應用于生活，指導著人類進一步改進工具。

人類需求增長進一步激發了人類的思維，計算機軟硬件功能將更加強大，更多成功方法會浮出水面，計算思維的內涵將不斷擴充。也許某天人類創造出與自己沒有任何區分的機器人，那就徹底實現了利用計算機解決各種問題的理想。然而就目前而言，周教授提出的計算思維方法可簡單概括為：約簡、嵌入、轉化、仿真、遞歸、并行、抽象分解、預防、保護、冗余、容錯、糾錯、啟發、規劃、調度、緩存等。

陳國良院士意識到計算思維的重要性，于2010年10月，在“第六屆大學計算機課程報告論壇”上提倡將計算思維引入大學計算機基礎教學中。自此，如何在計算機基礎教學中培養大學生的計算思維能力，使大學生學會用計算思維去思考問題和解決問題成為探討主題。

同時，教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會確定進行以計算思維為導向的大學計算機課程改革。具體內容包括：科學設計大學計算機課程的教學內容，形成反映計算思維特征的科學的知識體系、合理的知識結構；創新教學方法和教學模式；在大學計算機課程中探索計算思維能力培養，深入體現專業化與信息化融合，注重多學科滲透，使大學計算機課程成為大學課程體系中最重要的基礎課程之一。

1.2 信息通曉能力 計算機基礎課程教學經歷過兩次重大改革，從早期以計算機技能培養為目標，過渡到培養計算機應用能力，到如今以計算思維為導向。隨著計算機影響力的不斷深化，社會對人才需求的標準也逐步升高，由計算機素養到信息素養，直至今天的信息通曉能力。

信息通曉即指在新興技術推動下，在信息素養理論基礎上出現的一種有著更高能力內涵的術語，它包含了信息素養、信息技術技能、批判性思維、信息交流技能等，成為當今社會表征個人綜合能力的新標準。

印第安納大學圖書館與信息科學聯合院主席Daniel Callison強調：信息通曉適用于學習、工作、生活的各個領域；涵蓋所有與信息、技術相關的技能；基于問題解決的建構主義學習理論，采用以學生為中心的學習模式；如何批判性地評估信息、組織信息、合法有道德地使用信息、在網頁上有效地演示表達信息等。

綜上所述，信息通曉是指在信息過載和技術精深的環境中有效完成任務的能力。教學實踐中，我們有意識地融入計算思維，創新教學模式。對于“上機操作內容”，應用“約簡”等方法，注重傳授規律，加強實踐，點撥悟性，實質性地提高學生操作技能。對于“計算機理論”部分，應用“轉化”等方法將抽象概念簡單化，并用“緩存”方法，在班級中成立興趣小組，挖掘互聯網中計算機前沿技術，探尋計算機與專業知識的交集，有效補充課堂內容。這些不僅培養了學生計算思維能力，更重要的是科學地組織教學內容，使學生儲備了大量信息，逐步構建專業與信息融合的知識結構；這種以學生為中心的學習模式，鍛煉了學生信息收集、下載、評估、綜合利用、‘創意表達等多方面的能力，學生對計算機課程產生了濃厚興趣。

2 計算思維下的計算機基礎教學

周教授指出，計算思維是每個人為了在現代社會中發揮職能所必須掌握的基本技能，不僅僅屬于計算機科學家，而是人類求解問題的一條途徑。它被人們用來求解問題，管理日常生活，以及與他人進行交流和互動……

當面向全校開設的計算機與信息技術基礎課程存在眾多問題時，如教學內容多且陳舊，課時量壓縮，學生水平參差不齊，興趣低，教學質量低下等，如何有效地啟發學生？如何將計算機最新技術、最新產品引進課堂，提高學生興趣，這就需要在計算思維啟發下，探索新的教學方法。

2.1 約簡、啟發、嵌入方法，學習計算機基本操作

新疆大學的計算機與信息技術基礎課程配有實驗習題冊，步驟詳盡，但是學生按照習題冊操作時卻倍感費勁，因為細節太多，操作過后不進行鞏固就很快遺忘。

我們運用“約簡”方法，列出Windows 3個核心概念：鼠標、對象、命令；總結它們之間的關系：大部分計算機操作可歸結為“用鼠標選中對象，右擊鼠標，執行快捷式菜單中的相關命令”；然后分別詳細介紹這些概念。

鼠標：基本操作方式以及鼠標指針狀態。

對象：從編程角度介紹對象的產生；從應用角度介紹什么是對象，操作中編輯的文字、段落、圖表、表格、圖片、藝術字、圖形、圖標、文件以及文件夾、單元格、工作表等都可看成對象。一位學生理解到“計算機中每個對象都承擔著任務，實現一定的功能”。

命令：實現一定功能的程序代碼。它除了快捷菜單命令外，還包括控制菜單命令、下拉菜單命令、開始菜單命令。快捷菜單命令操作最便捷，不同的對象，快捷菜單中的命令有所不同；同一對象在不同操作狀態下，快捷菜單中的命令也會有變化。

最后，嵌入規律，實踐習題冊上一兩個案例。如字體格式設置、圖片格式設置、圖標創建快捷方式等，學生逐步觸類旁通。再進一步啟發他們運用多種途徑實現同一個操作。這些途徑包括快捷菜單、菜單欄中相應命令按鈕，快捷鍵和鼠標，進一步降低操作難度。學生更增添了信心，如在未演示情況下，分配“給文字添加發亮效果”的任務，一位學生之前從未操作過，卻在規律啟發下順利完成操作。

此外，運用計算思維“約簡”方法，精煉出Windows的對話框、應用程序窗口、圖標、菜單命令中約定的符號等基本概念，這些概念至始至終貫穿于上機操作過程，在人機交互中起到重要作用。就如同老練的駕駛員特別留意道路兩旁的路標，因而無論走到哪里，很少違章；學生如果掌握了計算機界面的這些友好提示，也能輕松駕馭計算機。

2.2 轉化、仿真方法，學習計算機基礎知識

信息數字化章節中，數制轉換是難點。講解二進制、八進制、十六進制時，先轉化為講解十進制。十進制是小學內容，學生很容易理解數碼、基、權的概念，由此引出二進制、八進制、十六進制的數碼、基、權。對比不同后，再講解各種進制間的轉換。

信息安全技術基礎章節中，信息安全防護的內容既抽象又高端。為方便學生理解，我們構建了校園安全防護的仿真場景。校園安全防護分事先防御、實時監測、事后響應3個階段，每個階段都有哪些防護措施？學生在激烈的討論中，很容易獲得正確答案。由此轉化到討論信息安全防護問題，也分事先防御、實時監測、事后響應，再深入講解，學生既有興趣，又容易理解。

2.3 規劃、并行、緩存、調度方法，豐富教學內容

盡管計算機基礎課程的教材更新快，但教學內容依然滯后于計算機發展，這個問題如何解決？

我們受計算思維方法啟發，對授課內容進行以下規劃：在班級中，成立興趣小組；按班級總人數，分5-6人一組，每個小組任命一名組長，負責管理和督促組員，完成老師分配的任務。

為了不影響正常教學計劃，在教室授課我們要完成3項任務：

（1）正常教學內容。

（2）分配延伸內容收集任務：大致是補充書中沒有，但與書中的內容又有聯系的內容。比如講到操作系統，書中只介紹了Windows、Linux，我們會分配任務，讓學生通過搜索引擎或社交網絡，了解安卓操作系統以及Iphone的操作系統；講到信息，會讓學生課外收集信號、消息；講到數據，會讓學生收集結構化數據、非結構化數據、大數據等相關概念……在講授教學內容的同時，就把收集任務分配下去，不會占用太多課堂時間。延伸內容主題的確定與教師科研經歷和教學經驗密切相關，另外還需考慮學生的興趣。

（3）分享延伸內容：下課前10-20分鐘，分享上節課布置的各項收集任務，開始學生有些托辭，于是制定了個人表現與計分獎勵掛鉤的督促制度，隨著課堂內容越來越豐富新穎，參與的人多了，大家有了積極性，興趣越來越高。

在機房，我們同樣完成3項任務：

（1）按章節講授上機操作內容。

（2）學生自主操作練習。

（3）分享信息：規定在每周一次的上機實驗課上，各位小組長負責審核組員收集的信息，在下課前10-20分鐘，由各小組代表與大家分享。這學期分別成立了計算機硬件組、計算機軟件組、互聯網組、計算機與土木技術結合組、計算機維護組、信息檢索組、多媒體組、自然語言處理組、機器翻譯組、信息安全組、計算機與建環技術結合組、計算機與給排水結合組等。

以上規劃，教學內容和延伸內容并行，學生及時了解到量子計算機、生物計算機、谷歌眼鏡、隱身衣、鋰電池、語音翻譯、指紋識別、未來語言、語音輸入、同聲傳譯、社交媒體、人臉識別技術、未來機器人、手勢和意識控制電腦等計算機前沿信息，極大豐富了課堂內容，同時計算機工具的強大讓學生震撼。

筆者上學期負責旅游和管理兩個班級的課程，旅游班的學生收集了世界最美圖片、新疆旅游景點圖片、立體圖片、智力圖片等。管理班的學生收集了騰訊公司營銷策略、團隊準則等。這學期土木班級的學生開學初始就提供了建筑與計算機技術結合的各大模塊；給水班級的學生，收集到某院士在這方面的突出成就。在教師引導下，學生分別順藤摸瓜進行深入檢索。這種教學方式幫助學生儲備了教材中沒有的大量知識，引導他們探尋專業知識與信息技術間存在的交集，以便日后調度。

3 信息通曉能力初見成效

3.1 學生為主的學習氛圍

雖然網絡面前人人平等，但是面對海量數據，一個人的力量是有限的。在教師引導下，組建興趣小組，每個人都參與信息的收集和整理；不同的人角度不同，信息匯總后，計算機這門基礎課程的教學內容全面而豐富。學生的學習狀態由被動接收變為主動探索，教師也不單是知識的傳播者，還是幫助學生借助網絡平臺解決問題的合作者。學生信息素養能力發生了顯著的變化。

3.2 信息素養、信息技術技能的提高

學生在多次參與信息收集、下載、整理過程中，通過交流與合作，積累了豐富經驗。如無法直接下載搜索的文件，會先下載專用下載器間接下載；U盤數據毀壞，能找到專門的恢復工具；宿舍里想實現兩臺電腦互聯，也是借助網絡完成……在實踐中，他們的信息素養能力不斷提高。

另外，基礎好的學生有了施展平臺。上機課上，教師將重心放在核心概念的理解和操作上，幫助他們熟悉和運用規律。這種“約簡”的教學方式，首先將學生置于同一平臺，讓大家感受規律的存在，基礎好的學生反應快；其次，讓基礎好的學生演示具體案例，當他們操作成功時，信心倍增，而基礎差的學生也見識了規律的實際應用，有效緩解了學生水平參差不齊對授課過程造成的負面影響。

舉例來說，教師介紹對話框時，重點講解對話框7大基本元素（選項卡、下拉列表框、微調按鈕、復選框、文本框、單選按鈕、命令按鈕）的功能和操作，以及對話框的作用和規律。對話框是用戶與Windows對話的窗口，用戶在不同操作狀態下，對話框的形式和內容會不同，但是任何對話框都由如上基本元素構成，用戶只有明白了對話框的含義才知道如何操作如添加項目符號，對于“項目符號庫”列表中直接顯示的符號，大家很熟悉；但是如果指定“”作為項目符號呢？它是符號庫中的一個符號。這時需要先打開“定義新項目符號”對話框，再打開“符號”對話框才能操作實現。雖然難度增加，但是如果熟悉計算機基本操作規律，用戶會注意到很多信息提示。

經過反復訓練，學生逐步實現知識遷移，講完Word、Excel后，對于PowerPoint內容，調換教師與學生角色，案例由學生參與講解，教師啟發即可。之后，學生對于其他軟件的學習，也顯得輕松愉快。如Authorware，教師只講解了該軟件的功能和特點，以及與其他軟件的聯系和區別，然后直接布置作業，如用Authorware實現“風景介紹”，同學們完成得很好。他們總結到：首先要掌握規律；其次遇到困難，利用網絡，很多問題可以解決。學生在實踐中不斷體會利用互聯網解決實際問題的欣喜和快感，操作技能明顯提高；教師也有效緩解了教學內容多而課時量少的矛盾，并深刻感受到點燃學生學習熱情非常關鍵。

3.3 批判性思維、信息交流技能培養

營造以學生為主，教師指導為輔的學習氛圍，同學們通過不同的軟件，漸漸地可以順利完成各項任務，如電子相冊、flash動畫、photoshop處理圖片等。部分學生能力突出，如課本上僅介紹Windows live（影音制作軟件），有位同學覺得功能太淺，自學了會聲會影，獨立完成作業；另一位同學對中文自然語言處理感興趣，查閱了大量資料，自己做了PPT，匯報中文自然語言處理的研究內容及面對的挑戰。我們不禁為同學們的精彩表現點贊，原來充分利用互聯網資源，學生專業化、特長化成長不再是夢想，加之血氣方剛，一旦有了興趣，創意表達能力就突顯出來。

另外，興趣小組鍛煉了學生多方面的能力：信息檢索、團隊協作、口語表達、批判及創新思維能力。在學生收集的信息中，大部分充滿正能量，小部分存在兩面性，如勵志信息中包含情感糾紛，幽默信息中包含槍戰和暴力。在分享信息的同時，師生一起討論和甄別，互相啟發思維。一學期結束，學生在信息檢索、下載、組織、綜合利用、評價、創意表達等各方面，進步明顯。

4 結語

如今人們越來越依賴計算機，信息技術幾乎融人生活的每個方面，如何提高高等計算機基礎教學質量尤為重要，解決教學中存在的問題是重中之重。我們探索融入計算思維的教學方法，改變了教材陳舊、內容多課時少、學生水平參差不齊等難于解決的教學現狀，學生對計算機有了濃厚興趣，信息通曉能力明顯提升。這只是初步探路，今后會更加有意識地融入計算思維方法，進一步提高教學效果。