計算思維理念助推文科類“多維”知識體系課程建設

陳淑鑫+潘海珠+李君

[摘 要]計算思維理念可以助推文科類“多維”知識體系課程的建設。可以以構建主義教學中的協作學習思想融合計算思維理念，探索培養文科類學生信息綜合應用人才的“多維開放”知識體系創新教學模式，結合高校文科類專業特點與教學實踐，提出多維度的“知識”理論教學體系和開放性的教學環節設計，著力提升學生自主獲取知識能力和獨立探究能力。

[關鍵詞]計算思維;多維教學;知識體系;自主學習

[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）01-0119-02

隨著當今社會各行業態勢的迅猛發展，我國正由高等教育大國向高等教育強國的轉變發展[1]，傳統的“三中心”（教師、課堂、書本）教學模式已不能適應信息社會的需求。教學中，學生是素質教育的主體，教師發揮著主導作用，教師通過信息媒介更新知識結構，補充學術儲備，拓展教育視野。學生掌握計算機工具獲取多門類知識，將信息技術應用到本專業，并提升信息綜合素養。西北大學耿國華教授曾在《以計算思維為指導，提升大學文科計算機教學質量》[2]一文中指出：“中華文化、專業文化、計算文化，共同撐起了信息時代大學生的知識體系。”文中闡述2006年美國卡內基·梅隆大學周以真教授給出的定義：計算思維（Computational Thinking）系“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，涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動”。

一、“多維”協作學習提升文科類教學計算思維素養

文科類教學涉及知識面廣，學生需多渠道地獲取知識。近年來，以協作學習（CL）為核心的“多維”教學模式在美國等西方國家已經取得實質性進展，其教育教學思想能夠改善課堂學習氣氛，對提高學生學業成績等起到了積極的作用，已經廣泛應用于美國、德國、英國、澳大利亞、日本等國家的教學。信息技術既能向學習者提供信息傳輸通道，還能以超文本、超鏈接方式，組織管理各種教學信息和學科知識，如Internet上的知識庫、信息庫等。美國麻省理工學院（MIT）率先發起開放課程運動供所有人免費使用，從本科生到研究生教育的全部課程約1800門向全球開放。密歇根大學所創建的媒體聯合體（MediaUnion），創造了多維的學習共享空間，也是大學公共服務體系與教學科研的集成、創新的典范，強調以學生和學習為中心，并以知識的創造為重點，提供了多樣化的協同學習空間，明確“多維”教學與科研改革的目標。

二、計算思維拓展文科計算機基礎課程內容與教學定位

教指委在《關于申報大學計算機課程改革項目的通知》中指出，大學計算機的教學總體目標要求是“普及計算機文化，培養專業應用能力，訓練計算思維能力”。因而文科計算機教育應注重四個方面：

1.訓練計算思維，具備使用計算機技術去解決問題的能力;

2.適應信息環境，會利用網絡媒介包括手機、電腦、幕課（MOOC）等;

3.掌握相關工具，駕馭專業領域相關知識技能的獲取工具;

4.培養一代新人，掌握計算機文化、中華文化、專業文化的時代新人。

針對文科學生的計算機教育需求，務必正確定位，高等教育階段需講究切入方法，通過搜索引擎實現信息即時再現，使信息記憶全球化，網絡實時書寫和閱讀交互融為一體，文科專業與信息技術學科相互交叉滲透，培養信息的獲取與處理應用能力。貫穿計算思維，提高信息素質，重心在培養信息技術與文學素養能力，構建思維方法。

三、計算機基礎教育構建文科計算思維教學平臺

恩格斯曾說過：“思維是宇宙中物質運動的基本形式之一，是地球上最美的花朵?！笨梢娙说乃季S素質比文化素質更為能動[3]，高校在人才培養計劃方案中明確導向計算機基礎教育，著重點放在培養學生利用計算機工具解決本專業實際問題的能力。例如藝術專業學生開設“智能化音樂制作”課程，熟練使用計算機相關軟件進行藝術設計和制作;財會專業學生開設流行的財務管理軟件及制作報表和數據統計;文歷類、電影及主播專業學生要能夠制作演示影音流媒體類應用軟件。文科類學生普遍認為通過這些課程的學習，既擴大了自己的知識面，更重要的是又提高了思維能力。為此，在大學文科類課程體系中，要開設計算機工具理論課及實驗課，較好地培養文科生科學研究的方法論和認識論，形成計算思維能力。

（一）深入淺出，激發計算思維動力

“計算”這個原本是數學專業的概念已經泛化到人類各知識領域，并已上升至科學及哲學領域，成為人們認識事物、研究問題的一種新視角、新觀念和新方法?！坝嬎恪钡谋举|究竟是什么？18世紀30年代以來，人們從哥德爾（K.Godel，1906-1978）、丘奇（A.Church，1903-1995）、圖靈（A.M.TUI-ing，1912-1954）等數學家的工作中逐漸弄清楚什么是計算，什么是可計算的，什么是不可計算的等等根本性問題。從一個簡單的加法計算“2+3”得“5”，引入加法計算：就是從一個符號串x變換成另一個符號串y。從淺顯的數字加減乘除，引申到方程的求解、函數的微分積分等。如果符號串X是a的平方，而符號串Y是2a，從X到Y的計算就是微分。計算在本質上還包括定理的證明推導，設X表示一組公理和推導規則，Y是一個定理，則從X到Y的一系列變換就是定理Y的證明。此思維就如同文科學生用X代表一個英文句子，而Y為含意相同的中文句子，那么從X到Y就是把英文翻譯成中文的過程。

（二）導學設疑，挖掘計算思維推理能力

“計算”的觀念正在滲透到宇宙學、文史學乃至社會科學等諸多領域。計算已經成為人們認識自然、生命、思維和社會的一種普遍方法，而且正在試圖成為一種全新的世界觀。文科學生邏輯推理思維能力較弱，遇到問題時通常會咨詢其他人的解決方法，文科類學生的空間、感知抽象圖形、音感、藝術繪畫等方面的思維能力較強，教師需從學生的學習和生活經驗出發，將具體、形象、直觀的概念作為思維起始點的載體。文科類學生不太喜歡主動去思考問題，往往是很被動地接受和記憶，這種學習習慣非常不利于創新能力的培養。教師在計算機系列實驗課上設計可感知的算法，構建啟發學生思維，引起思維共鳴的有效途徑。用如“閏年問題”作為分析人們日常生活經驗的判定方法，找到思維的起始點，用 “為什么四年一閏，百年不閏”引起思維共鳴，學生運用算法的解析拓展、思考更為深入的天干地支算法。

（三）自主求索，培養計算思維創新和移植

社會進步的重要標志之一就是創新，培養文科學生思維的移植性和創造性是十分必要的。思維的發散性和創造性是以較豐富的知識為依據，沿著不同方向去思考，探求不同方向答案的思維方法。文科學生的理論面廣，引導學生把計算思維巧妙的與設計思想方法和高新技術融合再移植。比如闡述面向對象程序設計中，類和對象的概念表述尤為重要，若只單純講解定義“類是對象的抽象，對象是類的具體實例”以及“對象（Object）：含有數據（對象的屬性Attribute）又含有對數據的操作代碼”，就很枯燥，不妨舉例說明。如將“家具”進行類定義，類中椅子就是對象，而對于椅子又可劃分為三條腿的、四條腿的、辦公用的、會議用的等等可稱其為屬性，讓學生真正的體會到類實例化后便生成對象。程序設計方法學習“類”的定義格式一般分為“說明部分”和“實現部分”。“說明部分”定義說明該類中的成員，包含數據成員的說明和成員函數的說明。“實現部分”用來對成員函數進行定義。學生接受以上相關定義很抽象，實際教學中可移植地將其描述為：說明部分描述使用者“干什么”，而實現部分描述使用者“怎么干”，這樣學生會較容易地理解類的定義方法。善于利于思維移植講授抽象不易理解的知識點，培養學生勤于思考的習慣，能在受到啟發下自主學習，進行聯系實踐，學生思維的創造性就會得以實現，也可以促進思維的移植性。

四、探索“多維”計算機基礎課程實踐教學框架

在計算機基礎課中，運用計算思維組建協作學習小組，并明確小組的角色和分工。小組成員需要在協作組進行分組原則交流，小組成員可以協作學習特定內容，完成特定專業任務，過程中需要協作資源庫提供協作學習任務，掌握基本素材、相應功能的軟件等，學習結束后，小組成員進入教學總結評價階段。通過自測和考試等常規手段考查學習目標的完成情況，而小組協作程度的評價則可以通過協作時記錄的相關協作信息來考評;通過測試后的成績會被記錄下來，并存儲到協作檔案中;教學總結評價完成以后，通知學生協作學習過程結束;逐步積累每次協作中的成果，整合每次實踐知識應用到專業領域。

本文運用計算思維理念在實際教學過程中讓講授者和學習者共同營造“多維”知識體系學習環境，知識的掌握和計算思維的培養相得益彰。將計算思維應用到文科類教學實踐中將是以后教學改革的導向，能使學生多維地掌握基本理論與解決問題的方法，真正將知識作為載體實現思想、方法的傳授，提高科學與創新素養，鍛煉學生自立、合作、創造性的學習素養與能力。

[ 注 釋 ]

[1] 國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020）[EB / OL].www.gov.cn，2010-07-29.

[2] 耿國華.以計算思維為指導，提升大學文科計算機教學質量[J].中國大學教學，2013（10）：12.

[3] 薛磊，孫玉強，顧曉清.基于計算思維的項目教學法的研究與實踐[J].教育與職業，2012（32）：149.

[責任編輯：鐘 嵐]