計(jì)算文化視角下“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程改革初探

徐奕奕+唐培和+唐新來(lái)

摘要：當(dāng)前大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育正面臨著以“計(jì)算思維”能力培養(yǎng)為目標(biāo)的新變革，但教什么、如何教仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。本文梳理了計(jì)算文化的基本概念、研究現(xiàn)狀，計(jì)算文化的“表”（外顯的生存現(xiàn)象、生存方式）和“里”（內(nèi)隱的方法論和價(jià)值觀改變）之間的關(guān)聯(lián)，提出了一種新穎的、計(jì)算文化視角下的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革方案。首先基于計(jì)算的思想、方法、觀點(diǎn)等的演變，計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程中典型的人物與事跡，以及當(dāng)前熱點(diǎn)計(jì)算文化現(xiàn)象的剖析，對(duì)已有知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行論域重組，提煉成可供課堂使用的“案例”。在課堂上，由表及里、由淺入深地，運(yùn)用“案例”教學(xué)法把知識(shí)點(diǎn)和能力培養(yǎng)串起來(lái)，從而完成教學(xué)。為期三年的試點(diǎn)結(jié)果表明，本模式能較好地融入前沿性和時(shí)代性，激發(fā)學(xué)生對(duì)計(jì)算的熱愛(ài)，且能在提升計(jì)算能力的同時(shí)，有效地培養(yǎng)計(jì)算思維。

關(guān)鍵詞：計(jì)算文化；計(jì)算思維；論域重組；計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)

近年來(lái)，“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的“第一門”課程，在傳統(tǒng)教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法中如何融入前沿性和時(shí)代性，激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)計(jì)算思維能力，成為教育界正在深入思考的重大問(wèn)題。為了避免“教學(xué)改革轟轟烈烈，課堂改革冷冷清清”的尷尬局面，很多具體的、細(xì)致的改革策略在各種計(jì)算機(jī)相關(guān)會(huì)議中開(kāi)始討論，并逐步應(yīng)用于具體實(shí)踐。上海交通大學(xué)、南方科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、深圳大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)等學(xué)校紛紛展開(kāi)改革實(shí)踐活動(dòng)。[1][2]廣西科技大學(xué)也在計(jì)算思維教學(xué)研究的“破冰”期做了大量工作。[3][4]總的說(shuō)來(lái)，主要的策略大致可分為方法推動(dòng)式、內(nèi)容重組式、全面更新式三種。[5]其中，方法推動(dòng)式強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生潛移默化地掌握“計(jì)算思維”，這無(wú)疑是最佳選擇，就跟環(huán)境塑造人的道理是一樣的，但必須認(rèn)識(shí)到“潛移默化”是需要較長(zhǎng)時(shí)間和過(guò)程的。內(nèi)容重組式則強(qiáng)調(diào)以計(jì)算思維為主線來(lái)重新組織已有知識(shí)點(diǎn)和教學(xué)內(nèi)容，該方法在執(zhí)行時(shí)往往看重計(jì)算學(xué)科核心知識(shí)的重新組織，容易落入繁雜和細(xì)致的知識(shí)點(diǎn)中，反而容易偏離“計(jì)算思維”的教育培養(yǎng)理念。而現(xiàn)階段，在國(guó)內(nèi)很多高校中，計(jì)算思維教育尚在起步，且許多一線教師尚未能很好地理解和把握計(jì)算思維的本質(zhì)；“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”原有教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)更適合實(shí)驗(yàn)課教學(xué)；“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”理論課時(shí)十分有限。因此，找到一種全新的教學(xué)模式，把需要學(xué)生“悟”的東西“講”出來(lái)、“討論”出來(lái)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，留給學(xué)生學(xué)習(xí)余地是值得嘗試的。本文基于“全面更新式”的教學(xué)法，提出并嘗試從“計(jì)算文化”視角來(lái)對(duì)“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”進(jìn)行顛覆式革新與實(shí)踐。

一、計(jì)算文化與計(jì)算文化研究的窘境

（一）計(jì)算文化

目前，隨著計(jì)算時(shí)代的到來(lái)，以計(jì)算機(jī)為中心的“計(jì)算”之內(nèi)涵越來(lái)越多。計(jì)算正在加速地把科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，改變著人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界的方法和途徑[6]；計(jì)算不僅是知識(shí)體系、科學(xué)語(yǔ)言、技術(shù)工具，也成為人們認(rèn)識(shí)事物、研究問(wèn)題的一種新視角、新觀念和新方法，而且正在試圖成為一種全新的世界觀。計(jì)算不僅是一門科學(xué)，也逐漸形成為一種文化，即“計(jì)算文化”。計(jì)算文化作為一種文化現(xiàn)象，是當(dāng)今整個(gè)科學(xué)技術(shù)與社會(huì)發(fā)展關(guān)系的縮影，它突顯了新的精神空間和美學(xué)維度、充滿了人類的創(chuàng)造力和想象力，飽含著人類新時(shí)代的理想和夙愿。

近年來(lái)，“計(jì)算文化”逐漸成為各界有識(shí)之士關(guān)注的熱點(diǎn)。早在1992年，RDreyer Berg指出了計(jì)算機(jī)的發(fā)明對(duì)人們心理和社會(huì)文化的影響，提出了“計(jì)算文化（Computational Culture）”的概念。2003年P(guān)eter Denning在Communications of The ACM上發(fā)表了“偉大的計(jì)算原理”一文[7]，并提出了對(duì)計(jì)算文化的思考——計(jì)算已成為人們認(rèn)識(shí)事物、研究問(wèn)題的一種新視角、新觀念和新方法，而且正在試圖成為一種全新的世界觀；計(jì)算不僅是一種重要的“工具”或“方法”，更是一種思維模式；計(jì)算不僅是一門科學(xué)，也是一種文化，即“計(jì)算文化”；計(jì)算不僅是一些知識(shí)，也是一種素質(zhì)，即“計(jì)算素質(zhì)”。2006年，美國(guó)卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)教授周以真系統(tǒng)地提出了計(jì)算思維的概念。

2012年以來(lái)，陳國(guó)良院士在許多場(chǎng)合談到“計(jì)算文化”，并明確提出當(dāng)今大學(xué)計(jì)算機(jī)教育三要素：傳承計(jì)算文化，弘揚(yáng)計(jì)算科學(xué)，培養(yǎng)計(jì)算思維。陳院士指出，計(jì)算文化（Computational Culture）就是計(jì)算的思想、方法、觀點(diǎn)等的演變史。它通過(guò)計(jì)算和計(jì)算機(jī)科學(xué)教育及其發(fā)展過(guò)程中典型的人物與事跡，體現(xiàn)了計(jì)算對(duì)促進(jìn)人類社會(huì)文明進(jìn)步和科技發(fā)展的作用以及它與各種文化的關(guān)系，并認(rèn)為對(duì)計(jì)算文化的研究是一件十分有意義和極具挑戰(zhàn)的事情。[8]2013年，王飛躍發(fā)表了“面向計(jì)算社會(huì)的計(jì)算素質(zhì)培養(yǎng)：計(jì)算思維與計(jì)算文化”一文，指出“計(jì)算文化”一詞，在國(guó)際上已開(kāi)始有少數(shù)的學(xué)者提起，但還沒(méi)有與計(jì)算思維相聯(lián)系，也沒(méi)有達(dá)成共識(shí)或形成趨勢(shì)”[9]。當(dāng)然，由于文化本身具有的多樣性和復(fù)雜性，人們很難就文化給出一個(gè)準(zhǔn)確的、清晰的定義，計(jì)算文化也不例外。但總的來(lái)說(shuō)，本文認(rèn)為，計(jì)算文化指的是計(jì)算帶來(lái)的個(gè)人以及集體在物質(zhì)和精神上的進(jìn)步。

（二）計(jì)算文化研究窘境

盡管人們?cè)絹?lái)越多地認(rèn)識(shí)到計(jì)算文化的存在，肯定計(jì)算作為文化存在具有越來(lái)越醒目的價(jià)值，但仍鮮有專家、學(xué)者對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)研究。如計(jì)算文化核心價(jià)值是什么、計(jì)算文化涵蓋的研究?jī)?nèi)容是什么？計(jì)算文化美在哪里？計(jì)算文化的特質(zhì)是什么？等等。本文經(jīng)過(guò)研究，認(rèn)為主要的原因如下。

1.計(jì)算過(guò)度形式化、抽象化，使人錯(cuò)誤地覺(jué)得計(jì)算只是單純的學(xué)科研究領(lǐng)域的事情?；蛘哒f(shuō)，計(jì)算只是計(jì)算機(jī)科學(xué)家、數(shù)學(xué)家、少數(shù)天才腦子里想象出來(lái)的“自由創(chuàng)造物”。計(jì)算的發(fā)展是科學(xué)家的事，無(wú)需社會(huì)推動(dòng)，其進(jìn)步也無(wú)需人類文化的哺育。

2.認(rèn)為計(jì)算作為科學(xué)研究的三大方法之一，自然是與科學(xué)研究與技術(shù)創(chuàng)新相關(guān)，與文化無(wú)關(guān)。

3.大部分專家關(guān)注計(jì)算的科學(xué)價(jià)值、應(yīng)用價(jià)值，很少有人關(guān)注其理性價(jià)值，更少有人發(fā)現(xiàn)計(jì)算之美，乃至傳承、弘揚(yáng)計(jì)算文化。endprint

4.對(duì)計(jì)算文化本身的研究確實(shí)充滿了挑戰(zhàn)。首先，先進(jìn)的計(jì)算文化作為一種文化現(xiàn)象，屬于典型的交叉學(xué)科下的產(chǎn)物。研究計(jì)算文化需對(duì)以計(jì)算機(jī)為中心的“計(jì)算”的內(nèi)涵充分理解，如計(jì)算的思想、精神、方法、觀點(diǎn)、語(yǔ)言，以及它們的形成和發(fā)展等等，而且需要在自然的、人工的和社會(huì)的三大系統(tǒng)中去進(jìn)行拓展。最后還要對(duì)其進(jìn)行闡述、歸納、整理、提升。其次，從計(jì)算文化的興起到繁榮，其時(shí)間墮距較傳統(tǒng)文化而言明顯縮短，但其內(nèi)容卻變化較多且十分豐富。這也使得對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)研究需要大量的時(shí)間和精力。

5.即使是在高校，我們看到傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)教育，普遍仍是在講技術(shù)、不講文化，只談物質(zhì)的設(shè)備，較少涉及非物質(zhì)的文化。各高校開(kāi)設(shè)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中對(duì)“計(jì)算文化”的傳播可謂蜻蜓點(diǎn)水，相談甚少。

因而，在計(jì)算思維真正進(jìn)入計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的實(shí)戰(zhàn)期，組織有豐富一線教學(xué)及其改革經(jīng)驗(yàn)，且知識(shí)面較廣、專業(yè)知識(shí)扎實(shí)的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，研究計(jì)算文化并以計(jì)算文化為視角進(jìn)行教學(xué)改革，不僅有實(shí)踐意義，本身也頗具理論研究?jī)r(jià)值。

二、高等學(xué)校教師聘任合同不符合行政合同的實(shí)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

“風(fēng)起于清萍之末”，計(jì)算的需求促使計(jì)算工具進(jìn)步、計(jì)算方法更新乃至計(jì)算理論完善，從而形成了新的學(xué)科，并帶來(lái)了全新的物質(zhì)文明。這其中，我們能看到、聽(tīng)到、感受到的各種顯式的進(jìn)步，這些技術(shù)性、物質(zhì)性、精神性的各種外化，就是計(jì)算文明，而不為人察覺(jué)、卻影響人類本質(zhì)力量的內(nèi)在性因素則是計(jì)算文化。

同時(shí)，正如馬斯洛所說(shuō)，工具會(huì)影響思維，計(jì)算工具也會(huì)影響人類思維。計(jì)算思維正是建立在計(jì)算過(guò)程的能力和限制之上，嘗試運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念、用計(jì)算的方法來(lái)解決問(wèn)題的方法論，是一種能夠把問(wèn)題及其解決方案表述成為可以有效地進(jìn)行信息處理的形式之思維過(guò)程。[10]同時(shí)，計(jì)算文化是計(jì)算帶來(lái)的現(xiàn)象和映射，也是對(duì)計(jì)算的反思和超越。計(jì)算文化作為一種先進(jìn)的文化正潛移默化地影響我們每一個(gè)人，也會(huì)促進(jìn)計(jì)算工具的進(jìn)步，并使得計(jì)算思維成為時(shí)代性的、主要的、根本的、且越來(lái)越重要的思維方式和手段。圖1展示了上述這一過(guò)程的相關(guān)聯(lián)系。

三、 計(jì)算文化與大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)相融合

顯然，計(jì)算文化并非計(jì)算機(jī)文化，也并非互聯(lián)網(wǎng)文化，而是自成系統(tǒng)、獨(dú)具特色的文化。具體來(lái)說(shuō)，計(jì)算文化包含兩部分，一部分是相對(duì)外顯的生存現(xiàn)象、生存方式——人在掌握計(jì)算工具、提高計(jì)算能力的過(guò)程中行為方式和社會(huì)關(guān)系等發(fā)生的根本性改變；另一部分則是內(nèi)隱的價(jià)值觀，表現(xiàn)在人們?cè)谟?jì)算帶來(lái)的新變革下對(duì)于人性、自然和社會(huì)的重新詮釋，這也是計(jì)算文化的精髓所在。

因而，從計(jì)算文化的視角來(lái)改革大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)有其獨(dú)特的優(yōu)越性。通過(guò)具傳播性、通識(shí)性、先進(jìn)性的外顯的計(jì)算文化，像鏈子一樣把整體教學(xué)過(guò)程如珍珠一樣串起來(lái)，可以把看似不相關(guān)的通識(shí)教育、人文教育、技能教育、知識(shí)傳授和思維訓(xùn)練有機(jī)結(jié)合起來(lái)。具體的教學(xué)內(nèi)容上采用計(jì)算文化指引下的論域、論題案例重組，如圖2所示。

在具體教學(xué)過(guò)程中，我們打破常規(guī)，從兩個(gè)方面進(jìn)行切入。一方面，把計(jì)算的思想、方法、觀點(diǎn)等演變史以故事化、生活化的方式“論域”重組并“案例化”，特別是將計(jì)算機(jī)科學(xué)家電光火石般的靈感、獨(dú)特的智慧或是巧妙解決問(wèn)題的方式提煉出來(lái)，展示給學(xué)生（以MOOC方式）。另一方面從學(xué)生身邊的或者是當(dāng)前的文化熱點(diǎn)現(xiàn)象著眼，引導(dǎo)學(xué)生自主抽象出問(wèn)題，并圍繞問(wèn)題的抽象、分析和問(wèn)題的解決為核心展開(kāi)教學(xué)。[11]在大背景清晰、目標(biāo)明確的氛圍下，引入計(jì)算機(jī)問(wèn)題求解，并不會(huì)忽視知識(shí)的學(xué)習(xí)，而是能更好地把看上去不在一個(gè)緯度、不相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)有機(jī)（縱向）聯(lián)系起來(lái)。

四、小結(jié)

我們知道，計(jì)算思維的培養(yǎng)并不是等同于學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)的原理和技術(shù)，更多的是要考慮在復(fù)雜情況下、面對(duì)的數(shù)據(jù)量激增的情況下，對(duì)解決問(wèn)題方案的規(guī)模、效果、效率、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)性等的正確理解?；凇坝?jì)算文化”視野下對(duì)案例進(jìn)行合理提取和分析，考慮了“從現(xiàn)象到本質(zhì)”、由表及里的自主探究，且課堂上選用完整度高的案例來(lái)進(jìn)行問(wèn)題分析和求解，課堂外用MOOC的方式揭秘計(jì)算機(jī)科學(xué)家的靈感和智慧。為期三年的教學(xué)實(shí)踐表明，全新、立體化的教學(xué)模式對(duì)吸引學(xué)生興趣、培養(yǎng)計(jì)算思維能力確實(shí)獲得了較好的效果。實(shí)踐證明，不僅操作可行，且能構(gòu)建教與學(xué)良好互動(dòng)的生態(tài)環(huán)境，完成教學(xué)目標(biāo)。

綜上所述，作為大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)改革的重要內(nèi)容，我們將在后續(xù)的實(shí)踐中不斷探索、總結(jié)，最終找到并提煉可遵循的、規(guī)律性的東西，再服務(wù)于計(jì)算思維教學(xué)。通過(guò)這樣的改革，以期真正體現(xiàn)“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的“第一門課程”的重要地位，激發(fā)學(xué)生對(duì)計(jì)算的熱愛(ài)，掌握計(jì)算能力，擁有計(jì)算思維，理解并傳承計(jì)算文化。在未來(lái)的改革和實(shí)踐中，實(shí)現(xiàn)教學(xué)模式從傳統(tǒng)狹義工具論到經(jīng)典范式的轉(zhuǎn)變，從而建構(gòu)“計(jì)算思維導(dǎo)論”經(jīng)典教學(xué)新體系。

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