基于計算思維的大學(xué)計算機(jī)教學(xué)探討

楊博寧

摘要：“計算思維”這一名詞來源于一項(xiàng)美國的計算思維專題討論，那里給出的專業(yè)名詞解釋為一個所有課堂問題解決的工具。這一名詞在誕生之日起就引起了全世界范圍內(nèi)的廣泛議論與轟動。在中國，也有著一大批的教育工作者以及科學(xué)工作者針對這一概念做出了有益于、適用于我國教育工作的貢獻(xiàn)，但在新教育背景下，如何應(yīng)用計算思維來豐富、優(yōu)化大學(xué)計算機(jī)教學(xué)工作又成為廣大教育工作者心頭的難題。

關(guān)鍵詞：計算思維；大學(xué)計算機(jī)教學(xué)

計算機(jī)基礎(chǔ)課程作為本科生通識教育的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。近年來，大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)遭受質(zhì)疑并面臨新的挑戰(zhàn)。

一、大學(xué)計算機(jī)課程現(xiàn)狀與存在的問題

國家推動面向所有大學(xué)生開設(shè)計算機(jī)文化課程（后被各學(xué)校稱為計算機(jī)基礎(chǔ)課程、大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程）已經(jīng)近20年，期間經(jīng)歷了若干次的演變和發(fā)展，到今天已經(jīng)明確了用計算思維改造大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程的方針和原則，大學(xué)計算機(jī)課程應(yīng)該講授計算思維也已經(jīng)形成了普遍的共識，以計算思維培養(yǎng)為主的大學(xué)計算機(jī)課程已成為和數(shù)學(xué)、物理、外語一樣的通識類基礎(chǔ)課程。然而限于“基礎(chǔ)-學(xué)時-內(nèi)容”的矛盾，人們對面向計算思維的課程內(nèi)容體系仍舊存在一些困惑，致使很多教師的教學(xué)內(nèi)容仍舊停留在所謂“狹義工具論”的層面，或者是停留在匯集計算機(jī)各門課程前言、緒論知識的層面，仍沒有形成有特色的自成體系的大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)內(nèi)容，不能滿足新形勢下大學(xué)計算機(jī)課程面向計算思維通識教育教學(xué)改革的需要。所謂“基礎(chǔ)-學(xué)時-內(nèi)容”矛盾是指：大學(xué)一年級學(xué)生計算機(jī)基礎(chǔ)參差不齊，有些學(xué)生計算機(jī)基礎(chǔ)很好，而有些學(xué)生則相對較弱，講授哪些內(nèi)容學(xué)生才能受益并能接受難以確定；計算機(jī)學(xué)科是過去60年發(fā)展最為迅速的學(xué)科，知識與內(nèi)容膨脹之快速令人難以想象，如此眾多內(nèi)容怎樣進(jìn)行教學(xué)選擇成為難題；為保證非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生本學(xué)科知識的學(xué)習(xí)，不可能拿出太多學(xué)時來學(xué)習(xí)“大學(xué)計算機(jī)”課程，而且還面臨不斷壓縮課堂學(xué)時的壓力。

二、計算思維教學(xué)方案和實(shí)施

教學(xué)過程中所采用的教學(xué)方法隨著時代的進(jìn)步而發(fā)展。計算思維的培養(yǎng)不是摒棄以前的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)模式，而是將新的計算思維的方法融入進(jìn)去，達(dá)到完善大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的目的。使學(xué)生在掌握計算機(jī)學(xué)科思想和方法的基礎(chǔ)上，達(dá)到內(nèi)化計算思維的目的。

（一）教學(xué)內(nèi)容設(shè)計的基礎(chǔ)性和普適性

計算思維的定義雖然是2006年周以真教授提出來的，但計算思維從遠(yuǎn)古開始由來以久，可以說是無處不在，它與學(xué)生的學(xué)習(xí)、生活、工作密切相關(guān)，也是學(xué)生不可或缺的生存能力。在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計上，以大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)大綱為指導(dǎo)，重新整理出教學(xué)單元中所涉及的計算思維基礎(chǔ)性內(nèi)容，改變傳統(tǒng)單純知識的教學(xué)方法，著重體現(xiàn)計算思維的基礎(chǔ)性"可見性，突出對計算思維能力的引導(dǎo)。以講述“計算機(jī)發(fā)展階段”為例，將教學(xué)內(nèi)容設(shè)計為專題講座“計算機(jī)的昨天、今天和明天”，從結(jié)繩計事講起，到計算機(jī)的四個階段和未來的計算機(jī)，提煉出計算和計算思維的普適性與基礎(chǔ)性，讓學(xué)生更好地理解計算思維。

（二）教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計具有趣味性和啟發(fā)性

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程有別于其他公共課，學(xué)生的起點(diǎn)層次不齊，常規(guī)的依賴于課本的教學(xué)方法，不能達(dá)到理想的教學(xué)效果，特別是理論課部分，需要很好的教學(xué)設(shè)計，才能體現(xiàn)計算思維在理論課中的普遍性與趣味性。比如說“二進(jìn)制”的部分，便可以設(shè)置以游戲的方式進(jìn)行教學(xué)，讓同學(xué)們在玩游戲的過程中，了解二進(jìn)制的原理以及進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換規(guī)則，通過使用二進(jìn)制表示二值圖像、計算人的生日、計算ISBN等，來體會二進(jìn)制與日常生活的密切聯(lián)系，讓同學(xué)們感受計算的無處不在，計算思維的無處不在。

（三）教學(xué)內(nèi)容設(shè)計的綜合性與實(shí)用性

課堂是一種生活，如何在這有限的時間內(nèi)讓同學(xué)們理解和建立“信息、計算、智能”三大核心概念，從傳統(tǒng)的以教師為主導(dǎo)或無意識的思維教學(xué)中轉(zhuǎn)變過來，讓學(xué)生想學(xué)習(xí)，會學(xué)習(xí)，以計算思維為導(dǎo)向的教案設(shè)計顯得尤為重要。計算思維的核心是算法的思維，就是抽象的思維，但是同時它也擁有著很多的時代特性。從現(xiàn)實(shí)生活的案例入手，通過感悟數(shù)字化生存的智慧，讓學(xué)生感受到計算思維的由來、原理、方法，以及如何有效地運(yùn)用計算思維來解決現(xiàn)實(shí)中的問題，把知識的教學(xué)升華為思想的教學(xué)。以程序設(shè)計內(nèi)容為例，對于非計算機(jī)專業(yè)的同學(xué)來說，程序設(shè)計一直是難學(xué)的內(nèi)容，為了讓同學(xué)們更好地了解算法和抽象思維，我們加入了可視化的編程語言———RAPTOR。從計算思維培養(yǎng)的角度進(jìn)行案例的重組，將問題求解提升至計算思維的培養(yǎng)。以程序設(shè)計中經(jīng)典案例哥尼斯堡七橋問題為例，以計算思維為導(dǎo)向?qū)栴}進(jìn)行求解：問題求解（尋找一條經(jīng)過各城市有且僅有一次，再回到起點(diǎn)的路徑）———尋找解決方案（一筆畫算法）———算法優(yōu)化（使用編程語言實(shí)現(xiàn)一筆畫算法，并在實(shí)現(xiàn)過程中對其進(jìn)行優(yōu)化）———總結(jié)歸納為現(xiàn)實(shí)問題的延伸（總結(jié)出解決此類問題的一種通用方法）。通過從算法構(gòu)造世界的角度，來講述算法之美，計算思維之普遍與美。

三、教學(xué)評價體系

不同于其他理論課程，計算機(jī)基礎(chǔ)類課程的操作性和設(shè)計性較強(qiáng)，鑒于這個特點(diǎn)，教學(xué)評價將過程性評價和終結(jié)性評價相結(jié)合。過程性評價（平時成績）由出勤（30%）和課堂提交作業(yè)（品）（70%）兩部分組成，占總成績50%；學(xué)生若在作業(yè)中有創(chuàng)新和提高，可以適當(dāng)增加分?jǐn)?shù)，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的求知欲。終結(jié)性評價是課程結(jié)束綜合性考核結(jié)果（期末成績）占總成績50%。不論是在過程性評價還是終結(jié)性的評價時，都應(yīng)采用無紙化的考試形式，這樣才能充分體現(xiàn)計算機(jī)教學(xué)的特點(diǎn)，讓學(xué)生感受到計算機(jī)的強(qiáng)大魅力。

對于大學(xué)生而言，大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)是必須掌握的。大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程的開設(shè)有助于學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)。教師在進(jìn)行教學(xué)的過程中，不妨對計算思維的訓(xùn)練課程進(jìn)行設(shè)計，雖然會存在一定的難度和挑戰(zhàn)，但同時也可以給大學(xué)計算機(jī)課程領(lǐng)域帶來一縷清風(fēng)，促進(jìn)教學(xué)的改革和發(fā)展。筆者就大學(xué)計算機(jī)教學(xué)的問題與現(xiàn)狀進(jìn)行了概述，同時據(jù)此對計算思維教學(xué)方法進(jìn)行了分析，希望可以對大學(xué)計算機(jī)教學(xué)這方面起到一定幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]王飛躍.計算思維與計算文化[N].科學(xué)時報，2007：10-12.

[2]李廉.計算思維——概念與挑戰(zhàn)[J].中國大學(xué)教學(xué)，2012（1）：7-12.

[3]陳國良，董榮盛.計算思維與大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教育[J].中國大學(xué)教學(xué)，2011（1）：7-11.