基于“技能—能力—思維”三層次的大學計算機基礎教學

寧礦鳳+曾喜良

摘 要： 在大學計算機基礎教育中，越來越強調知識、能力、素質的協調發展。本文依托省級精品課程，就如何在大學計算機基礎課程中貫徹落實計算思維的實際問題，提出了基于“計算思維”培養為核心，“技能-能力-思維"三層次的大學計算機基礎教學模式。對課程內容進行了面向操作技能、知識能力、計算思維教學的內容重構與組織，探討了計算思維理念與課程內容有機結合的新思路。

關鍵詞： 技能； 能力； 計算思維； 大學計算機基礎

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2017）06-74-03

University computer basic teaching based on three levels of "skill-ability-thinking"

Ning Kuangfeng， Zeng Xiliang

（Hunan International Economic University， Changsha， Hunan 410205， China）

Abstract： The university computer basic education emphasizes more and more on the coordinated development of knowledge， ability and quality. With the provincial excellent curriculum， aiming at the actual problem that how to implement the computational thinking in the teaching of basic computer course in university， a teaching mode of "skill-ability-thinking" three levels for university basic computer courses based on the core of "computational thinking" skill training is proposed in this paper. The course content is reorganized to that of the operation skills oriented， the knowledge ability oriented， and the computational thinking teaching oriented， and the new idea of organic combination of computational thinking concept with the course content is explored.

Key words： skills； ability； computational thinking； university basic computer

0 引言

2006年3月，美國卡內基·梅隆大學計算機系主任周以真教授在美國計算機權威雜志ACM提出并定義了計算思維[1]（Computational Thinking）的概念，她指出在信息社會中計算思維是人們思考與解決問題的基本技能之一，是每個人都應具有的思維能力。九校聯盟（C9）[2-3]計算機基礎課程研討會上達成共識：肯定了大學計算機基礎教學是通識教育的重要組成部分，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。而計算思維如何實施，復合型創新人才如何界定以及如何培養，一直是研討熱點。計算思維得到了國內計算機基礎教育界的廣泛重視，諸多高校也正在實踐基于計算思維培養的大學計算機基礎教學。本文基于作者從事非計算機專業大學計算機基礎課程十多年教學實踐經驗，從“技能-能力-計算思維”三個層面探討非計算機專業大學計算機基礎課程的基于計算思維的教學內容重構、教學方法等。

1 “技能一能力一計算思維”三者在大學計算機基礎課程中的理解

當今社會，計算機已不單純是一種必須掌握的工具，我們要通過學習計算機課程，獲得用計算機解決其專業領域問題的能力，并在獲得能力的同時培養計算思維方法。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。

大學計算機基礎課程最基本的要求是熟練掌握各種操作技能，在網絡與信息技術如此發達的時代，學生可以通過網絡平臺的學習及課堂教學案例來獲得這種技能，所謂熟能生巧，學生多操作，多做案例，即可提高技能。顯然不能簡單地理解“會使用”計算機就能培養“計算機思維”。要形成科學的方法關鍵是幫助學生發現問題并尋找解決問題的思路。

雖然社會快速發展，計算機技術日新月異，計算機構成的基本原理卻并沒有隨著技術的進步而改變，二進制信息表示和處理器依然處于核心地位。因此不能單純把技能性知識作為課程教學的重點，這不符合計算機學科本身的特點。技能學習可以產生立竿見影的效果，而知識需要逐步積累，能力需要逐步培養。知識能力和計算思維這兩者并不能僅通過一門課程的學習獲得，而需要長期積累和自我超越的過程。技能-能力-計算思維這三層關系如圖1所示。

計算思維是人類的一種基本思維能力，它不是計算機的思維，也不意味著能為計算機編程，更不意味著機械重復的刻板能力，而是數學與工程思維的互補與融合。計算思維的根本目的是解決問題，其本質是抽象和自動化，即將所研究的問題抽象表示為形式化、程序化和機械化的對象，這個對象不依賴于背景知識，也不受制于工具功能和局限于問題本身，可以用于機器做自動批處理[4]。這種通過概括和遷移，內化到人的意識、行為和習慣中的心理機制就是計算思維能力，是人類求解問題的一條有效途徑，一旦養成這種能力，即使面對陌生問題也有一定思維指向作用。通過大學階段的計算機基礎類課程學習，建立有關計算機系統的概念，了解計算機是如何處理問題的，是如何把對問題的求解歸結為程序處理的，進而理解程序處理是計算機所獨有的方法，也是科學研究處理分析數據所依賴的方法。即先通過大學計算機基礎課程培養計算思維意識，有了意識，才能自覺地、主動地用計算思維分析問題和解決問題。再通過一系列面向應用的課程提高問題求解、系統設計以及人類行為理解的能力。

2 技能-能力-計算思維三層次如何在教學中融合

基于三層模式理論，課程融合啟發式、探究式、討論式、參與式等對教學方法進行創新，將教學分為理論教學與實踐教學兩部分。在理論課程教學設計中，先梳理出課程各章節中所涉及的計算思維知識單元，在課堂講授知識點時，對典型案例嘗試利用計算思維方式講述，并對知識進行歸納和演繹，并采用以下三個層次有意識地融入計算思維，創新教學模式。對上機操作內容，結合實際應用中的業務需求設計案例，采用案例教學法，注重傳授規律，加強實踐。對于計算機理論部分，應用“轉化”等方法將抽象概念簡單化，在課堂教學中采用小組討論、競賽和情景活動來激發學生學習興趣，培養團隊合作能力，讓學生學會查找資料，學會思考和總結，這本身就是一種能力的培養，教師側重于科學地組織教學內容，使學生儲備大量信息，逐步構建專業與信息融合的知識結構。

⑴ 以“計算機文化與生活”為切入點，通過介紹計算機發展過程中的典型事件和魅力人物，培養學生學習的情趣。通過引入與學生日常生活密切相關的計算機技術，講解信息技術的編碼知識以及各種數據在計算機中如何表示。通過大數據、云計算、物聯網等知識，讓學生掌握計算機、網絡以及其他相關信息技術的基本知識。

⑵ 在辦公軟件應用模塊中，通過“項目分析→知識點解析→任務實現→總結與提高（知識拓展）”教學模式，融入計算思維的基本概念，注重培養學生實際操作能力的同時，通過覆蓋信息處理全過程的項目，培養學生信息查找、信息整理、信息處理以及信息分析的綜合技能，提升學生信息處理的能力。

案例1 案例背景：某高校為了使學生更好地進行職場定位和職業準備，提高就業能力，該校學工處將于2013年4月29日（星期五）在校國際會議中心舉辦題為“領慧講堂—大學生人生規劃”就業講座，特別邀請資深媒體人、著名藝術評論家擔任演講嘉賓，請根據上述活動利用Word制作一份圖文并茂的宣傳海報。案例的設計主要包含：頁面設置、字體段落設置、圖文混排、流程圖制作。

案例2 案例背景：某高校成立一個攝影愛好者俱樂部，需制訂一份“俱樂部活動策劃書”，策劃書設計主要包含Word 相關的所有主要操作及其綜合應用：學生應從活動背景、活動目的、活動安排、活動流程以及注意事項等方面根據自己俱樂部的特點進行設計，要求頁面設置合理、圖文并茂、美觀舒適，具有較強的吸引力和可觀賞性；經費預算可作為附錄頁置于策劃書內容頁之后，經費項目開支情況采用表格形式來呈現；活動邀請函，使用郵件合并功能制作，內容簡單清晰，能使被邀請人明確活動的主題、時間、地點等，并以相應的圖片、LOGO 等素材修飾，使策劃書具有較強的感染力和號召力。

⑶ 以計算思維為切入點，將計算思維與日常生活相結合，在每一堂課中重視“思想的教學”。通過“問題建模→問題分析→尋求方案→方案比較→方案實現”生動形象地向學生講授計算思維的基本思想，從而培養學生利用計算思維解決專業領域中常規問題的能力。

在教學中我們嘗試將教學班的學生分為由5-6人組成的學習組。例如針對今年的文科生，在大學計算機基礎課程中，他們對算法、算法的評價標準、并行等概念，難以理解，于是我們在介紹經典排序算法時，先結合生活中的實際所需提出排序任務，成績要排序，淘寶購物要排序，價格要排序，銷售業績要排序等等。每組學生先討論排序的方案，然后在教師手上隨機抽取數字組成一組參與排序的數字，開始用他們討論的方案動態地演示排序過程，學生在參與這個活動的過程中會思考，會組織語言，會加強團隊合作，那么在這個過程中，學生的能力就得到了鍛煉和培養。接下來教師總結：不同的小組會有不同的方法，即采用的算法不同。執行了一系列解決排序這個問題的方法和步驟，這就是算法的概念。最后教師給學生播放國外優秀的教學資源“舞動的排序”算法，讓學生更容易理解算法概念。綜合各種算法，給出評價算法的兩個基本標準：時間標準和空間標準。

又如在講“順序查找、二分查找”時，可以請學生上來演示翻字典，體會查找的過程。學生結合所用的方法和步驟概括出算法的步驟和思想。再如在介紹計算機網絡IP地址時，引導學生先討論自己的學號特點，學生可從學生的學號中判斷出它所在的系、入學年份、所在班級等信息。再提出IP地址由網絡號和主機號兩部分組成，體現了信息的層次化編碼思想，我們從一臺機器的IP地址可判斷出其所在的網絡。每個人的身份證號和生活中的郵政編碼等都采用了相似的方式。再讓學生結合生活經驗討論編碼思想。

3 結束語

筆者認為，大學計算機基礎課程與程序設計課程、計算機硬件、軟件知識課程、信息素養課程不同。大學計算機基礎課程的基本要求是日常使用計算機和文檔處理的能力，強調的是計算思維訓練和科學方法的培養，教學目的是：從培養學生科學認知能力出發，讓學生理解和建立“信息、計算科學、智能”這三大核心科學概念[5-6]。在大學計算機基礎課程教學中引進計算思維，是教育教學改革的新挑戰，更是新機遇。計算思維的培養不能僅靠一門課程來完成，計算思維的培養應該貫穿計算機教學的所有課程中。教師應當在教授計算機知識和技術的同時，深刻解讀計算思維的內涵，將其映射和融入到課程知識點和技能點結構體系中，通過有意識地加強思維教育來助推計算思維品質的提升，提高學生思考和解決問題的能力，使計算思維成為當代大學生的基本技能。

參考文獻（References）：

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學習的一門計算思維基礎教育課程[J].中國文學教學，2011.4.

[5] 陸江權，何欽銘，陳根才.從技能到能力，從基礎到通識——大

學計算機基礎課程十年建設之路與再認識[J].計算機教育，2008.13.

[6] 吳寧，崔舒寧.以計算思維能力培養為核心的大學計算機基礎

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