財經類院校計算思維通識課程教學改革研究

柴艷妹，王悅，張梅

（1.中央財經大學 信息學院，北京；2.中央財經大學 社會與心理學院，北京）

一 引言

自20世紀80年代起，面向非計算機專業的計算機基礎教育經歷了興起（2000年之前）、實施（2001年-2010年）和發展（2011年-至今）三個階段[1]。每個階段都有特色鮮明的教育體系及模式，并且在教學內容、教學模式、培養方式及質量考核等方面都有了長足的發。隨著人工智能、大數據、云計算等新技術的不斷發展，以及“慕課”“計算思維”“互聯網＋”等關鍵詞的不斷涌現，大學計算機教育迎來了新的挑戰。如何在計算機課程中培養學生的計算思維能力？如何讓學生掌握用計算機工具解決領域問題的方法？如何設置教學內容和教學模式，以順應時代發展對人才培養的需求？這是值得計算機教育工作者深入思考和探索的問題。本文將立足于計算思維通識課程的教學研究，探討提升大學生綜合素養和培養學生創新能力的可行之道。

二 財經類院校計算機基礎教學現狀分析

財經院校是為國家培養經濟建設人才的主要基地，隨著貿易全球化與信息化時代的到來，要求新時代的經管人才既要具備深厚的專業功底和扎實的理論基礎，更要能熟練掌握相應的應用軟件，并具備使用計算機解決專業領域問題的能力。

（一） 財經類院校計算機課程開設現狀

財經類院校的非計算機專業學生構成可大致分為2類：文學法學類和理學經管類。不同類別的學生對計算機技術和能力的需求是不同的。文學法學類學生側重于文字處理、基礎的數據處理以及多媒體技術等，而理學和經管類的學生除了要具備辦公自動化的應用能力，更側重于數據庫技術和編程技術。

因此，當前財經類院校所開設的計算機課程大致相同。通常在第一學期開設《計算機應用基礎》，后續學期根據不同專業開設選修課《多媒體應用技術》《Excel在經濟管理中的應用》《數據庫原理及應用》《Python程序設計》或者其他程序設計語言（例如 C 語言程序設計，Java程序設計）等。

（二） 財經類院校計算機應用基礎教學現狀及問題

目前，各個高校都開設了各具特色計算機應用基礎課程。但是細分的話，教學內容大致可分為“計算機文化概論”“計算機應用基礎”和“計算思維導論”[2]三類。

“計算機文化概論”著重對計算機應用過程中所產生的各種文化現象（行為文化、道德文化、社會倫理等）進行探討，使學生從多層面看待技術帶給社會的文化現象，從而使其能夠自覺遵守社會公共道德規范和信息安全準則以及相關法律法規，依法進行信息技術活動。

“計算機應用基礎”旨在普及計算機基礎知識，培養學生計算機應用和實際操作能力，使之具備良好的信息獲取、信息儲存、信息處理、信息呈現分享能力，初步掌握辦公自動化應用軟件，成為信息社會的合格公民。

“計算思維導論”則使學生正確認識計算思維的本質和特征，從思維層面了解計算機工作的基本原理和演進發展歷程，從而培養用計算機工具解決專業問題的計算思維意識，從而提升其專業創新能力。

有些學校是將這三部分內容分成不同板塊進行小學分選修，有些學校將其整合，形成一門3-4學分的課程。通過網絡調研發現，各大財經類院校開設的《計算機應用基礎》課程的內容十分相仿，通常包括計算機基礎知識、操作系統及應用、網絡基礎知識、網絡安全與信息道德及辦公軟件應用（Word、Excel、Powerpoint）等，僅涵蓋了 “計算機應用基礎”和“計算機文化概論”兩部分內容。雖然也有部分院校，如云南財經大學[3]，在其課程內容里融入了計算思維，但也僅限于0/1思維、馮·諾伊曼體系結構中體現的貫通性思維等內容，對計算思維的廣度和深度講授的都不夠。另一方面，當前的講授方法多是從知識層面講授計算思維，而非思維訓練層面的講授，使得學生難以在今后的學習和實踐中有效應用。因此，在財經類院校開設一門開設《計算思維》通識課是非常有必要的。

三 《計算思維》通識課開設的意義

隨著計算機技術的快速發展，計算手段已與理論手段和實驗手段并存為科學研究的三種手段[4]。“計算”不僅僅是電腦中的計算，也不僅僅是計算機專業人員才能從事的計算，而是在我們的所有技術系統中都存在的計算，可以毫不夸張地說：“計算正在重塑社會系統”[5]。因此，計算思維正是從計算的視角來理解自然、理解社會、解決問題的一種思維習慣[6]，這也是各專業學生都應該掌握的基本思維方式。

而通識教育作為一種素質教育，是為了讓年輕學子不要過早陷入專業的狹隘，從而更能適應未來的變化，是對任何專業背景學生的長遠考慮。

因此，我們將《計算思維》通識課定位于非計算機專業學生的思維模式訓練和養成課。這里的思維模式是指“用計算機解決問題”的思維模式。計算思維實際上是一個思維的過程，也是一種解決問題切入的角度，它能夠幫助學生將一個問題清晰、抽象地描述出來，并將問題的解決方案表示為一個信息處理的流程，并用計算機進行有效解決[7]。該課程的教學目標是要引導學生體驗計算機科學之美，在拓展學生思維空間的同時，培養其信息素養和創新意識。另一方面，希望促進計算思維與各專業思維交叉融合形成復合型思維，幫助學生提高解讀真實世界系統并解決復雜問題的能力，并為其今后設計、構造和應用各種計算系統求解學科問題奠定思維基礎。

四 新穎的課程內容

為了凸顯思維能力的培養，本課程的教學內容以一種新穎的方式進行組織，共分成六大部分，即計算思維概述、計算機學科中的邏輯思維、計算機學科中的算法思維、計算機學科中的效率思維、計算機學科中的創新思維和計算機學科中的倫理思維。每一部分既有計算機學科中的基本概念和基礎知識，也有體現計算思維的具體應用案例，還有體現思維要點的有趣故事。

（一） 計算思維概述

本部分從思維的概念講起，引出解決問題的一般思維過程，再引申到計算思維的概念。介紹計算思維概念的內涵與外延、計算思維的特性以及生活中的案例，讓學生明白學習計算思維對各學科專業學習和使用計算機工具解決實際問題的重要意義。

（二） 計算機學科中的邏輯思維

邏輯學是計算機科學的理論基礎和發展動力，從計算機的起源到硬件設計、軟件發展、數據庫理論、人工智能等，邏輯思維的應用無處不在。本部分首先用萊布尼茨之夢、布爾邏輯代數、圖靈機和馮諾依曼體系結構等勾勒出計算機起源的邏輯學線索。然后分別介紹邏輯學在計算機硬件設計、計算機程序設計、數據庫及人工智能等領域的具體應用案例，并以相關領域的基礎知識為載體，讓學生掌握基本的邏輯推理方法。

（三） 計算機學科中的算法思維

如果我們想用計算機來解決問題的話，就必須將問題的解決思路準確而完整地表達出來，同時計算機也要能理解這個描述。這需要我們將整個描述轉化成一系列清晰的指令，這些指令要能接收滿足一定規范的輸入，并在有限的時間內產生出相應的輸出。可以說算法是解決計算問題的方案，而算法思維則是使用算法來解決問題的思維方法，它最能體現計算機科學的特征[8]。

為了培養學生使用算法思維解決問題的能力，該部分內容除了介紹算法的相關知識和概念，還介紹了內存的工作原理及常用的數據結構（如數組、鏈表等），并進一步使用生動的案例描述了遞歸算法、分治算法、貪心算法、動態規劃算法、回溯算法等常見的算法思維，讓學生掌握最基本的計算機編程知識和常用的算法思維。

（四） 計算機學科中的效率思維

從計算機誕生之日起，無論是軟/硬件系統設計還是各種層出不窮的應用，效率思維都在其中起到了十分重要的作用。本部分主要介紹計算機科學家是如何用最少的資源來最優地完成任務。硬件方面，比如計算機系統中的多級存儲體系，Cache-Memory-Disk三層結構在計算機操作系統的管理下，有條不紊地傳遞著數據，這種形式不僅解決了存儲設備的速度和容量問題，更提高了計算機的運行效率。另外，計算機I/O系統的設計更是利用效率思維有效解決了不同速度設備之間的數據傳輸問題。軟件方面，操作系統從單道程序到多道程序，再到進程和線程的發展過程也是效率思維的很好體現。另外，計算機網絡中也處處體現出效率思維，如多路復用技術、P2P技術及BT下載等。

（五） 計算機學科中的創新思維

創新思維和創新能力是信息時代人們必備的核心能力。創新思維是形象思維、直覺思維、邏輯思維和靈感思維等多種思維形式的有機結合，一種具有開創意義的思維活動[9]。本部分介紹了創新思維的概念、特點及限制創新思維的因素；然后使用諸多計算機學科領域中的諸多案例，讓學生感悟創新思維，并激發學生的創新意識；最后，介紹了創新思維的訓練工具及實現方法。

（六） 計算機學科中的倫理思維

任何新技術都是一把雙刃劍，人們在享受計算機以及與計算機相關技術帶來便利的同時，也應該遵守相關的倫理與道德。本部分主要介紹新技術的道德風險、信息社會中個人、社會和政治的道德維度等，包括計算機倫理學、網絡安全與犯罪、大數據時代的隱私保護、人工智能倫理道德以及科技綁架思維等內容。旨在引導和啟迪學生用倫理思維去思考和反思，在“無科技，不生活”的現代社會我們該如何善加利用這些新技術，使其利大于弊。

五 多樣的教學方法

作為一門通識課，我們在教學方法上也更加注重趣味性，采用了案例教學法、任務驅動法以及翻轉課堂等多種教學模式。

（一） 案例教學法

教材每一章節都配有生動有趣的故事或案例。通常在每節課前，讓學生進行預習并查閱相關資料。在課程知識點講述完畢之后，由學生派代表講述或表演這些思維故事，以增加學生學習的積極性和課堂的趣味性。

（二） 任務驅動教學法

算法思維部分，我們主要采用任務驅動教學法。針對常見的遞歸、分治、貪心、動態規劃、回溯等算法思維，首先拋給學生一個有趣的問題，如漢諾塔問題、Tromino謎題、商店找零問題、背包問題、八皇后問題等，讓學生分組展開討論，去尋找解決問題的辦法。然后，讓學生分析和講解他們解決問題的方案或遇到的困難，教師再將解題思路和算法思維教給大家，最后給出一個練習題，讓學生對所學的思維方法進行鞏固訓練。這樣的教學方法，不僅使學生的學習狀態更加積極，也引導學生對計算機的思維過程進行深入思考、探索和運用。

（三） 翻轉課堂教學法

倫理思維部分，我們主要采用翻轉課堂的教學方法。針對網絡安全與計算機犯罪、大數據時代的隱私保護、人工智能倫理及科技綁架等議題，先給學生相關的閱讀材料，讓他們自己去搜索資料，然后形成自己的觀點和解決辦法，從而啟迪學生們對當前計算機倫理問題進行深入思考，潛移默化地提升他們的社會道德感。

六 多元的考核方式

為了體現學生和學習過程為主體的評價標準，本課程的考核方式也是多元的。其中考勤占10%，平時作業占20%，課堂表現（討論、展示等）占20%，期末考試占50%。在考試手段上，采用開放的論文測評法，給學生很大的發揮空間，以激發他們的創新思維。

七 結語

在全球信息化浪潮的席卷下，社會對人才培養的要求越來越趨向于用計算機工具解決專業領域問題，即計算思維的培養，而非單純的知識和技能的培養。本文根據財經類院校當前計算機基礎課的開設現狀，設計并開發了《計算思維》通識課，在培養學生科學素養的同時，兼顧其通用能力、自我認知和人文情懷的培養，是促進跨學科、復合型人才培養的重要課程。