“技能、知識(shí)、思維”三位一體的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)

李銘

摘要：計(jì)算思維是和理論思維、實(shí)驗(yàn)思維并列的三大科學(xué)思維之一，計(jì)算思維以計(jì)算機(jī)學(xué)科為代表。對(duì)于應(yīng)用型本科院校，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程應(yīng)綜合技能、知識(shí)和思維”三方面的內(nèi)容；技能是基礎(chǔ)，在講解知識(shí)的同時(shí)，更需提煉知識(shí)中包含的計(jì)算思維思想并直接傳授給學(xué)生，有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的意識(shí)和能力。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)；計(jì)算思維；應(yīng)用型本科

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)07-1702-02

Combination of Skill, Knowledge and Thinking in College Computer Fundamentals

LI Ming

(Dept. of Computer Engineering, Nanjing Institute of Technology, Nanjing 210013, China)

Abstract: Computational thinking is as important as theoretical thinking and experimental thinking in science thinking, it is represented by computer science. In Application-Oriented undergraduate college, computer fundamentals teaching should be combination of skill, knowledge and thinking. Skill is foundation in the combination. While introducing knowledge, computational thinking it contains should be told to students too, which can train students ability about computational thinking.

Key words: teachinging of computer fundamentals; computational thinking; application-oriented undergraduate

隨著計(jì)算機(jī)的普及，在國(guó)內(nèi)的大部分地區(qū)，計(jì)算機(jī)的教育已從中、小學(xué)開(kāi)始實(shí)施，這種發(fā)展趨勢(shì)給作為高等教育基礎(chǔ)課程的“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”帶來(lái)了挑戰(zhàn)?！按髮W(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程學(xué)時(shí)被壓縮，教學(xué)資源配置不充分，課程面臨被裁減的危機(jī)。在危機(jī)來(lái)臨之時(shí)，迫使我們重新思考，“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程的內(nèi)涵是什么？我們還需要在高等教育階段開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)這門(mén)課嗎？開(kāi)設(shè)這門(mén)課程該如何設(shè)置它的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式？本文將就相關(guān)問(wèn)題，發(fā)表一些個(gè)人觀點(diǎn)。

1現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容及存在的問(wèn)題

目前國(guó)內(nèi)高校的“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程主要由理論知識(shí)講授和操作技能訓(xùn)練兩部分組成。理論教學(xué)的主要內(nèi)容包括：計(jì)算機(jī)組成及工作原理、數(shù)據(jù)表示與存儲(chǔ)、問(wèn)題求解與程序設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)、多媒體技術(shù)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用、計(jì)算機(jī)與信息安全等。作為新生入學(xué)接觸到的第一門(mén)計(jì)算機(jī)課程，課程更側(cè)重知識(shí)廣度的介紹，旨在向?qū)W生介紹計(jì)算機(jī)的基本概念，使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)的基本工作原理和相關(guān)知識(shí)有一個(gè)初步的了解，為學(xué)生后繼課程的學(xué)習(xí)及信息素養(yǎng)的提高打下基礎(chǔ)。操作技能訓(xùn)練包括：介紹計(jì)算機(jī)的一些基本操作和常用軟件的使用，主要是OFFICE系列軟件、多媒體軟件、網(wǎng)頁(yè)制作軟件及網(wǎng)絡(luò)使用。

由于理論知識(shí)采用寬度優(yōu)先的方式組織教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容側(cè)重知識(shí)的廣度，加上計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，眾多概念的介紹使學(xué)生覺(jué)得課程內(nèi)容雜且空洞，而且大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為計(jì)算機(jī)只是一種工具，會(huì)操作和使用計(jì)算機(jī)就足夠了，對(duì)課程中的理論知識(shí)并不重視，只是為了應(yīng)付考試，簡(jiǎn)單將課程中的內(nèi)容死記硬背。

認(rèn)為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)就是教一些計(jì)算機(jī)軟件及其使用方法的“狹義工具論”思想不僅在學(xué)生中流行甚至也被部分教學(xué)管理部門(mén)認(rèn)同，他們認(rèn)為學(xué)生在中學(xué)已掌握計(jì)算機(jī)的使用，“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程已失去其在高等教育體系中存在的必要性。

2計(jì)算思維和計(jì)算機(jī)教育

在我們的高等教育體系中有兩個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科受到普遍的認(rèn)可和重視：數(shù)學(xué)和物理。在人的職業(yè)生涯中，直接使用高等數(shù)學(xué)和物理知識(shí)的人非常少，但它們的重要性卻沒(méi)有人否認(rèn)。大家普遍認(rèn)為：數(shù)學(xué)學(xué)科可以培養(yǎng)理論思維（即推理思維，以推理和演繹為特征），物理學(xué)科可以培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)思維（又叫實(shí)證思維，以觀察和總結(jié)自然規(guī)律為特征），這兩門(mén)課程的學(xué)習(xí)對(duì)人們思維方式的改變和培養(yǎng)起著非常積極的作用。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，另一種思維方式也越來(lái)越特征鮮明地被科學(xué)界認(rèn)可，這就是計(jì)算思維（又叫構(gòu)造思維，以設(shè)計(jì)和構(gòu)造為特征，以計(jì)算機(jī)學(xué)科為代表）。

目前，自然科學(xué)領(lǐng)域公認(rèn)有三大科學(xué)方法：理論方法、實(shí)驗(yàn)方法與計(jì)算方法，[1]與這三大科學(xué)方法對(duì)應(yīng)有三大科學(xué)思維，即理論思維、實(shí)驗(yàn)思維與計(jì)算思維。[2]計(jì)算思維并不是在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之后才有的，它在人類思維的早期就已經(jīng)萌芽，并且一直是人類思維的重要組成部分。在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，計(jì)算思維的研究是作為數(shù)學(xué)思維的一部分進(jìn)行的，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)強(qiáng)化了計(jì)算思維的意義和作用。

計(jì)算機(jī)對(duì)信息和符號(hào)的快速處理能力，使許多原本只是理論可以實(shí)現(xiàn)的過(guò)程變成了實(shí)際可以實(shí)現(xiàn)的過(guò)程。海量數(shù)據(jù)的處理、復(fù)雜系統(tǒng)的模擬、大型工程的組織，借助計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了從想法到產(chǎn)品整個(gè)過(guò)程的自動(dòng)化、精確化和可控化，大大拓展了人類認(rèn)知世界和解決問(wèn)題的能力和范圍。同時(shí)，一些屬于計(jì)算思維的特點(diǎn)被逐步揭示出來(lái)，計(jì)算思維與邏輯思維和實(shí)證思維的差別越來(lái)越清晰化。例如在對(duì)于指令和數(shù)據(jù)的研究中，層次性、迭代表述、循環(huán)表述以及各種組織結(jié)構(gòu)（樹(shù)結(jié)構(gòu)，圖結(jié)構(gòu)等）被明確提出來(lái)。計(jì)算機(jī)不僅為不同專業(yè)提供了解決專業(yè)問(wèn)題的有效方法和手段，而且提供了一種獨(dú)特的處理問(wèn)題的思維方式。

美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授認(rèn)為：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題的求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。計(jì)算思維的本質(zhì)是抽象和自動(dòng)化。[3]

3以計(jì)算思維為導(dǎo)向的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

從2010年5月起，國(guó)家高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)先后召開(kāi)多次會(huì)議，討論大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程應(yīng)包含哪些內(nèi)容，如何將計(jì)算思維融入到該門(mén)課程中。上海交大（2010年秋季）和南方科大（2011年春季）正在試開(kāi)新型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程——“計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論：計(jì)算思維”。

在這樣的背景下，作為一個(gè)應(yīng)用型本科院校，我們不能簡(jiǎn)單地照搬研究型高校的教學(xué)內(nèi)容，也不能停滯不前，我們需要重新設(shè)計(jì)并建立適合自己的基于計(jì)算思維的課程建設(shè)新方案。

在中國(guó)，從小學(xué)到大學(xué)教育，計(jì)算思維經(jīng)常被朦朦朧朧地使用。傳統(tǒng)的教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)知識(shí)的整體性和綜合性，老師對(duì)學(xué)生系統(tǒng)傳授知識(shí)，學(xué)生在實(shí)踐中逐步領(lǐng)會(huì)和消化知識(shí)，形成自己對(duì)于知識(shí)的新的覺(jué)悟。計(jì)算思維的培養(yǎng)更多是靠學(xué)生“悟”出來(lái)的，其缺點(diǎn)是：培養(yǎng)速度慢、效率低、培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)難以把握。雖然計(jì)算機(jī)課程不是訓(xùn)練計(jì)算思維唯一的課程，卻是訓(xùn)練計(jì)算思維最好的課程。“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”是新生入學(xué)后接觸到的第一門(mén)計(jì)算機(jī)課程，我們?cè)O(shè)計(jì)在給學(xué)生傳授知識(shí)的同時(shí)，直接將其中包含的計(jì)算思維內(nèi)容講出來(lái)，讓學(xué)生自覺(jué)地去學(xué)習(xí)，這樣可以提高培養(yǎng)質(zhì)量，縮短培養(yǎng)的時(shí)間。

基于這樣的考慮，筆者認(rèn)為“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程應(yīng)該是“技能、知識(shí)、思維”三位一體的教學(xué)模式，其內(nèi)涵應(yīng)該是三者的綜合，它們之間的關(guān)系應(yīng)如下圖所示。

其中計(jì)算機(jī)操作是最底端的基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)的基本操作和常用軟件的熟練使用是所有學(xué)生都必須具備的基本技能。雖然一些發(fā)達(dá)地區(qū)的中、小學(xué)學(xué)生對(duì)這些內(nèi)容并不陌生，但他們的能力是不全面的。很多學(xué)生可以用QQ聊天，用媒體播放軟件聽(tīng)音樂(lè)、看視頻、玩游戲，但是對(duì)我們生活和工作經(jīng)常使用的一些辦公軟件如office系列軟件，學(xué)生并沒(méi)有完全、充分地掌握它。學(xué)生可以用word軟件寫(xiě)文章，但是如何寫(xiě)一篇圖文并茂，排版規(guī)范的文章，他們又顯得力不從心，很多學(xué)生甚至在畢業(yè)時(shí)都無(wú)法將自己的論文按指定的格式進(jìn)行排版；功能強(qiáng)大的電子表格軟件，更是學(xué)生的弱項(xiàng)。因此，相應(yīng)的技能訓(xùn)練和技能考核是必不可少的?；蚩紤]到中小學(xué)教育的內(nèi)容，可適當(dāng)減少學(xué)生課內(nèi)上機(jī)的輔導(dǎo)時(shí)間。

計(jì)算思維不是憑空產(chǎn)生的，它是眾多知識(shí)積累后的升華，計(jì)算思維通常蘊(yùn)含在知識(shí)之中。在以往的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中，我們僅側(cè)重計(jì)算機(jī)知識(shí)的介紹，而忽略了計(jì)算機(jī)思維的培養(yǎng)，其實(shí)，在計(jì)算機(jī)知識(shí)中計(jì)算思維無(wú)處不在。比如，我們?cè)诮榻B計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)IP地址時(shí)，IP地址有網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)兩部分組成，體現(xiàn)了信息的層次化編碼思想，學(xué)生的學(xué)號(hào)及身份證號(hào)的編碼都采用了相似的方式。我們從一臺(tái)機(jī)器的IP地址可判斷出該機(jī)器所在的網(wǎng)絡(luò)，從學(xué)生的學(xué)號(hào)中可以判斷出它所在的系、入學(xué)年份、所在班級(jí)等信息。再如信息安全中，登陸時(shí)驗(yàn)證碼的使用，驗(yàn)證碼的出現(xiàn)是YAHOO公司為了應(yīng)對(duì)大量垃圾郵件對(duì)郵箱的攻擊而采取人機(jī)辨識(shí)問(wèn)題的解決方案，這是一個(gè)簡(jiǎn)單而巧妙的設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)先是產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)的字符串，然后用程序把這個(gè)字符串的圖像進(jìn)行隨機(jī)的污染，扭曲，再顯示給顯示器前的人或者機(jī)器。凡是能夠辨識(shí)這些字符的，即為人類。此外還有操作系統(tǒng)的資源管理思想及策略、樹(shù)狀層次結(jié)構(gòu)的文件管理、多層次的存儲(chǔ)器管理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)和順序存儲(chǔ)等知識(shí)中都體現(xiàn)了體現(xiàn)計(jì)算思維思想。

上面的例子都體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)在解決問(wèn)題時(shí)特有的一些思維方式。為此，我們需要將現(xiàn)有內(nèi)容中的知識(shí)點(diǎn)重新梳理，挖掘出其中體現(xiàn)計(jì)算思維的知識(shí)要點(diǎn)，在介紹計(jì)算機(jī)基本知識(shí)和基本概念時(shí)，將其中包含的計(jì)算思維方法直接講授給學(xué)生，并讓學(xué)生思考日常生活中使用相同或相似方法的案例。這樣不僅加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，更能將相關(guān)的思維方式直接傳授給學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的意識(shí)和能力，掌握計(jì)算思維解決問(wèn)題的一般步驟和方法，并將這些方法直接應(yīng)用于今后的學(xué)習(xí)和工作中。

4結(jié)束語(yǔ)

在信息時(shí)代，計(jì)算思維代表著一種普遍的認(rèn)識(shí)和一類普適的技能，每一個(gè)人，而不僅僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)家，都應(yīng)熱心于它的學(xué)習(xí)和運(yùn)用。將計(jì)算思維的教育直接融入大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，不僅可以豐富課程的教學(xué)內(nèi)容，更是對(duì)課程內(nèi)涵的一種提升。

參考文獻(xiàn)：

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