大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中計(jì)算思維的培養(yǎng)途徑

摘要：從幾個(gè)側(cè)面思考和探究在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的途徑，提出通過(guò)整合教學(xué)內(nèi)容，將不同的知識(shí)點(diǎn)歸納為不同的知識(shí)單元；通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提升學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維處理問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)；核心任務(wù)

作為大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維已成為引領(lǐng)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)健康發(fā)展的航標(biāo)。因此探索出一套培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的有效方法和途徑，對(duì)于進(jìn)一步落實(shí)核心任務(wù)，提升學(xué)生處理問(wèn)題（特別是解決各種專業(yè)問(wèn)題）的能力，以及創(chuàng)新人才的培養(yǎng)都將產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響。

1.大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)目標(biāo)及現(xiàn)狀

在教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)頒布的《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的意見(jiàn)》中明確指出：大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的目標(biāo)是“使學(xué)生在各自的專業(yè)中能夠有意識(shí)地借鑒、引入計(jì)算機(jī)科學(xué)中的一些概念、技術(shù)和方法……利用計(jì)算機(jī)認(rèn)識(shí)并處理計(jì)算機(jī)應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問(wèn)題”。然而在具體實(shí)施過(guò)程中，由于學(xué)科、專業(yè)存在差異以及人們認(rèn)識(shí)上的偏差，在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中暴露出很多問(wèn)題。例如，在教學(xué)中，仍以介紹技能性的知識(shí)、原理和結(jié)論為主，內(nèi)容多是晦澀的符號(hào)、表達(dá)式以及抽象難懂的定義。沒(méi)有按照專業(yè)的不同需求分類分層組織教學(xué)，這就導(dǎo)致一方面學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不夠、求知興趣下降；另一方面，學(xué)生又缺乏運(yùn)用計(jì)算機(jī)知識(shí)和技術(shù)處理各種實(shí)際問(wèn)題的能力。究其原因在于，在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中忽視了對(duì)學(xué)生思維意識(shí)、發(fā)現(xiàn)和處理問(wèn)題能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。因此，積極探索在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中計(jì)算思維的培養(yǎng)途徑，全面展示計(jì)算機(jī)學(xué)科獨(dú)有的思維魅力已迫在眉睫。

2.計(jì)算思維的提出

2006年，美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真教授在美國(guó)計(jì)算機(jī)權(quán)威期刊Communication of the ACM撰文提出計(jì)算思維概念。她指出：“計(jì)算思維就是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等，它涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)廣度的一系列思維活動(dòng)”。周教授認(rèn)為：計(jì)算思維是人類求解問(wèn)題的一條有效途徑，是人人必須具備的一種基本能力，其本質(zhì)是抽象和自動(dòng)化。研究這些內(nèi)涵對(duì)于教師盡快將計(jì)算思維融人到計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維意識(shí)、掌握處理問(wèn)題的方法以及提升運(yùn)用計(jì)算機(jī)基本思想處理實(shí)際問(wèn)題的能力都有十分重要的意義。為此，在《九校聯(lián)盟（C9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》中，第一次把培養(yǎng)計(jì)算思維能力作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的一項(xiàng)重要的、長(zhǎng)期和復(fù)雜的核心任務(wù)。

3.培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的有效途徑

為了在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，落實(shí)核心任務(wù)，筆者認(rèn)為首先應(yīng)全面深入理解計(jì)算思維的本質(zhì)和內(nèi)涵；其次應(yīng)積極探索計(jì)算思維的培養(yǎng)途徑，引導(dǎo)學(xué)生最終將計(jì)算思維有效運(yùn)用于各種實(shí)際問(wèn)題的處理中。

3.1重點(diǎn)突出計(jì)算思維意識(shí)的培養(yǎng)

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程是計(jì)算思維培養(yǎng)的重要平臺(tái)，對(duì)于學(xué)生從萌生到逐步認(rèn)識(shí)和掌握計(jì)算思維發(fā)揮著重要的作用。為強(qiáng)化計(jì)算思維的培養(yǎng)，結(jié)合各校及我校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)現(xiàn)狀，我們嘗試以整合教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法等作為突破點(diǎn)組織教學(xué)。首先在教學(xué)內(nèi)容的選取上，將不同的知識(shí)點(diǎn)歸納為不同的知識(shí)單元，并系統(tǒng)梳理各單元所蘊(yùn)含的可見(jiàn)、可實(shí)現(xiàn)思維；其次，改變或摒棄傳統(tǒng)的教學(xué)方法，從可行性、確定性角度以各知識(shí)單元為線索，重點(diǎn)講解知識(shí)內(nèi)部蘊(yùn)含的思維以及實(shí)現(xiàn)具體操作所運(yùn)用的思維思想，著重培養(yǎng)學(xué)生的思維方式，逐步實(shí)現(xiàn)由知識(shí)傳授向基于知識(shí)的思維培養(yǎng)過(guò)渡。如在講解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)時(shí)，以描述數(shù)據(jù)的兩種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)為線索，講解具有線性、樹(shù)型結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)在實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)以及實(shí)現(xiàn)對(duì)二叉樹(shù)數(shù)據(jù)的遍歷口’所運(yùn)用的思維；再如在講授操作系統(tǒng)中進(jìn)程、線程等知識(shí)時(shí)，可以一個(gè)程序執(zhí)行過(guò)程為例，借助多媒體技術(shù)或圖示形式闡述系統(tǒng)在不同時(shí)間段內(nèi)所完成的不同操作（通過(guò)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)）以及不同進(jìn)程的切換（通過(guò)線程實(shí)現(xiàn)），通過(guò)此舉不僅可幫助學(xué)生對(duì)進(jìn)程和線程等重點(diǎn)知識(shí)有所認(rèn)識(shí)，更為重要的是掌握了研習(xí)這些知識(shí)所應(yīng)具備的思維方式，了解這種處理技術(shù)所采用的思維方法。

3.2著力培養(yǎng)學(xué)生將計(jì)算思維運(yùn)用于專業(yè)實(shí)踐的意識(shí)

對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生而言，研習(xí)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的目的在于探尋計(jì)算機(jī)科學(xué)和專業(yè)應(yīng)用的結(jié)合點(diǎn)，并能運(yùn)用計(jì)算思維及計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)拓性地解決各種專業(yè)問(wèn)題。本著這一宗旨和原則，在教學(xué)中教師可選擇一些既能反映計(jì)算思維處理思想又能體現(xiàn)各專業(yè)普遍需要的典型案例，通過(guò)對(duì)這些案例所運(yùn)用的可見(jiàn)思維的講授，引導(dǎo)學(xué)生逐步建立將計(jì)算思維思想運(yùn)用于專業(yè)實(shí)踐的意識(shí)。如：在講解網(wǎng)絡(luò)知識(shí)時(shí)，可運(yùn)用關(guān)注點(diǎn)分離（SOC）法將教學(xué)重點(diǎn)定位到網(wǎng)絡(luò)的組成及應(yīng)用等知識(shí)點(diǎn)上，集中探討和學(xué)習(xí)3種常見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)的連接及各種應(yīng)用實(shí)例。由于連接范圍、連接方式以及應(yīng)用的不同，自然就涉及各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的使用以及這些協(xié)議所運(yùn)用的思維。通過(guò)這些內(nèi)容的系統(tǒng)講解，不僅使學(xué)生掌握了網(wǎng)絡(luò)的基本知識(shí)及所蘊(yùn)含的思維，更能拓展他們的思維空間，激發(fā)學(xué)生將這種思維運(yùn)用于專業(yè)實(shí)際的強(qiáng)烈欲望并能實(shí)地探索各種實(shí)現(xiàn)方法。

3.3通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不斷提升運(yùn)用計(jì)算思維處理問(wèn)題的綜合能力

作為大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的重要組成部分，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用計(jì)算思維及計(jì)算機(jī)技術(shù)處理問(wèn)題的能力等方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。因此，必須破除實(shí)驗(yàn)教學(xué)依附于理論教學(xué)的傳統(tǒng)思想，樹(shù)立實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)相互統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的現(xiàn)代教學(xué)理念，充分有效地利用這一平臺(tái)，逐步提升學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維處理問(wèn)題的綜合能力。

首先，在基礎(chǔ)規(guī)范性試驗(yàn)中全面體現(xiàn)計(jì)算思維思想，這類實(shí)驗(yàn)通常用于幫助學(xué)生通過(guò)具體操作驗(yàn)證基本知識(shí)點(diǎn)。可在現(xiàn)有內(nèi)容中增加基于知識(shí)的思維性內(nèi)容，幫助學(xué)生從實(shí)踐中領(lǐng)悟計(jì)算思維在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的引領(lǐng)作用。

其次，通過(guò)構(gòu)造性試驗(yàn)，有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用抽象思維方式構(gòu)建常用數(shù)學(xué)模型的方法，借此了解運(yùn)用計(jì)算思維方法處理問(wèn)題的過(guò)程（如：具體問(wèn)題的提出→模型構(gòu)造→結(jié)果的獲得）。

最后，為不斷培養(yǎng)和提升學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)及創(chuàng)新能力，應(yīng)適當(dāng)增加一些具有研究探索性的綜合實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)在內(nèi)容的取材上既要反映各學(xué)科對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的實(shí)際需要，又能涵蓋計(jì)算思維思想。同時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果要具有一定的不確定性、實(shí)現(xiàn)手段要有多樣性。通過(guò)學(xué)生的親自參與和探索在更大范圍內(nèi)拓展創(chuàng)新意識(shí)，增強(qiáng)動(dòng)手操作能力、科學(xué)研究能力及創(chuàng)新能力。

3.4進(jìn)一步整合和完善利于計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)資源平臺(tái)

為了給學(xué)生提供更多的有益于思維培養(yǎng)與能力拓展的空間，需進(jìn)一步整合和完善教學(xué)資源。要充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，為學(xué)生營(yíng)造一個(gè)便于自我發(fā)展和滿足個(gè)性需要的全新、開(kāi)放型的學(xué)習(xí)環(huán)境，可將以往分散、無(wú)序、富于多樣性的各種教學(xué)資源科學(xué)有效地融合銜接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)門(mén)類齊全、內(nèi)容豐富、便于使用的教學(xué)支持體系，使之成為師生獲取知識(shí)及信息的重要來(lái)源、培養(yǎng)學(xué)生思維及拓展創(chuàng)新能力的舞臺(tái)。具體可通過(guò)構(gòu)建結(jié)合專業(yè)需要的教學(xué)網(wǎng)站、教學(xué)資源共享平臺(tái)、精品課程平臺(tái)、各類學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)等途徑實(shí)現(xiàn)。通過(guò)這些共享平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)師生實(shí)時(shí)互動(dòng)、實(shí)時(shí)交流，以此滿足師生的各種需求。這樣的平臺(tái)不僅利于學(xué)生個(gè)性化培養(yǎng)，更主要的是為學(xué)生認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)及其發(fā)展規(guī)律、強(qiáng)化計(jì)算思維意識(shí)、提升處理問(wèn)題的能力提供更為廣闊的發(fā)展空間。

3.5積極實(shí)施有效的考核形式及結(jié)果評(píng)定方法

經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐和探索，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的考核形式已基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)考或機(jī)考+筆試。從考核內(nèi)容或效果來(lái)看基本達(dá)到了教學(xué)大綱所規(guī)定的要求，它對(duì)于學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的提升及推動(dòng)教學(xué)改革都起到了積極的作用。然而，為進(jìn)一步落實(shí)核心任務(wù)以及適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)戰(zhàn)略的需要，有必要在現(xiàn)有格局的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善和充實(shí)這種考核方式。

1）改革和完善考核內(nèi)容。

目前大部分機(jī)考是圍繞著單選、填空、實(shí)際操作和打字等題型安排內(nèi)容，這些題型在以往考核中發(fā)揮了重要作用，但也暴露出一些問(wèn)題。如：知識(shí)面比較狹窄、過(guò)于機(jī)械、反映的思維有限等弊端。針對(duì)這些問(wèn)題，我們作了以下的探索和嘗試。

其一，將單選題拓展為多選題，或增加多選題的比重，這樣既有利于對(duì)知識(shí)的全面考察，還可為學(xué)生提供更為寬廣的思維空間。通過(guò)大量蘊(yùn)含益于思維培養(yǎng)的考題進(jìn)一步幫助和帶動(dòng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)知識(shí)的系統(tǒng)掌握；其二，針對(duì)填空題型，將考核重點(diǎn)逐漸定位到思維與知識(shí)的結(jié)合點(diǎn)上，以涵蓋思維的知識(shí)點(diǎn)作為問(wèn)題提出，以處理問(wèn)題所運(yùn)用的思維作為填充內(nèi)容，以此構(gòu)成知識(shí)與思維的完美組合。此外，對(duì)于綜合操作題型的內(nèi)容，可在涵蓋知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)上向更能體現(xiàn)思維且與專業(yè)應(yīng)用相結(jié)合的方向傾斜，如：針對(duì)管理類專業(yè)而言，可以綜合操作題的形式考核學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)管理一個(gè)微小企業(yè)的設(shè)計(jì)思想，回答問(wèn)題方式可以文字和動(dòng)畫(huà)的形式。

2）采用科學(xué)方法評(píng)定考核結(jié)果。

目前的考核結(jié)果普遍綜合了期末考核結(jié)果、學(xué)生出勤情況以及作業(yè)實(shí)驗(yàn)的完成情況，這種認(rèn)定方式相對(duì)簡(jiǎn)單，選定的范圍有限，加之具有一定的隨機(jī)性，無(wú)法全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。為此，可考慮增加大作業(yè)在最終成績(jī)中的份額。大作業(yè)是在學(xué)習(xí)一個(gè)（或幾個(gè)）知識(shí)單元后由教師根據(jù)教學(xué)進(jìn)展和需要為學(xué)生布置并要求其在指定的時(shí)間內(nèi)完成的一項(xiàng)任務(wù)，如完成一個(gè)運(yùn)用Office中組件和網(wǎng)絡(luò)等功能編輯一份圖文并茂的電子郵件并發(fā)送的作業(yè)，教師可根據(jù)作業(yè)的完成情況，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每位學(xué)生對(duì)于這些內(nèi)容的掌握程度及效果。大作業(yè)在內(nèi)容上應(yīng)充分體現(xiàn)計(jì)算思維思想，在運(yùn)作上要反映出計(jì)算思維的處理方法，在效能上應(yīng)盡量滿足不同學(xué)科的實(shí)際需要。因此，若以合適的比例將學(xué)生獨(dú)立或合作完成的大作業(yè)作為最終考核結(jié)果的一部分的話，必將能夠帶動(dòng)學(xué)生主動(dòng)參與教學(xué)、積極有效思維的積極性。

（編輯：郭田珍）