計算思維與大學計算機基礎課程設置

盧曉東

摘要：計算思維能力的培養(yǎng)，在大學計算機教育中受到普遍關注。通過分析目前“大學計算機基礎”課程的內容設置，結合教學實踐討論目前存在的一些共性的問題，提出了一些教學改革的設想，將涉及計算思維的計算機軟硬件的基本原理保留在理論課中，而將涉及更新變化快的計算機應用知識和技術放在上機操作實踐中，這樣既能在課時有限的理論課上專注于計算思維能力的培養(yǎng)，又能通過上機實踐掌握最新的計算機應用技術。

關鍵詞：計算思維；大學計算機基礎；教學改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）32-7672-02

1 概述

2006年，美國卡內基·梅隆大學周以真（Jeannette M. Wing）教授在《Communications of the ACM》雜志上提出了計算思維（Computational Thinking）的概念，即“運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統(tǒng)和理解人類的行為”，并提出計算思維應是在閱讀、寫作和算術之外的另一個重要的基本能力，倡導在計算機基礎教育中加強計算思維能力的培養(yǎng)，隨后，國內外著名高校普遍對在非計算機專業(yè)學生中培養(yǎng)計算思維能力有了充分的關注和認可。

回顧國內大學非計算機專業(yè)計算機基礎教學的發(fā)展歷程，1997年，教育部頒發(fā)了“加強非計算機專業(yè)計算機基礎教學的工作意見”（簡稱155號文件），明確提出高校將計算機課程納入基礎課的范疇，并且提出了計算機基礎教學的三個層次（即計算機文化基礎、計算機技術基礎和計算機應用基礎）。隨后又頒布了“關于進一步加強高等學校計算機基礎教學的幾點意見”，提出了高校當前計算機教學的1+X體系，并給出了具體的教學基本要求。

如何將計算思維能力的培養(yǎng)融入到高校計算機基礎教學中，已經成為一個重要的教學改革課題，現(xiàn)就計算思維能力的培養(yǎng)和大學計算機應用基礎課程的教學設置，提出一些想法。

2 當前“大學計算機基礎”課程教學中存在的問題

2.1 課時安排的問題

教育部關于“關于進一步加強高等學校計算機基礎教學的幾點意見”明確提出了“大學計算機基礎”課程的教學目標，即“了解計算機的硬件結構與組成原理、了解操作系統(tǒng)的功能與其中一些重要概念、了解計算機網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫、多媒體等技術的基本概念、技術和應用”。并且給出了具體的教學內容和要求，和課程實施建議，教學總學時64課時，其中講課32-48課時，上機32-16學時。

在近年的教學實踐中，教學內容和進度大致安排如下：

1） 理論知識

（1） 計算機概述，介紹計算機和電子技術的發(fā)展歷史和二進制的基本運算，6學時。

（2） 計算機組成原理，介紹CPU、內存、輸入/輸出設備的基本工作原理，6學時。

（3） 計算機軟件，介紹操作系統(tǒng)、算法和程序設計語言，6學時。

（4） 計算機網(wǎng)絡，介紹數(shù)據(jù)通訊知識、TCP/IP協(xié)議作用、因特網(wǎng)服務，6學時。

（5） 數(shù)字媒體技術，介紹文本、圖像、音頻、視頻的原理和方法，6學時。

（6） 信息系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫，介紹信息系統(tǒng)的開發(fā)和數(shù)據(jù)庫的操作，6學時。

2） 上機操作

學習Office辦公自動化相關的軟件的操作和使用，包括Word、Excel、Powerpoint、Frontpage、Access，共五個應用軟件，上機30學時，平均一個應用軟件上機操作6學時。

在上述教學安排的具體實踐中，上機操作部分能較好的達到預期的目標，通過安排的教學內容的學習和練習，學生基本能掌握相應軟件的基本操作，達到相應軟件的使用要求，并且能達到相應的國家（或省級）計算機等級考試一級考試的操作要求。

在理論知識教學的實踐中，存在一些問題，最大的問題就是預期目標和實際效果的脫離，從教學內容的安排中能看出，各章節(jié)計劃課時平均只有6學時，其中還需要穿插安排上機操作的課堂講解，所以實際的各章理論知識的課時不足6學時。在短短6個學時不足的課堂教學中，很難真正完成相應章節(jié)基本知識和理論的講解，同時，學生也很難在這樣短的時間里領會相應章節(jié)的基本知識和基本原理。

教育部“關于進一步加強高等學校計算機基礎教學的幾點意見”中提出，“大學計算機基礎”課程應該類似于大學物理、大學化學等其他基礎課程，內容較為穩(wěn)定、規(guī)范和系統(tǒng)。

但是在實際教與學中很難達到這樣的目標，僅就知識概念而言，“大學計算機基礎”理論知識幾乎涵蓋了計算機專業(yè)的大部分知識概念，各章節(jié)在不足6學時里，僅僅概念的陳述都很難做到透徹，更不要說深入細致的講解和反復的練習和鞏固了。實際的教學狀況往往是，教師在課堂上趕進度，而學生往往反映聽不懂、或者聽不透，來不及消化、理解和記憶，甚至使得一部分學生對課堂學習失去興趣，對課程學習目標茫然。這種狀況亟待解決，課程的學習效果，與課程內容的科學設置密切相關，有必要重新審視“大學計算機基礎”課程內容的設置和安排是否合理和科學。

2.2 教材內容組織的問題

目前各高?！按髮W計算機基礎”教材版本較多，基本都是按照教育部的頒布的對該課程的教學基本要求組織編寫的，其內容基本都是計算機專業(yè)各門課程的簡化和濃縮，其中涵蓋了“計算機組成原理”、“數(shù)字邏輯”、“算法與程序設計”、“操作系統(tǒng)原理”、“計算機網(wǎng)絡”、“多媒體技術”、“數(shù)據(jù)庫原理與應用”等課程的基本知識和概述，這些課程中，每一門課程的學習都需要50-60課時以上的學習時間，“大學計算機基礎”課程教材內容，相當于把300-400課時以上的多門課程的內容，壓縮到一門課程中，要求在30-40課時中掌握，即使只是要求掌握最基礎的部分，也是很難做到合理安排的。

目前各版本的教材的內容，基本就是大量名詞和概念的簡單羅列，知識體系不夠完整和科學，加上計算機科學發(fā)展迅速，知識更新很快，一些課本知識很容易變?yōu)殛惻f，很難做到像大學數(shù)學、物理、化學那樣穩(wěn)定、規(guī)范和系統(tǒng)，學生在閱讀教材時，容易陷入“似懂非懂”的狀態(tài)，或者只能是“走馬觀花式”閱讀，很難做到對具體內容的透徹理解和掌握。endprint

如何組織好“大學計算機基礎”課程的教材內容，做到像大學數(shù)學、物理、化學課程那樣的穩(wěn)定、規(guī)范和系統(tǒng)，這也是一個需要研究的課題。

3 結合計算思維能力的培養(yǎng)探討“大學計算機基礎”課程內容設置

大學課程教學的目的是為了讓學生掌握知識和原理、提高解決問題的能力，所謂“學以致用”，即為了實際應用而學習，所以是否能解決實際問題，成為檢驗學習效果的一個重要考量，所以課程內容的設置，應該以“可理解的、可運用的、可驗證的”作為選取思路。

其中“可理解的”知識，是指學生在已有知識儲備情況下，確實能理解其含義?！翱蛇\用的”知識，是指該知識能解決一些典型問題；“可驗證的”是該知識能用來舉一反三，解決實際工作或者未來工作的一類或者幾類問題。

計算思維能力的培養(yǎng)，之所以受到關注和認可，是因為計算思維強調運用計算機科學中的概念與方法來解決現(xiàn)實中的各種問題，符合“學以致用”的理念，當今世界，計算機技術在各行各業(yè)都有應用，各行各業(yè)的專業(yè)人員都需要學習和掌握計算機的使用，更需要運用計算機科學中的解決問題的方法和思路來解決各自專業(yè)中的問題，所以計算思維能力的培養(yǎng)和大學計算機教學的目標是一致的。

計算思維的核心是“抽象與分解”，結合大學計算機基礎課程的內容，也需要“抽象和分解”，簡單的說就是需要提取課程中的基本原理，重點介紹，化簡和舍去無用的枝葉，以是否能解決實際問題作為目標，改革課程內容的設置。

將課程內容的設置分為兩部分，理論課講解不變的理論，實驗課實踐最新的計算機應用。具體來說，針對理論學習和實驗操作有如下兩個建議：

3.1 在理論課中保留不變的理論

對計算機科學來說，不變的部分是計算機組成原理，即“程序存儲控制”原理，幾十年來沒有變化，算法的基本思想幾十年來沒有變化，而這些基本原理正是計算思維中的重要思想方法，將這些計算思維的基本原理，作為理論知識，通過課堂詳細講解，要求達到理解和能運用計算思維解決和分析實際問題的程度，即在理論課上只講計算機組成原理和算法的基本思想。

3.2 把變化快的計算機具體應用技術安排在上機操作中

計算機科學的應用技術，往往更新較快，例如，計算機網(wǎng)絡應用、多媒體技術應用、數(shù)據(jù)庫應用，這些知識內容變化快，新的技術不斷涌現(xiàn)，舊的技術很快淘汰，對于這部分內容不必詳細講解，只需通過安排相應的實驗操作，盡量選取最新的應用技術，讓學生在實踐中去體會和掌握。同時，對于新的技術應用也可結合不同專業(yè)應用的需要，以開設選修課的方式進行安排。

3.3 教材內容的組織

對于教材內容的組織來說，同樣分為兩個部分。要求理論教材內容少而精，充實符合計算思維的計算機科學基本思想，即計算機硬件的基本原理和軟件（算法）的基本思想。將變化更新快的計算機應用技術部分，放在上機操作指導當中，在上機操作課中，簡單介紹概念，強調通過實際操作，解決實際問題，來體會和了解和認識計算機最新的應用技術。

4 小結

本文探討了將計算思維融入當前的“大學計算機基礎”課程教學當中，嘗試提出一種教學改革思路，即在理論課上保留和加強計算思維能力的培養(yǎng)，而將計算機應用技術和知識放在實驗操作中去學習和體會。

參考文獻：

[1] Wing， Jeanette M.Computational thinking[M].Communications of the ACM，2006，49 （3）.endprint