計(jì)算思維能力訓(xùn)練策略與實(shí)踐*
——大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程探討

馬味

（西昌學(xué)院汽車與電子工程學(xué)院，四川西昌615013）

計(jì)算思維能力訓(xùn)練策略與實(shí)踐*
——大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程探討

馬味

（西昌學(xué)院汽車與電子工程學(xué)院，四川西昌615013）

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心是計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。結(jié)合學(xué)校實(shí)際，重新組合教學(xué)課程，采取課堂游戲、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、鉆研混合、項(xiàng)目貫穿策略，在實(shí)踐中培養(yǎng)計(jì)算思維能力。

計(jì)算思維；課堂游戲；任務(wù)驅(qū)動(dòng)；項(xiàng)目貫穿

1 計(jì)算思維

2006年3月，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真教授在ACM會(huì)刊中定義了計(jì)算思維[1]。2008年6月，美國計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)教師協(xié)會(huì)在網(wǎng)上發(fā)布了《計(jì)算思維：一個(gè)所有課堂問題解決的工具》報(bào)告[2]。得到美國Microsoft公司支持。后來，英國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)組織了歐洲的專家學(xué)者對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行研討，提出了歐洲的行動(dòng)綱要。計(jì)算思維這一定義就轟動(dòng)了西方。

在我國，計(jì)算思維也得到了高度的重視和廣泛的發(fā)展。李國杰院士等撰寫的《中國至2050年信息科技發(fā)展路線圖》中認(rèn)為計(jì)算思維的培育是克服“狹義工具論”的有效途徑，也是解決其他信息科技難題的基礎(chǔ)。

中科院自動(dòng)化所王飛躍教授率先將“計(jì)算思維”引入我國，撰寫了《計(jì)算思維與計(jì)算文化》。他認(rèn)為，中國計(jì)算思維一直存在于小學(xué)到大學(xué)教育，只是沒有提到周以真教授所描述的高度和廣度，亟須新穎、明確和系統(tǒng)[2]。桂林電子科技大學(xué)的董榮勝教授從學(xué)科方法論定義了計(jì)算思維，[3]用“思想和方法”代替“基礎(chǔ)概念”。浙江大學(xué)的何欽銘教授[4]等提出計(jì)算思維的本質(zhì)特征就是基于計(jì)算模型（環(huán)境）和約束的問題求解。它的核心方法就是構(gòu)造——構(gòu)造計(jì)算環(huán)境、構(gòu)造問題求解和構(gòu)造驗(yàn)證方法。

2010年7月，在西安會(huì)議上發(fā)表了《C9計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》，[5]確定了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心就是計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。全國很多高校圍繞此觀點(diǎn)，對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)進(jìn)行了改革和創(chuàng)新。總的來說，形成了3大方案[7]：

方案1：以計(jì)算思維為主線，重新規(guī)劃組織教學(xué)內(nèi)容。主要針對(duì)通識(shí)教育中的創(chuàng)新拓展班，以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)為輔，問題求解為主，對(duì)現(xiàn)有知識(shí)體系作較大調(diào)整，圍繞計(jì)算思維選取和調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。

方案2：圍繞問題求解和設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)，與程序設(shè)計(jì)內(nèi)容合并。主要針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，覆蓋計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、程序設(shè)計(jì)、計(jì)算思維等知識(shí)點(diǎn)，以問題求解引導(dǎo)程序設(shè)計(jì)教學(xué)，培養(yǎng)計(jì)算思維。

方案3：改革教學(xué)方法手段帶動(dòng)教學(xué)內(nèi)容提升。主要針對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)，以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)為主，增加少量的問題求解，通過案例、研討、活動(dòng)進(jìn)行改革和提升。

2 當(dāng)前計(jì)算思維能力培養(yǎng)

當(dāng)前由于特殊的地理位置和環(huán)境，不少計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)在計(jì)算思維能力培養(yǎng)方面是欠缺的，甚至無意識(shí)的。沒有重視學(xué)生計(jì)算思維能力培養(yǎng)，片面地、過度地強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技能的提高及省計(jì)算機(jī)二級(jí)過級(jí)率問題。學(xué)生學(xué)習(xí)過程就是圍繞過級(jí)展開的，就是模仿教師操作的過程，就是一遍又一遍的做歷年考試真題。教師教學(xué)過程也是圍繞過級(jí)考試，一次又一次重復(fù)講解考試重點(diǎn)題型，一遍又一遍的演示實(shí)例——更多的是把計(jì)算機(jī)教育當(dāng)成簡單的知識(shí)教育、工具或技術(shù)教育，沒有更好地引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)會(huì)計(jì)算機(jī)學(xué)科的精髓，把計(jì)算機(jī)教育當(dāng)成是一種思維教育、能力的教育。而且，大多數(shù)的教師在課堂中都擔(dān)當(dāng)主導(dǎo)地位，整堂課都在不停地給學(xué)生灌輸知識(shí)，學(xué)生在被動(dòng)地接受知識(shí)，失去了學(xué)習(xí)的興趣，導(dǎo)致教學(xué)過程不自覺地步入了難教、難學(xué)的圈子，使得學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生距離，更說不上運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決專業(yè)問題。

3 計(jì)算思維能力訓(xùn)練的策略和實(shí)踐

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)提出了大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)四個(gè)方面的能力培養(yǎng)：（1）對(duì)計(jì)算機(jī)的認(rèn)知能力；（2）應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決問題的能力；（3）基于網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力；（4）依托信息技術(shù)的共處能力[8]。總的來講，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中訓(xùn)練學(xué)生使用計(jì)算機(jī)基本能力、理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)熟練能力和訓(xùn)練有素的計(jì)算思維能力?；谶@個(gè)目標(biāo)培養(yǎng)，筆者在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中采取了以下策略：

3.1 將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分類與重新組合

學(xué)校的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程主要由大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)和程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（Visual Foxpro程序設(shè)計(jì)或者C語言）兩門課程組成。筆者將大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程分為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、Office軟件、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用和程序設(shè)計(jì)（以Visual Foxpro程序設(shè)計(jì)為例）。此四塊及其知識(shí)體系見圖1。

圖1 大學(xué)計(jì)算機(jī)課程知識(shí)體系

3.2 課堂游戲，增強(qiáng)學(xué)生的興趣和積極性

俗話說興趣是最好的老師，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性最好的辦法就是讓他們感興趣。筆者在講授計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)時(shí)增加了游戲插曲，同學(xué)們的參與率和積極性較高。如講述二進(jìn)制和十進(jìn)制時(shí)，做了“讀心術(shù)”[9]的游戲。請(qǐng)同學(xué)在0～63間選個(gè)數(shù)字，注意保密。然后給他看6張卡片（圖2），說出有那個(gè)數(shù)字的所有卡片，筆者即從這些卡片說出他選定的那個(gè)數(shù)。同學(xué)們感嘆“太神奇了！”再告訴學(xué)生運(yùn)用的原理就是求他們選擇的所有張卡片第一數(shù)字的和，便猜出他選擇的秘密數(shù)字是多少了。然后調(diào)動(dòng)他們?nèi)绾毋@研呢？這運(yùn)用的是什么原理呢？能否設(shè)計(jì)讀出同學(xué)出生月份或出生日期的游戲卡片呢？提示：跟二進(jìn)制讀法有關(guān)。又如在介紹微型計(jì)算機(jī)的組成及存儲(chǔ)程序的原理時(shí)，事先請(qǐng)五個(gè)學(xué)生作為五大部件，并對(duì)他們進(jìn)行培訓(xùn)，讓他們敘述各自的功能，并在控制器的指揮下計(jì)算2+3=5。同學(xué)們都覺得很好，有新意，所以非常認(rèn)真。

利用MCNP程序，計(jì)算了不同黑體溫度的X射線照射圓柱腔體時(shí)的電子發(fā)射參數(shù)，包括光電產(chǎn)額、出射電子角分布和出射電子能譜，可以為SGEMP的計(jì)算提供較為準(zhǔn)確的電子發(fā)射信息。

圖2 讀心術(shù)游戲卡

3.3 任務(wù)驅(qū)動(dòng)，學(xué)生的自學(xué)能力培養(yǎng)

Office應(yīng)用主要訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)踐操作能力，通過這些學(xué)習(xí)要求學(xué)生熟練應(yīng)用文字處理軟件、電子表格軟件、幻燈片制作軟件。筆者給出相應(yīng)的任務(wù)，使學(xué)生自主學(xué)習(xí)。給出的任務(wù)如上網(wǎng)查詢計(jì)算思維的相關(guān)知識(shí)后，按規(guī)定的格式書寫一篇論文。又如制作一張如圖3所示的報(bào)銷單[10]，要求小計(jì)和總計(jì)能自動(dòng)生成。所以，基于任務(wù)使用計(jì)算機(jī)來解決生活中的問題是培養(yǎng)計(jì)算思維的有效途徑。

圖3 出差報(bào)銷單

3.4 鉆研混合，學(xué)生協(xié)作能力培養(yǎng)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用主要基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念，引出Internet、應(yīng)用及安全問題。這塊內(nèi)容主要采用分組協(xié)作。每個(gè)小組需要調(diào)查研究Internet的基本應(yīng)用、存在的安全問題及解決的方案，針對(duì)個(gè)人電腦怎么做好安全防范并展示了所做的安全配置。同學(xué)們協(xié)作將所學(xué)到的東西應(yīng)用到實(shí)際中，除了他們的協(xié)作能力培養(yǎng)，還有解決問題及應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

3.5 項(xiàng)目貫穿全部程序設(shè)計(jì)

Visual Foxpro程序設(shè)計(jì)按照軟件生命周期的需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編碼和單元測(cè)試、綜合測(cè)試和軟件維護(hù)一系列階段來設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)“學(xué)生信息管理系統(tǒng)”，充分體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)科學(xué)家是如何思考的?；谠搯栴}的實(shí)施，將Visual Foxpro程序設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容有數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)、面向過程的程序設(shè)計(jì)和面向目標(biāo)的程序設(shè)計(jì)，并清晰展現(xiàn)計(jì)算思維的抽象、分解、規(guī)約等概念，遞歸、二分查詢、哈希查詢、快速排序、歸并排序等算法。具體知識(shí)如圖4所示。

圖4 Visual Foxpro程序設(shè)計(jì)知識(shí)體系

4 結(jié)語

計(jì)算思維能力訓(xùn)練的策略和實(shí)踐非常重要。筆者通過大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程探討，希望能將《計(jì)算思維：一個(gè)所有課堂問題解決的工具》充分應(yīng)用在教學(xué)實(shí)踐中。要計(jì)算思維能力猶“讀、寫、算”能力，人人具備，處處使用，共同解決各種疑難問題。

[1]Jeannette M．Wing．Computational Thinking[J]．Communications of ACM,2006,49(3):33-35．

[2]董榮勝,古天龍．計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)方法論[J]．計(jì)算機(jī)科學(xué),2009(1):1-4．

[3]董榮勝．計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論——思想與方法[M]．北京：高等教育出版社,2007．

[4]何欽銘,陸漢權(quán),馮博琴．計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)是計(jì)算思維能力的培養(yǎng)[J]．中國大學(xué)教學(xué),2010(9)：7-11．

[5]董榮勝．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[J]．中國大學(xué)教學(xué),2010(9)：16-17．

[6]劉道文．高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算思維能力培養(yǎng)策略研究與實(shí)踐[J]．計(jì)算機(jī)教育,2013(13):39-43．

[7]陸漢權(quán),何欽銘,徐鏡春．基于計(jì)算思維的“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)[M]．中國大學(xué)教學(xué),2012(9):55-58．

[8]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)．高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告暨計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求[M]．北京：高等教育出版社，2009．

[9]Tim Bell等著,孫俊峰,等．不插電的計(jì)算機(jī)科學(xué)[M]．武漢：華中科技大學(xué)出版社,2010(11)：24．

[10]http://download．chinaitlab．com

Training Strategy and Practice of Computational Thinking Based on University Computer Base Course

MA Wei
(School of Automotive and Electronic Engineering,Xichang College,Xichang,Sichuan 615013)

Based on the core of the university computer base teaching is Training of Computational thinking ability.Combining the reality of our school,Rearrange the teaching contents,taking classroom games,task driven, exploration and research and throughout the project strategy training computational thinking in practice.

computational thinking;classroom games;task driven;Throughout the project

TP3-4；G642

A

1673-1891（2015）03-0155-03

2015-03-25

西昌學(xué)院研究生課題“VBA在Excel中的應(yīng)用研究”（項(xiàng)目編號(hào)：XY09-ZA18）；四川省教育廳課題“以教師教育技術(shù)素質(zhì)促進(jìn)民族地區(qū)教育信息化的探究(項(xiàng)目編號(hào)：12SB141)。

馬味（1981-），女，四川西昌人，講師，軟件工程碩士學(xué)位，研究方向：大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教育。