計算思維理念助推文科類“多維”知識體系課程建設(shè)

陳淑鑫+潘海珠+李君

[摘 要]計算思維理念可以助推文科類“多維”知識體系課程的建設(shè)?？梢砸詷?gòu)建主義教學(xué)中的協(xié)作學(xué)習(xí)思想融合計算思維理念，探索培養(yǎng)文科類學(xué)生信息綜合應(yīng)用人才的“多維開放”知識體系創(chuàng)新教學(xué)模式，結(jié)合高校文科類專業(yè)特點與教學(xué)實踐，提出多維度的“知識”理論教學(xué)體系和開放性的教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計，著力提升學(xué)生自主獲取知識能力和獨立探究能力。

[關(guān)鍵詞]計算思維;多維教學(xué);知識體系;自主學(xué)習(xí)

[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）01-0119-02

隨著當今社會各行業(yè)態(tài)勢的迅猛發(fā)展，我國正由高等教育大國向高等教育強國的轉(zhuǎn)變發(fā)展[1]，傳統(tǒng)的“三中心”（教師、課堂、書本）教學(xué)模式已不能適應(yīng)信息社會的需求。教學(xué)中，學(xué)生是素質(zhì)教育的主體，教師發(fā)揮著主導(dǎo)作用，教師通過信息媒介更新知識結(jié)構(gòu)，補充學(xué)術(shù)儲備，拓展教育視野。學(xué)生掌握計算機工具獲取多門類知識，將信息技術(shù)應(yīng)用到本專業(yè)，并提升信息綜合素養(yǎng)。西北大學(xué)耿國華教授曾在《以計算思維為指導(dǎo)，提升大學(xué)文科計算機教學(xué)質(zhì)量》[2]一文中指出：“中華文化、專業(yè)文化、計算文化，共同撐起了信息時代大學(xué)生的知識體系?！蔽闹嘘U述2006年美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真教授給出的定義：計算思維（Computational Thinking）系“運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計，以及人類行為理解，涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動”。

一、“多維”協(xié)作學(xué)習(xí)提升文科類教學(xué)計算思維素養(yǎng)

文科類教學(xué)涉及知識面廣，學(xué)生需多渠道地獲取知識。近年來，以協(xié)作學(xué)習(xí)（CL）為核心的“多維”教學(xué)模式在美國等西方國家已經(jīng)取得實質(zhì)性進展，其教育教學(xué)思想能夠改善課堂學(xué)習(xí)氣氛，對提高學(xué)生學(xué)業(yè)成績等起到了積極的作用，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于美國、德國、英國、澳大利亞、日本等國家的教學(xué)。信息技術(shù)既能向?qū)W習(xí)者提供信息傳輸通道，還能以超文本、超鏈接方式，組織管理各種教學(xué)信息和學(xué)科知識，如Internet上的知識庫、信息庫等。美國麻省理工學(xué)院（MIT）率先發(fā)起開放課程運動供所有人免費使用，從本科生到研究生教育的全部課程約1800門向全球開放。密歇根大學(xué)所創(chuàng)建的媒體聯(lián)合體（MediaUnion），創(chuàng)造了多維的學(xué)習(xí)共享空間，也是大學(xué)公共服務(wù)體系與教學(xué)科研的集成、創(chuàng)新的典范，強調(diào)以學(xué)生和學(xué)習(xí)為中心，并以知識的創(chuàng)造為重點，提供了多樣化的協(xié)同學(xué)習(xí)空間，明確“多維”教學(xué)與科研改革的目標。

二、計算思維拓展文科計算機基礎(chǔ)課程內(nèi)容與教學(xué)定位

教指委在《關(guān)于申報大學(xué)計算機課程改革項目的通知》中指出，大學(xué)計算機的教學(xué)總體目標要求是“普及計算機文化，培養(yǎng)專業(yè)應(yīng)用能力，訓(xùn)練計算思維能力”。因而文科計算機教育應(yīng)注重四個方面：

1.訓(xùn)練計算思維，具備使用計算機技術(shù)去解決問題的能力;

2.適應(yīng)信息環(huán)境，會利用網(wǎng)絡(luò)媒介包括手機、電腦、幕課（MOOC）等;

3.掌握相關(guān)工具，駕馭專業(yè)領(lǐng)域相關(guān)知識技能的獲取工具;

4.培養(yǎng)一代新人，掌握計算機文化、中華文化、專業(yè)文化的時代新人。

針對文科學(xué)生的計算機教育需求，務(wù)必正確定位，高等教育階段需講究切入方法，通過搜索引擎實現(xiàn)信息即時再現(xiàn)，使信息記憶全球化，網(wǎng)絡(luò)實時書寫和閱讀交互融為一體，文科專業(yè)與信息技術(shù)學(xué)科相互交叉滲透，培養(yǎng)信息的獲取與處理應(yīng)用能力。貫穿計算思維，提高信息素質(zhì)，重心在培養(yǎng)信息技術(shù)與文學(xué)素養(yǎng)能力，構(gòu)建思維方法。

三、計算機基礎(chǔ)教育構(gòu)建文科計算思維教學(xué)平臺

恩格斯曾說過：“思維是宇宙中物質(zhì)運動的基本形式之一，是地球上最美的花朵。”可見人的思維素質(zhì)比文化素質(zhì)更為能動[3]，高校在人才培養(yǎng)計劃方案中明確導(dǎo)向計算機基礎(chǔ)教育，著重點放在培養(yǎng)學(xué)生利用計算機工具解決本專業(yè)實際問題的能力。例如藝術(shù)專業(yè)學(xué)生開設(shè)“智能化音樂制作”課程，熟練使用計算機相關(guān)軟件進行藝術(shù)設(shè)計和制作;財會專業(yè)學(xué)生開設(shè)流行的財務(wù)管理軟件及制作報表和數(shù)據(jù)統(tǒng)計;文歷類、電影及主播專業(yè)學(xué)生要能夠制作演示影音流媒體類應(yīng)用軟件。文科類學(xué)生普遍認為通過這些課程的學(xué)習(xí)，既擴大了自己的知識面，更重要的是又提高了思維能力。為此，在大學(xué)文科類課程體系中，要開設(shè)計算機工具理論課及實驗課，較好地培養(yǎng)文科生科學(xué)研究的方法論和認識論，形成計算思維能力。

（一）深入淺出，激發(fā)計算思維動力

“計算”這個原本是數(shù)學(xué)專業(yè)的概念已經(jīng)泛化到人類各知識領(lǐng)域，并已上升至科學(xué)及哲學(xué)領(lǐng)域，成為人們認識事物、研究問題的一種新視角、新觀念和新方法?！坝嬎恪钡谋举|(zhì)究竟是什么？18世紀30年代以來，人們從哥德爾（K.Godel，1906-1978）、丘奇（A.Church，1903-1995）、圖靈（A.M.TUI-ing，1912-1954）等數(shù)學(xué)家的工作中逐漸弄清楚什么是計算，什么是可計算的，什么是不可計算的等等根本性問題。從一個簡單的加法計算“2+3”得“5”，引入加法計算：就是從一個符號串x變換成另一個符號串y。從淺顯的數(shù)字加減乘除，引申到方程的求解、函數(shù)的微分積分等。如果符號串X是a的平方，而符號串Y是2a，從X到Y(jié)的計算就是微分。計算在本質(zhì)上還包括定理的證明推導(dǎo)，設(shè)X表示一組公理和推導(dǎo)規(guī)則，Y是一個定理，則從X到Y(jié)的一系列變換就是定理Y的證明。此思維就如同文科學(xué)生用X代表一個英文句子，而Y為含意相同的中文句子，那么從X到Y(jié)就是把英文翻譯成中文的過程。

（二）導(dǎo)學(xué)設(shè)疑，挖掘計算思維推理能力

“計算”的觀念正在滲透到宇宙學(xué)、文史學(xué)乃至社會科學(xué)等諸多領(lǐng)域。計算已經(jīng)成為人們認識自然、生命、思維和社會的一種普遍方法，而且正在試圖成為一種全新的世界觀。文科學(xué)生邏輯推理思維能力較弱，遇到問題時通常會咨詢其他人的解決方法，文科類學(xué)生的空間、感知抽象圖形、音感、藝術(shù)繪畫等方面的思維能力較強，教師需從學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活經(jīng)驗出發(fā)，將具體、形象、直觀的概念作為思維起始點的載體。文科類學(xué)生不太喜歡主動去思考問題，往往是很被動地接受和記憶，這種學(xué)習(xí)習(xí)慣非常不利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。教師在計算機系列實驗課上設(shè)計可感知的算法，構(gòu)建啟發(fā)學(xué)生思維，引起思維共鳴的有效途徑。用如“閏年問題”作為分析人們?nèi)粘Ｉ罱?jīng)驗的判定方法，找到思維的起始點，用 “為什么四年一閏，百年不閏”引起思維共鳴，學(xué)生運用算法的解析拓展、思考更為深入的天干地支算法。

（三）自主求索，培養(yǎng)計算思維創(chuàng)新和移植

社會進步的重要標志之一就是創(chuàng)新，培養(yǎng)文科學(xué)生思維的移植性和創(chuàng)造性是十分必要的。思維的發(fā)散性和創(chuàng)造性是以較豐富的知識為依據(jù)，沿著不同方向去思考，探求不同方向答案的思維方法。文科學(xué)生的理論面廣，引導(dǎo)學(xué)生把計算思維巧妙的與設(shè)計思想方法和高新技術(shù)融合再移植。比如闡述面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中，類和對象的概念表述尤為重要，若只單純講解定義“類是對象的抽象，對象是類的具體實例”以及“對象（Object）：含有數(shù)據(jù)（對象的屬性Attribute）又含有對數(shù)據(jù)的操作代碼”，就很枯燥，不妨舉例說明。如將“家具”進行類定義，類中椅子就是對象，而對于椅子又可劃分為三條腿的、四條腿的、辦公用的、會議用的等等可稱其為屬性，讓學(xué)生真正的體會到類實例化后便生成對象。程序設(shè)計方法學(xué)習(xí)“類”的定義格式一般分為“說明部分”和“實現(xiàn)部分”。“說明部分”定義說明該類中的成員，包含數(shù)據(jù)成員的說明和成員函數(shù)的說明?！皩崿F(xiàn)部分”用來對成員函數(shù)進行定義。學(xué)生接受以上相關(guān)定義很抽象，實際教學(xué)中可移植地將其描述為：說明部分描述使用者“干什么”，而實現(xiàn)部分描述使用者“怎么干”，這樣學(xué)生會較容易地理解類的定義方法。善于利于思維移植講授抽象不易理解的知識點，培養(yǎng)學(xué)生勤于思考的習(xí)慣，能在受到啟發(fā)下自主學(xué)習(xí)，進行聯(lián)系實踐，學(xué)生思維的創(chuàng)造性就會得以實現(xiàn)，也可以促進思維的移植性。

四、探索“多維”計算機基礎(chǔ)課程實踐教學(xué)框架

在計算機基礎(chǔ)課中，運用計算思維組建協(xié)作學(xué)習(xí)小組，并明確小組的角色和分工。小組成員需要在協(xié)作組進行分組原則交流，小組成員可以協(xié)作學(xué)習(xí)特定內(nèi)容，完成特定專業(yè)任務(wù)，過程中需要協(xié)作資源庫提供協(xié)作學(xué)習(xí)任務(wù)，掌握基本素材、相應(yīng)功能的軟件等，學(xué)習(xí)結(jié)束后，小組成員進入教學(xué)總結(jié)評價階段。通過自測和考試等常規(guī)手段考查學(xué)習(xí)目標的完成情況，而小組協(xié)作程度的評價則可以通過協(xié)作時記錄的相關(guān)協(xié)作信息來考評;通過測試后的成績會被記錄下來，并存儲到協(xié)作檔案中;教學(xué)總結(jié)評價完成以后，通知學(xué)生協(xié)作學(xué)習(xí)過程結(jié)束;逐步積累每次協(xié)作中的成果，整合每次實踐知識應(yīng)用到專業(yè)領(lǐng)域。

本文運用計算思維理念在實際教學(xué)過程中讓講授者和學(xué)習(xí)者共同營造“多維”知識體系學(xué)習(xí)環(huán)境，知識的掌握和計算思維的培養(yǎng)相得益彰。將計算思維應(yīng)用到文科類教學(xué)實踐中將是以后教學(xué)改革的導(dǎo)向，能使學(xué)生多維地掌握基本理論與解決問題的方法，真正將知識作為載體實現(xiàn)思想、方法的傳授，提高科學(xué)與創(chuàng)新素養(yǎng)，鍛煉學(xué)生自立、合作、創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)素養(yǎng)與能力。

[ 注 釋 ]

[1] 國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020）[EB / OL].www.gov.cn，2010-07-29.

[2] 耿國華.以計算思維為指導(dǎo)，提升大學(xué)文科計算機教學(xué)質(zhì)量[J].中國大學(xué)教學(xué)，2013（10）：12.

[3] 薛磊，孫玉強，顧曉清.基于計算思維的項目教學(xué)法的研究與實踐[J].教育與職業(yè)，2012（32）：149.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]