計算文化視角下“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程改革初探

徐奕奕+唐培和+唐新來

摘要：當前大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育正面臨著以“計算思維”能力培養(yǎng)為目標的新變革，但教什么、如何教仍是一個挑戰(zhàn)。本文梳理了計算文化的基本概念、研究現(xiàn)狀，計算文化的“表”（外顯的生存現(xiàn)象、生存方式）和“里”（內(nèi)隱的方法論和價值觀改變）之間的關(guān)聯(lián)，提出了一種新穎的、計算文化視角下的計算機基礎(chǔ)教學(xué)改革方案。首先基于計算的思想、方法、觀點等的演變，計算機發(fā)展過程中典型的人物與事跡，以及當前熱點計算文化現(xiàn)象的剖析，對已有知識點進行論域重組，提煉成可供課堂使用的“案例”。在課堂上，由表及里、由淺入深地，運用“案例”教學(xué)法把知識點和能力培養(yǎng)串起來，從而完成教學(xué)。為期三年的試點結(jié)果表明，本模式能較好地融入前沿性和時代性，激發(fā)學(xué)生對計算的熱愛，且能在提升計算能力的同時，有效地培養(yǎng)計算思維。

關(guān)鍵詞：計算文化；計算思維；論域重組；計算機基礎(chǔ)教學(xué)

近年來，“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”作為計算機基礎(chǔ)教育的“第一門”課程，在傳統(tǒng)教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法中如何融入前沿性和時代性，激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)計算思維能力，成為教育界正在深入思考的重大問題。為了避免“教學(xué)改革轟轟烈烈，課堂改革冷冷清清”的尷尬局面，很多具體的、細致的改革策略在各種計算機相關(guān)會議中開始討論，并逐步應(yīng)用于具體實踐。上海交通大學(xué)、南方科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、深圳大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)等學(xué)校紛紛展開改革實踐活動。[1][2]廣西科技大學(xué)也在計算思維教學(xué)研究的“破冰”期做了大量工作。[3][4]總的說來，主要的策略大致可分為方法推動式、內(nèi)容重組式、全面更新式三種。[5]其中，方法推動式強調(diào)讓學(xué)生潛移默化地掌握“計算思維”，這無疑是最佳選擇，就跟環(huán)境塑造人的道理是一樣的，但必須認識到“潛移默化”是需要較長時間和過程的。內(nèi)容重組式則強調(diào)以計算思維為主線來重新組織已有知識點和教學(xué)內(nèi)容，該方法在執(zhí)行時往往看重計算學(xué)科核心知識的重新組織，容易落入繁雜和細致的知識點中，反而容易偏離“計算思維”的教育培養(yǎng)理念。而現(xiàn)階段，在國內(nèi)很多高校中，計算思維教育尚在起步，且許多一線教師尚未能很好地理解和把握計算思維的本質(zhì)；“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”原有教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)目標更適合實驗課教學(xué)；“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”理論課時十分有限。因此，找到一種全新的教學(xué)模式，把需要學(xué)生“悟”的東西“講”出來、“討論”出來，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，留給學(xué)生學(xué)習(xí)余地是值得嘗試的。本文基于“全面更新式”的教學(xué)法，提出并嘗試從“計算文化”視角來對“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”進行顛覆式革新與實踐。

一、計算文化與計算文化研究的窘境

（一）計算文化

目前，隨著計算時代的到來，以計算機為中心的“計算”之內(nèi)涵越來越多。計算正在加速地把科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，改變著人類認識世界和改造世界的方法和途徑[6]；計算不僅是知識體系、科學(xué)語言、技術(shù)工具，也成為人們認識事物、研究問題的一種新視角、新觀念和新方法，而且正在試圖成為一種全新的世界觀。計算不僅是一門科學(xué)，也逐漸形成為一種文化，即“計算文化”。計算文化作為一種文化現(xiàn)象，是當今整個科學(xué)技術(shù)與社會發(fā)展關(guān)系的縮影，它突顯了新的精神空間和美學(xué)維度、充滿了人類的創(chuàng)造力和想象力，飽含著人類新時代的理想和夙愿。

近年來，“計算文化”逐漸成為各界有識之士關(guān)注的熱點。早在1992年，RDreyer Berg指出了計算機的發(fā)明對人們心理和社會文化的影響，提出了“計算文化（Computational Culture）”的概念。2003年P(guān)eter Denning在Communications of The ACM上發(fā)表了“偉大的計算原理”一文[7]，并提出了對計算文化的思考——計算已成為人們認識事物、研究問題的一種新視角、新觀念和新方法，而且正在試圖成為一種全新的世界觀；計算不僅是一種重要的“工具”或“方法”，更是一種思維模式；計算不僅是一門科學(xué)，也是一種文化，即“計算文化”；計算不僅是一些知識，也是一種素質(zhì)，即“計算素質(zhì)”。2006年，美國卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)教授周以真系統(tǒng)地提出了計算思維的概念。

2012年以來，陳國良院士在許多場合談到“計算文化”，并明確提出當今大學(xué)計算機教育三要素：傳承計算文化，弘揚計算科學(xué)，培養(yǎng)計算思維。陳院士指出，計算文化（Computational Culture）就是計算的思想、方法、觀點等的演變史。它通過計算和計算機科學(xué)教育及其發(fā)展過程中典型的人物與事跡，體現(xiàn)了計算對促進人類社會文明進步和科技發(fā)展的作用以及它與各種文化的關(guān)系，并認為對計算文化的研究是一件十分有意義和極具挑戰(zhàn)的事情。[8]2013年，王飛躍發(fā)表了“面向計算社會的計算素質(zhì)培養(yǎng)：計算思維與計算文化”一文，指出“計算文化”一詞，在國際上已開始有少數(shù)的學(xué)者提起，但還沒有與計算思維相聯(lián)系，也沒有達成共識或形成趨勢”[9]。當然，由于文化本身具有的多樣性和復(fù)雜性，人們很難就文化給出一個準確的、清晰的定義，計算文化也不例外。但總的來說，本文認為，計算文化指的是計算帶來的個人以及集體在物質(zhì)和精神上的進步。

（二）計算文化研究窘境

盡管人們越來越多地認識到計算文化的存在，肯定計算作為文化存在具有越來越醒目的價值，但仍鮮有專家、學(xué)者對其進行系統(tǒng)研究。如計算文化核心價值是什么、計算文化涵蓋的研究內(nèi)容是什么？計算文化美在哪里？計算文化的特質(zhì)是什么？等等。本文經(jīng)過研究，認為主要的原因如下。

1.計算過度形式化、抽象化，使人錯誤地覺得計算只是單純的學(xué)科研究領(lǐng)域的事情?；蛘哒f，計算只是計算機科學(xué)家、數(shù)學(xué)家、少數(shù)天才腦子里想象出來的“自由創(chuàng)造物”。計算的發(fā)展是科學(xué)家的事，無需社會推動，其進步也無需人類文化的哺育。

2.認為計算作為科學(xué)研究的三大方法之一，自然是與科學(xué)研究與技術(shù)創(chuàng)新相關(guān)，與文化無關(guān)。

3.大部分專家關(guān)注計算的科學(xué)價值、應(yīng)用價值，很少有人關(guān)注其理性價值，更少有人發(fā)現(xiàn)計算之美，乃至傳承、弘揚計算文化。endprint

4.對計算文化本身的研究確實充滿了挑戰(zhàn)。首先，先進的計算文化作為一種文化現(xiàn)象，屬于典型的交叉學(xué)科下的產(chǎn)物。研究計算文化需對以計算機為中心的“計算”的內(nèi)涵充分理解，如計算的思想、精神、方法、觀點、語言，以及它們的形成和發(fā)展等等，而且需要在自然的、人工的和社會的三大系統(tǒng)中去進行拓展。最后還要對其進行闡述、歸納、整理、提升。其次，從計算文化的興起到繁榮，其時間墮距較傳統(tǒng)文化而言明顯縮短，但其內(nèi)容卻變化較多且十分豐富。這也使得對其進行系統(tǒng)研究需要大量的時間和精力。

5.即使是在高校，我們看到傳統(tǒng)的計算機教育，普遍仍是在講技術(shù)、不講文化，只談物質(zhì)的設(shè)備，較少涉及非物質(zhì)的文化。各高校開設(shè)的計算機基礎(chǔ)課程中對“計算文化”的傳播可謂蜻蜓點水，相談甚少。

因而，在計算思維真正進入計算機基礎(chǔ)教學(xué)的實戰(zhàn)期，組織有豐富一線教學(xué)及其改革經(jīng)驗，且知識面較廣、專業(yè)知識扎實的教學(xué)團隊，研究計算文化并以計算文化為視角進行教學(xué)改革，不僅有實踐意義，本身也頗具理論研究價值。

二、高等學(xué)校教師聘任合同不符合行政合同的實質(zhì)標準

“風(fēng)起于清萍之末”，計算的需求促使計算工具進步、計算方法更新乃至計算理論完善，從而形成了新的學(xué)科，并帶來了全新的物質(zhì)文明。這其中，我們能看到、聽到、感受到的各種顯式的進步，這些技術(shù)性、物質(zhì)性、精神性的各種外化，就是計算文明，而不為人察覺、卻影響人類本質(zhì)力量的內(nèi)在性因素則是計算文化。

同時，正如馬斯洛所說，工具會影響思維，計算工具也會影響人類思維。計算思維正是建立在計算過程的能力和限制之上，嘗試運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念、用計算的方法來解決問題的方法論，是一種能夠把問題及其解決方案表述成為可以有效地進行信息處理的形式之思維過程。[10]同時，計算文化是計算帶來的現(xiàn)象和映射，也是對計算的反思和超越。計算文化作為一種先進的文化正潛移默化地影響我們每一個人，也會促進計算工具的進步，并使得計算思維成為時代性的、主要的、根本的、且越來越重要的思維方式和手段。圖1展示了上述這一過程的相關(guān)聯(lián)系。

三、 計算文化與大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)相融合

顯然，計算文化并非計算機文化，也并非互聯(lián)網(wǎng)文化，而是自成系統(tǒng)、獨具特色的文化。具體來說，計算文化包含兩部分，一部分是相對外顯的生存現(xiàn)象、生存方式——人在掌握計算工具、提高計算能力的過程中行為方式和社會關(guān)系等發(fā)生的根本性改變；另一部分則是內(nèi)隱的價值觀，表現(xiàn)在人們在計算帶來的新變革下對于人性、自然和社會的重新詮釋，這也是計算文化的精髓所在。

因而，從計算文化的視角來改革大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)有其獨特的優(yōu)越性。通過具傳播性、通識性、先進性的外顯的計算文化，像鏈子一樣把整體教學(xué)過程如珍珠一樣串起來，可以把看似不相關(guān)的通識教育、人文教育、技能教育、知識傳授和思維訓(xùn)練有機結(jié)合起來。具體的教學(xué)內(nèi)容上采用計算文化指引下的論域、論題案例重組，如圖2所示。

在具體教學(xué)過程中，我們打破常規(guī)，從兩個方面進行切入。一方面，把計算的思想、方法、觀點等演變史以故事化、生活化的方式“論域”重組并“案例化”，特別是將計算機科學(xué)家電光火石般的靈感、獨特的智慧或是巧妙解決問題的方式提煉出來，展示給學(xué)生（以MOOC方式）。另一方面從學(xué)生身邊的或者是當前的文化熱點現(xiàn)象著眼，引導(dǎo)學(xué)生自主抽象出問題，并圍繞問題的抽象、分析和問題的解決為核心展開教學(xué)。[11]在大背景清晰、目標明確的氛圍下，引入計算機問題求解，并不會忽視知識的學(xué)習(xí)，而是能更好地把看上去不在一個緯度、不相關(guān)的知識點有機（縱向）聯(lián)系起來。

四、小結(jié)

我們知道，計算思維的培養(yǎng)并不是等同于學(xué)習(xí)計算機科學(xué)的原理和技術(shù)，更多的是要考慮在復(fù)雜情況下、面對的數(shù)據(jù)量激增的情況下，對解決問題方案的規(guī)模、效果、效率、經(jīng)濟和社會性等的正確理解?；凇坝嬎阄幕币曇跋聦Π咐M行合理提取和分析，考慮了“從現(xiàn)象到本質(zhì)”、由表及里的自主探究，且課堂上選用完整度高的案例來進行問題分析和求解，課堂外用MOOC的方式揭秘計算機科學(xué)家的靈感和智慧。為期三年的教學(xué)實踐表明，全新、立體化的教學(xué)模式對吸引學(xué)生興趣、培養(yǎng)計算思維能力確實獲得了較好的效果。實踐證明，不僅操作可行，且能構(gòu)建教與學(xué)良好互動的生態(tài)環(huán)境，完成教學(xué)目標。

綜上所述，作為大學(xué)計算機基礎(chǔ)改革的重要內(nèi)容，我們將在后續(xù)的實踐中不斷探索、總結(jié)，最終找到并提煉可遵循的、規(guī)律性的東西，再服務(wù)于計算思維教學(xué)。通過這樣的改革，以期真正體現(xiàn)“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”作為計算機基礎(chǔ)教育的“第一門課程”的重要地位，激發(fā)學(xué)生對計算的熱愛，掌握計算能力，擁有計算思維，理解并傳承計算文化。在未來的改革和實踐中，實現(xiàn)教學(xué)模式從傳統(tǒng)狹義工具論到經(jīng)典范式的轉(zhuǎn)變，從而建構(gòu)“計算思維導(dǎo)論”經(jīng)典教學(xué)新體系。

參考文獻：

[1]李廉計算思維——概念與挑戰(zhàn)[J]中國大學(xué)教學(xué)，2012（1）：7-12

[2]牟琴，譚良計算思維的研究及其進展[J]計算機科學(xué)，2011（3）：10-15

[3][11]唐培和，徐奕奕計算思維導(dǎo)論[M]桂林：廣西師范大學(xué)出版社，2012：1-6

[4]唐培和，徐奕奕，李威龍關(guān)于計算思維教學(xué)改革面臨的思考[J]工業(yè)和信息化教育，2013（6）：82-86

[5]徐奕奕，唐培和，孫自廣，等非計算機專業(yè)“計算思維導(dǎo)論”課程教學(xué)改革初探[J]工業(yè)和信息化教育，2013（6）：90-94.

[6]Denning P，Comer D E，Gries D，et alComputing as a Discipline：Preliminary Report of the ACM Task Force on the Core of Computer Science[J]Acm Sigcse Bulletin，1988，20（1）：41-41

[7]陳國良，張龍，董榮勝，等大學(xué)計算機素質(zhì)教育：計算文化、計算科學(xué)和計算思維[J]中國大學(xué)教學(xué)，2015（6）：9-12

[8][9]王飛躍面向計算社會的計算素質(zhì)培養(yǎng)：計算思維與計算文化[J]工業(yè)和信息化教育，2013（6）：4-8endprint