基于“技能—能力—思維”三層次的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)

寧礦鳳+曾喜良

摘 要： 在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育中，越來越強(qiáng)調(diào)知識(shí)、能力、素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。本文依托省級(jí)精品課程，就如何在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中貫徹落實(shí)計(jì)算思維的實(shí)際問題，提出了基于“計(jì)算思維”培養(yǎng)為核心，“技能-能力-思維"三層次的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)模式。對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行了面向操作技能、知識(shí)能力、計(jì)算思維教學(xué)的內(nèi)容重構(gòu)與組織，探討了計(jì)算思維理念與課程內(nèi)容有機(jī)結(jié)合的新思路。

關(guān)鍵詞： 技能； 能力； 計(jì)算思維； 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2017）06-74-03

University computer basic teaching based on three levels of "skill-ability-thinking"

Ning Kuangfeng， Zeng Xiliang

（Hunan International Economic University， Changsha， Hunan 410205， China）

Abstract： The university computer basic education emphasizes more and more on the coordinated development of knowledge， ability and quality. With the provincial excellent curriculum， aiming at the actual problem that how to implement the computational thinking in the teaching of basic computer course in university， a teaching mode of "skill-ability-thinking" three levels for university basic computer courses based on the core of "computational thinking" skill training is proposed in this paper. The course content is reorganized to that of the operation skills oriented， the knowledge ability oriented， and the computational thinking teaching oriented， and the new idea of organic combination of computational thinking concept with the course content is explored.

Key words： skills； ability； computational thinking； university basic computer

0 引言

2006年3月，美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)系主任周以真教授在美國(guó)計(jì)算機(jī)權(quán)威雜志ACM提出并定義了計(jì)算思維[1]（Computational Thinking）的概念，她指出在信息社會(huì)中計(jì)算思維是人們思考與解決問題的基本技能之一，是每個(gè)人都應(yīng)具有的思維能力。九校聯(lián)盟（C9）[2-3]計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會(huì)上達(dá)成共識(shí)：肯定了大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)是通識(shí)教育的重要組成部分，提出要培養(yǎng)大學(xué)生用計(jì)算思維方法解決問題的能力，塑造復(fù)合型創(chuàng)新人才。而計(jì)算思維如何實(shí)施，復(fù)合型創(chuàng)新人才如何界定以及如何培養(yǎng)，一直是研討熱點(diǎn)。計(jì)算思維得到了國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育界的廣泛重視，諸多高校也正在實(shí)踐基于計(jì)算思維培養(yǎng)的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)。本文基于作者從事非計(jì)算機(jī)專業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程十多年教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從“技能-能力-計(jì)算思維”三個(gè)層面探討非計(jì)算機(jī)專業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的基于計(jì)算思維的教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)、教學(xué)方法等。

1 “技能一能力一計(jì)算思維”三者在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中的理解

當(dāng)今社會(huì)，計(jì)算機(jī)已不單純是一種必須掌握的工具，我們要通過學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)課程，獲得用計(jì)算機(jī)解決其專業(yè)領(lǐng)域問題的能力，并在獲得能力的同時(shí)培養(yǎng)計(jì)算思維方法。周教授指出，計(jì)算思維是每個(gè)人為了在現(xiàn)代社會(huì)中發(fā)揮職能所必須掌握的基本技能，不僅僅屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)家，而是人類求解問題的一條途徑。它被人們用來求解問題，管理日常生活，以及與他人進(jìn)行交流和互動(dòng)。

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程最基本的要求是熟練掌握各種操作技能，在網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)如此發(fā)達(dá)的時(shí)代，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的學(xué)習(xí)及課堂教學(xué)案例來獲得這種技能，所謂熟能生巧，學(xué)生多操作，多做案例，即可提高技能。顯然不能簡(jiǎn)單地理解“會(huì)使用”計(jì)算機(jī)就能培養(yǎng)“計(jì)算機(jī)思維”。要形成科學(xué)的方法關(guān)鍵是幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并尋找解決問題的思路。

雖然社會(huì)快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異，計(jì)算機(jī)構(gòu)成的基本原理卻并沒有隨著技術(shù)的進(jìn)步而改變，二進(jìn)制信息表示和處理器依然處于核心地位。因此不能單純把技能性知識(shí)作為課程教學(xué)的重點(diǎn)，這不符合計(jì)算機(jī)學(xué)科本身的特點(diǎn)。技能學(xué)習(xí)可以產(chǎn)生立竿見影的效果，而知識(shí)需要逐步積累，能力需要逐步培養(yǎng)。知識(shí)能力和計(jì)算思維這兩者并不能僅通過一門課程的學(xué)習(xí)獲得，而需要長(zhǎng)期積累和自我超越的過程。技能-能力-計(jì)算思維這三層關(guān)系如圖1所示。

計(jì)算思維是人類的一種基本思維能力，它不是計(jì)算機(jī)的思維，也不意味著能為計(jì)算機(jī)編程，更不意味著機(jī)械重復(fù)的刻板能力，而是數(shù)學(xué)與工程思維的互補(bǔ)與融合。計(jì)算思維的根本目的是解決問題，其本質(zhì)是抽象和自動(dòng)化，即將所研究的問題抽象表示為形式化、程序化和機(jī)械化的對(duì)象，這個(gè)對(duì)象不依賴于背景知識(shí)，也不受制于工具功能和局限于問題本身，可以用于機(jī)器做自動(dòng)批處理[4]。這種通過概括和遷移，內(nèi)化到人的意識(shí)、行為和習(xí)慣中的心理機(jī)制就是計(jì)算思維能力，是人類求解問題的一條有效途徑，一旦養(yǎng)成這種能力，即使面對(duì)陌生問題也有一定思維指向作用。通過大學(xué)階段的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)類課程學(xué)習(xí)，建立有關(guān)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的概念，了解計(jì)算機(jī)是如何處理問題的，是如何把對(duì)問題的求解歸結(jié)為程序處理的，進(jìn)而理解程序處理是計(jì)算機(jī)所獨(dú)有的方法，也是科學(xué)研究處理分析數(shù)據(jù)所依賴的方法。即先通過大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程培養(yǎng)計(jì)算思維意識(shí)，有了意識(shí)，才能自覺地、主動(dòng)地用計(jì)算思維分析問題和解決問題。再通過一系列面向應(yīng)用的課程提高問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解的能力。

2 技能-能力-計(jì)算思維三層次如何在教學(xué)中融合

基于三層模式理論，課程融合啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式等對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行創(chuàng)新，將教學(xué)分為理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)兩部分。在理論課程教學(xué)設(shè)計(jì)中，先梳理出課程各章節(jié)中所涉及的計(jì)算思維知識(shí)單元，在課堂講授知識(shí)點(diǎn)時(shí)，對(duì)典型案例嘗試?yán)糜?jì)算思維方式講述，并對(duì)知識(shí)進(jìn)行歸納和演繹，并采用以下三個(gè)層次有意識(shí)地融入計(jì)算思維，創(chuàng)新教學(xué)模式。對(duì)上機(jī)操作內(nèi)容，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用中的業(yè)務(wù)需求設(shè)計(jì)案例，采用案例教學(xué)法，注重傳授規(guī)律，加強(qiáng)實(shí)踐。對(duì)于計(jì)算機(jī)理論部分，應(yīng)用“轉(zhuǎn)化”等方法將抽象概念簡(jiǎn)單化，在課堂教學(xué)中采用小組討論、競(jìng)賽和情景活動(dòng)來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作能力，讓學(xué)生學(xué)會(huì)查找資料，學(xué)會(huì)思考和總結(jié)，這本身就是一種能力的培養(yǎng)，教師側(cè)重于科學(xué)地組織教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生儲(chǔ)備大量信息，逐步構(gòu)建專業(yè)與信息融合的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

⑴ 以“計(jì)算機(jī)文化與生活”為切入點(diǎn)，通過介紹計(jì)算機(jī)發(fā)展過程中的典型事件和魅力人物，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的情趣。通過引入與學(xué)生日常生活密切相關(guān)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，講解信息技術(shù)的編碼知識(shí)以及各種數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中如何表示。通過大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等知識(shí)，讓學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)以及其他相關(guān)信息技術(shù)的基本知識(shí)。

⑵ 在辦公軟件應(yīng)用模塊中，通過“項(xiàng)目分析→知識(shí)點(diǎn)解析→任務(wù)實(shí)現(xiàn)→總結(jié)與提高（知識(shí)拓展）”教學(xué)模式，融入計(jì)算思維的基本概念，注重培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際操作能力的同時(shí)，通過覆蓋信息處理全過程的項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生信息查找、信息整理、信息處理以及信息分析的綜合技能，提升學(xué)生信息處理的能力。

案例1 案例背景：某高校為了使學(xué)生更好地進(jìn)行職場(chǎng)定位和職業(yè)準(zhǔn)備，提高就業(yè)能力，該校學(xué)工處將于2013年4月29日（星期五）在校國(guó)際會(huì)議中心舉辦題為“領(lǐng)慧講堂—大學(xué)生人生規(guī)劃”就業(yè)講座，特別邀請(qǐng)資深媒體人、著名藝術(shù)評(píng)論家擔(dān)任演講嘉賓，請(qǐng)根據(jù)上述活動(dòng)利用Word制作一份圖文并茂的宣傳海報(bào)。案例的設(shè)計(jì)主要包含：頁面設(shè)置、字體段落設(shè)置、圖文混排、流程圖制作。

案例2 案例背景：某高校成立一個(gè)攝影愛好者俱樂部，需制訂一份“俱樂部活動(dòng)策劃書”，策劃書設(shè)計(jì)主要包含Word 相關(guān)的所有主要操作及其綜合應(yīng)用：學(xué)生應(yīng)從活動(dòng)背景、活動(dòng)目的、活動(dòng)安排、活動(dòng)流程以及注意事項(xiàng)等方面根據(jù)自己俱樂部的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，要求頁面設(shè)置合理、圖文并茂、美觀舒適，具有較強(qiáng)的吸引力和可觀賞性；經(jīng)費(fèi)預(yù)算可作為附錄頁置于策劃書內(nèi)容頁之后，經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目開支情況采用表格形式來呈現(xiàn)；活動(dòng)邀請(qǐng)函，使用郵件合并功能制作，內(nèi)容簡(jiǎn)單清晰，能使被邀請(qǐng)人明確活動(dòng)的主題、時(shí)間、地點(diǎn)等，并以相應(yīng)的圖片、LOGO 等素材修飾，使策劃書具有較強(qiáng)的感染力和號(hào)召力。

⑶ 以計(jì)算思維為切入點(diǎn)，將計(jì)算思維與日常生活相結(jié)合，在每一堂課中重視“思想的教學(xué)”。通過“問題建?！鷨栴}分析→尋求方案→方案比較→方案實(shí)現(xiàn)”生動(dòng)形象地向?qū)W生講授計(jì)算思維的基本思想，從而培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算思維解決專業(yè)領(lǐng)域中常規(guī)問題的能力。

在教學(xué)中我們嘗試將教學(xué)班的學(xué)生分為由5-6人組成的學(xué)習(xí)組。例如針對(duì)今年的文科生，在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中，他們對(duì)算法、算法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、并行等概念，難以理解，于是我們?cè)诮榻B經(jīng)典排序算法時(shí)，先結(jié)合生活中的實(shí)際所需提出排序任務(wù)，成績(jī)要排序，淘寶購(gòu)物要排序，價(jià)格要排序，銷售業(yè)績(jī)要排序等等。每組學(xué)生先討論排序的方案，然后在教師手上隨機(jī)抽取數(shù)字組成一組參與排序的數(shù)字，開始用他們討論的方案動(dòng)態(tài)地演示排序過程，學(xué)生在參與這個(gè)活動(dòng)的過程中會(huì)思考，會(huì)組織語言，會(huì)加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作，那么在這個(gè)過程中，學(xué)生的能力就得到了鍛煉和培養(yǎng)。接下來教師總結(jié)：不同的小組會(huì)有不同的方法，即采用的算法不同。執(zhí)行了一系列解決排序這個(gè)問題的方法和步驟，這就是算法的概念。最后教師給學(xué)生播放國(guó)外優(yōu)秀的教學(xué)資源“舞動(dòng)的排序”算法，讓學(xué)生更容易理解算法概念。綜合各種算法，給出評(píng)價(jià)算法的兩個(gè)基本標(biāo)準(zhǔn)：時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)和空間標(biāo)準(zhǔn)。

又如在講“順序查找、二分查找”時(shí)，可以請(qǐng)學(xué)生上來演示翻字典，體會(huì)查找的過程。學(xué)生結(jié)合所用的方法和步驟概括出算法的步驟和思想。再如在介紹計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)IP地址時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生先討論自己的學(xué)號(hào)特點(diǎn)，學(xué)生可從學(xué)生的學(xué)號(hào)中判斷出它所在的系、入學(xué)年份、所在班級(jí)等信息。再提出IP地址由網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)兩部分組成，體現(xiàn)了信息的層次化編碼思想，我們從一臺(tái)機(jī)器的IP地址可判斷出其所在的網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)人的身份證號(hào)和生活中的郵政編碼等都采用了相似的方式。再讓學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)討論編碼思想。

3 結(jié)束語

筆者認(rèn)為，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程與程序設(shè)計(jì)課程、計(jì)算機(jī)硬件、軟件知識(shí)課程、信息素養(yǎng)課程不同。大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的基本要求是日常使用計(jì)算機(jī)和文檔處理的能力，強(qiáng)調(diào)的是計(jì)算思維訓(xùn)練和科學(xué)方法的培養(yǎng)，教學(xué)目的是：從培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)認(rèn)知能力出發(fā)，讓學(xué)生理解和建立“信息、計(jì)算科學(xué)、智能”這三大核心科學(xué)概念[5-6]。在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中引進(jìn)計(jì)算思維，是教育教學(xué)改革的新挑戰(zhàn)，更是新機(jī)遇。計(jì)算思維的培養(yǎng)不能僅靠一門課程來完成，計(jì)算思維的培養(yǎng)應(yīng)該貫穿計(jì)算機(jī)教學(xué)的所有課程中。教師應(yīng)當(dāng)在教授計(jì)算機(jī)知識(shí)和技術(shù)的同時(shí)，深刻解讀計(jì)算思維的內(nèi)涵，將其映射和融入到課程知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)結(jié)構(gòu)體系中，通過有意識(shí)地加強(qiáng)思維教育來助推計(jì)算思維品質(zhì)的提升，提高學(xué)生思考和解決問題的能力，使計(jì)算思維成為當(dāng)代大學(xué)生的基本技能。

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