論計算思維與大學(xué)計算機基礎(chǔ)

李小紅 唐紅國 王德紅 唐應(yīng)杰

(1、2、3、4.安順學(xué)院公共計算機教學(xué)部，貴州 安順561000)

近年來，計算思維作為一個古老而又年輕的概念，正在科技界和教育界萌發(fā)、激蕩和蔓延，在計算機教育界更是得到了強烈的關(guān)注，徹底更新和改變了一些被廣泛認(rèn)同的認(rèn)識和理論，許多專家學(xué)者圍繞其概念、內(nèi)涵、本質(zhì)、特征、教學(xué)實踐等方面進(jìn)行了大量的研究，引起了新一輪的信息技術(shù)教育改革，成為計算機教育研究的一個熱點。計算思維的提出為大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教育提供了一個新的視角，指明了新的改革路線，同時大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育為計算思維的培養(yǎng)提供了一個重要途徑。

1 計算思維

2006年美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)(Carnegie Mellon University)的周以真(Jeannette M.Wing)教授發(fā)表的題為“ Computational Thinking”的文章中明確提出“計算思維”的概念后，越來越多的學(xué)者們漸漸意識到計算思維的重要性。2012年，教育部高教司批準(zhǔn)了22項關(guān)于計算思維的研究項目，在國內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上對我國中小學(xué)、大學(xué)怎么進(jìn)行計算思維培養(yǎng)及相關(guān)理論進(jìn)行研究。李廉、陳國良、董榮勝、李鋒等不少專家學(xué)者從不同角度探討計算思維的內(nèi)涵、外延、本質(zhì)。計算思維的定義目前還沒有較為統(tǒng)一的定義，但關(guān)于其內(nèi)涵，許多人比較認(rèn)可周以真教授的觀點，即計算思維是一種解決問題的思維過程，能夠清晰、抽象地將問題和解決方案用信息處理代理(機器或人)所能有效執(zhí)行的方式表述出來[1]。

2 大學(xué)計算機基礎(chǔ)培養(yǎng)目標(biāo)的嬗變

大學(xué)計算機基礎(chǔ)自 20 世紀(jì) 80 年代作為高校課程后，經(jīng)歷了三次重大的改革，第一次始于1997年，教育部高教司頒發(fā)《加強非計算機專業(yè)的計算機基礎(chǔ)教學(xué)的幾點意見》(155號文件)，確立了計算機基礎(chǔ)教學(xué)的三個層次的課程體系，把《計算機文化基礎(chǔ)》作為大學(xué)計算機課程的入門教育內(nèi)容，這個時期的培養(yǎng)目標(biāo)是技能培養(yǎng)。第二次始于2004年，教育部明確把《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》作為大學(xué)生計算機基礎(chǔ)教學(xué)的第一門課程，在《關(guān)于進(jìn)一步加強高等學(xué)校計算機基礎(chǔ)教學(xué)的意見暨計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》中提出了1+X課程體系，將“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”作為“1+X”中的1來開設(shè)，此階段的培養(yǎng)目標(biāo)是計算機應(yīng)用能力的培養(yǎng)。第三次始于2013年，教育部高等學(xué)校大學(xué)計算機課程教學(xué)指導(dǎo)委員會在《計算思維教學(xué)改革白皮書 》和《計算思維教學(xué)改革宣言》確定了大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程以“計算思維能力培養(yǎng)”為核心的教學(xué)改革目標(biāo)[2]。第三次改革在培養(yǎng)計算機應(yīng)用能力的基礎(chǔ)上，增加了計算思維能力的培養(yǎng)，從這三次改革中，明顯看出了大學(xué)計算機基礎(chǔ)的培養(yǎng)目標(biāo)經(jīng)歷了“技—能—思維”的一個轉(zhuǎn)變過程，更加重視了學(xué)生運用知識和技能解決問題的思維能力培養(yǎng)，把大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程的教學(xué)目標(biāo)提到了一個新的高度。

計算思維實質(zhì)是靈活運用計算工具和方法求解問題，是一種解決問題的方法論，隨著信息技術(shù)飛速發(fā)展及大數(shù)據(jù)時代的到來，計算思維成為了數(shù)字時代合格公民必備的素養(yǎng)之一，在這樣的背景下，大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程已不可能只教會學(xué)生掌握幾種軟件的使用，更重要的是在教學(xué)中讓學(xué)生學(xué)會善于思考、歸納、總結(jié)，掌握遇到問題時利用計算機、網(wǎng)絡(luò)解決問題的方法，形成計算思維，因此計算思維能力的培養(yǎng)作為當(dāng)前大學(xué)計算機基礎(chǔ)培養(yǎng)目標(biāo)是信息時代要求和必然結(jié)果。

3 地方高校大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程存在的主要問題

對照計算思維理論指導(dǎo)下的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程的新要求，目前地方高校大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程主要存在以下幾方面的問題：

3.1 教師對計算思維能力培養(yǎng)認(rèn)識不足

計算思維的培養(yǎng)是一個長期的任務(wù)，其培養(yǎng)的效果不像技能培養(yǎng)那樣立竿見影，導(dǎo)致一些教師認(rèn)為計算思維的培養(yǎng)特別是在地方高校中的培養(yǎng)沒有必要，還擔(dān)心因效果不好，還要承擔(dān)教學(xué)改革不利的風(fēng)險，且由于目前沒有很完善的考核計算思維的評價體系 ，大學(xué)計算機基礎(chǔ)課的考核仍然在使用無紙化的機試方式進(jìn)行考核，考核的內(nèi)容也基本上是考操作，所以在實際的教學(xué)中還是以講操作、講步驟、學(xué)生跟隨的方式在進(jìn)行教學(xué)，不愿深挖教學(xué)內(nèi)容中蘊含的計算思維，有意識的進(jìn)行計算思維的培養(yǎng)。

3.2 大學(xué)生起點水平較差

無論是問卷調(diào)查的結(jié)果還是學(xué)生基礎(chǔ)能力水平測試，都反映了大學(xué)生計算機知識和水平在入學(xué)前還是比較差的。在問卷調(diào)查中，學(xué)生答對Excel中average函數(shù)題的只有34.15%，有5.79 %的同學(xué)還不知道CPU是什么，7.31%的學(xué)生不知道鍵盤是輸入設(shè)備。在問及高中《信息技術(shù)》類課程學(xué)業(yè)水平考試成績時，只有5.56%的學(xué)生是A等次。通過對問卷的分析進(jìn)校前學(xué)生都開設(shè)過信息類的課程，但學(xué)習(xí)內(nèi)容不一致，有24.64%的學(xué)生選擇了中學(xué)的信息技術(shù)課開設(shè)不正常，在對收集到的中學(xué)課表的分析中也發(fā)現(xiàn)有些學(xué)校信息技術(shù)類的課程由其他課程的教師擔(dān)任，有時信息技術(shù)類課程中實際講授的是中考、高考的考試科目的內(nèi)容。在入學(xué)前的無紙化上機操作考試中主要考查Word、Excel、PowerPoint和文件及文件夾的復(fù)制這幾個基本的操作，考核的結(jié)果也反映出地方高校大學(xué)生計算機的起點水平總體較低，起點水平高的學(xué)生較少。

3.3 學(xué)生不善于融會貫通、設(shè)計創(chuàng)新能力不足

由于長期受“應(yīng)試教育”的影響，大多數(shù)學(xué)生習(xí)慣當(dāng)“考生”而不是“學(xué)生”，大多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)目的是為了考高分，比較適應(yīng)“灌輸型”的教學(xué)方式，不善于融會貫通，創(chuàng)新、設(shè)計的能力不足。筆者在前幾年的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對按教師的要求一步一步完成編輯操作的任務(wù)都完成得較好，但完成項目設(shè)計類的任務(wù)時，普遍較差。在問卷調(diào)查中也反映了學(xué)生不能用已知的知識，分析、解決未知的問題，如：在Excel單元格A1到A3中分別輸入三個數(shù)據(jù)1、2、3，在A4單元格中輸入=average(A1:A3),其輸出結(jié)果的考核中，有68.55%的學(xué)生回答不正確。大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程在大一開設(shè)，學(xué)生無論是認(rèn)知習(xí)慣還是學(xué)習(xí)能力都未得到相應(yīng)的培養(yǎng)，學(xué)習(xí)仍然是被動式的、應(yīng)試的方式，這也給計算思維的培養(yǎng)帶來了一定的困難。

4 計算思維培養(yǎng)的必要性

計算思維的概念最早是1996年由麻省理工學(xué)院教授Seymour Papert 提出的[3]，但直到2006年美籍華人周以真再次提出后才引起了人們的關(guān)注。在沒有計算機之前，計算思維也實際存在，但計算思維這個概念近期才被如此鮮明地提出，受到人們的重視，其緣于計算機的廣泛應(yīng)用和社會滲透，具有一定的時代性和必要性。

4.1 信息社會發(fā)展的必然要求

科技發(fā)展正以令人難以想象的速度影響著整個人類，創(chuàng)設(shè)了高度信息化的社會環(huán)境，計算機已從理論上的圖靈機變?yōu)楝F(xiàn)在影響人們工作、學(xué)習(xí)、生活的普適機器，計算機已不是專業(yè)人士的專利，已不局限于科學(xué)、軍事領(lǐng)域的使用，它越來越成為人們工作、學(xué)習(xí)、認(rèn)識世界的重要工具，它的普及使用，豐富了人們學(xué)習(xí)、生活的手段，拓展了人們的視野，改變了人們的日常行為方式，對人的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和思維方式產(chǎn)生了巨大的影響，計算思維已成為人們解決問題、認(rèn)識世界的基本能力之一，成為了繼實證思維、邏輯思維之后的第三種科學(xué)思維方式。特別是大數(shù)據(jù)、云計算時代的到來，使得大量的信息都數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用計算機、網(wǎng)絡(luò)解決問題的能力已成為信息時代的一個重要素質(zhì)，人們通過“數(shù)據(jù)”來衡量信息，并通過“計算”來處理信息、理解信息、創(chuàng)造價值，這些變革，強化了早就隱含在人類思維中的計算思維，也為計算思維的培養(yǎng)提供條件和可能，使計算思維有了用武之地，必然要求對學(xué)生進(jìn)行計算思維的培養(yǎng)，形成計算思維能力，以適應(yīng)信息時代的要求。

4.2 新時代對人才培養(yǎng)的要求

新時代對人才培養(yǎng)更加注重科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，時代需要有擔(dān)當(dāng)、敢于創(chuàng)新、勇于創(chuàng)新的一代新人。計算思維強調(diào)思維方式的養(yǎng)成和訓(xùn)練，強調(diào)創(chuàng)造知識而非簡單使用信息，強調(diào)靈活運用計算方法和工具進(jìn)行問題的求解，而非工具的簡單使用。近年來，把“計算思維”培養(yǎng)作為大學(xué)計算機基礎(chǔ)及信息技術(shù)類課程的核心素養(yǎng)及新一輪教學(xué)改革的核心任務(wù)，正是順應(yīng)新時代對人才培養(yǎng)的新要求。

《九校聯(lián)盟(C9)計算機基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》認(rèn)為，大學(xué)復(fù)合型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)一個重要內(nèi)容即是要潛移默化地使大學(xué)生養(yǎng)成一種新的思維方式，即建立計算思維[4]。計算思維作為三大科學(xué)思維的一種，是人們求解問題的思維工具之一，基于計算思維的教育理念指導(dǎo)下的大學(xué)計算機科學(xué)教育應(yīng)更加關(guān)注大學(xué)生的發(fā)展，注重其運用計算機科學(xué)的方法、思路、理論、基本概念，發(fā)現(xiàn)問題，對問題進(jìn)行求解、進(jìn)行設(shè)計的能力培養(yǎng)，這種培養(yǎng)理念更符合時代對人才培養(yǎng)的要求、更符合大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程的改革培養(yǎng)目標(biāo)。

4.3 大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程自身發(fā)展的要求

計算機是一門發(fā)展速度較快的學(xué)科，大學(xué)計算機課程要反映時代性和前沿性，要與新時代發(fā)展接軌，承擔(dān)起人才培養(yǎng)的任務(wù)。隨著大數(shù)據(jù)、云計算時代的到來，大學(xué)人才培養(yǎng)的目標(biāo)、社會對大學(xué)生計算機應(yīng)用能力都有了更高的要求。大學(xué)計算機基礎(chǔ)作為大學(xué)生入學(xué)的第一門計算機類課程，其人才培養(yǎng)模式、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)理念、教學(xué)方法都應(yīng)順應(yīng)時代的要求，進(jìn)行改革，才能符合新時代對人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，特別是計算機技術(shù)日新月異，那種認(rèn)為大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容只是簡單操作的“狹義工具論”的觀點亟待改變，大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程需要找到一個能解決“快速發(fā)展的計算機技術(shù)與課程學(xué)時數(shù)減少”“學(xué)生案例操作能力與項目實踐能力差”等矛盾的改革方案，計算思維的提出無疑給大學(xué)計算機課程改革指明方向、給出路徑。

5 大學(xué)計算機基礎(chǔ)與計算思維

5.1 計算思維對大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育改革提出了挑戰(zhàn)

計算思維的提出為大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程提供一個新的視角和途徑，同時也對大學(xué)計算機教育改革提出了挑戰(zhàn)，之前的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程注重知識和技能的培養(yǎng)，無論是教材，還是教學(xué)方法、教學(xué)資源都是圍繞著技能的培養(yǎng)而構(gòu)建，而計算思維的教育更注重思維能力的培養(yǎng)，目標(biāo)和要求更高，且比起知識和技能的培養(yǎng)，思維是隱性的學(xué)習(xí)行為，思維隱蔽性更強，更加不可捉摸，思維的培養(yǎng)更加的困難。

從計算機能力的培養(yǎng)到計算思維的形成有較大的跨度，對教學(xué)各環(huán)節(jié)的實施者、組織者、檢驗者的教師提出挑戰(zhàn)、提出了較高的要求，教師首先必須摒棄之前根深蒂固的“狹義工具論”思想，改變把操作步驟演示給學(xué)生的教學(xué)方法，挖掘、整理出隱含于大學(xué)計算機課程中的計算思維的內(nèi)容，構(gòu)建計算思維在大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程中的表達(dá)體系，才能有效實施計算思維的培養(yǎng)，使計算思維的培養(yǎng)落到實處，這些無論對教師的意識、教學(xué)技能、教學(xué)態(tài)度都提出了新的要求，要求教師不斷加強內(nèi)涵發(fā)展。

由于受“應(yīng)試教育”的影響，較多的學(xué)生習(xí)慣了知識的灌輸，習(xí)慣跟著教師一步一步的操作，習(xí)慣照著要求完成教師設(shè)計好的項目，教師和學(xué)生過多關(guān)注“怎么做”而較少關(guān)注“為什么這么做”，所以計算思維的培養(yǎng)對學(xué)生、教師都提出了挑戰(zhàn)，教師怎么在基本知識、技能的教育中融入計算思維的教育，促進(jìn)學(xué)生內(nèi)在能力的提升，形成計算思維能力將是一個巨大的挑戰(zhàn)。

5.2 大學(xué)計算機基礎(chǔ)是培養(yǎng)計算思維的重要途徑

《九校聯(lián)盟(C9)計算機基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》中確立了大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)的核心任務(wù)及改革目標(biāo)是“計算思維能力的培養(yǎng)”，明確指出：大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程的教育是培養(yǎng)大學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力不可缺少的一個重要環(huán)節(jié)，是復(fù)合型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重要組成部分[4]。這從一個側(cè)面說明了大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程是培養(yǎng)大學(xué)生計算思維能力的一個非常重要途徑。雖然“計算思維”不同于“計算機思維” 但計算思維離不開計算機，與計算機緊密相關(guān)，大學(xué)計算機基礎(chǔ)作為面向非計算機專業(yè)大學(xué)生開設(shè)的一門通識課程，受眾面極廣，是大學(xué)生入學(xué)的第一門計算機類課程，教學(xué)內(nèi)容中也隱含了較多的計算思維，無疑是培養(yǎng)學(xué)生計算思維的一個重要途徑。

基于計算思維指導(dǎo)下的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課，可通過講授方式的變化、教學(xué)內(nèi)容的重組、計算思維生活化的方式，把之前無意識的計算思維教學(xué)變?yōu)轱@性的教學(xué)，例如：在講授“數(shù)字與編碼”這一內(nèi)容時，改變以前只著重講授各進(jìn)制轉(zhuǎn)換的教學(xué)方式，加強計算機在處理信息過程中語義怎么符號化，符號怎么計算化，計算怎么0、1化，0、1怎么自動化的講解，幫助學(xué)生構(gòu)建抽象、自動化的計算思維模式。

地方高校的大學(xué)計算機思維培養(yǎng)，學(xué)生的計算機基礎(chǔ)水平相對較低，可借鑒李鋒、鮑宇等學(xué)者提出的“分層培養(yǎng)”的模式[5-6]。為了讓學(xué)生便于理解，采用把“計算思維”生活化的方式，比如：提前把第二天要上課的課本資料裝入書包，這體現(xiàn)了“緩存”的思維，先引入再逐漸深入講解，從而達(dá)到計算思維培養(yǎng)的目的。

6 結(jié)語

計算思維培養(yǎng)的重要性已得到大家的認(rèn)同，但計算思維內(nèi)涵豐富，隱蔽性強，作為大學(xué)計算機基礎(chǔ)課一線教師，只有加強對計算思維與大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育的認(rèn)識，加強自身內(nèi)涵發(fā)展，才能完成以計算思維為核心的、以培養(yǎng)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問題、解決問題而不是只著眼于幾個常用軟件操作為目的的學(xué)習(xí)目標(biāo)，才能更好地體現(xiàn)大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程的新價值，實現(xiàn)大學(xué)復(fù)合型、應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。