基于計算思維的大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)探討

任丹+丁函+楊凡

摘要：隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的建設(shè)與發(fā)展，信息處理技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在人們工作生活的各個方面。教師在計算機(jī)教學(xué)中，要注意加強(qiáng)對學(xué)生計算思維的培養(yǎng)。本文主要研究計算思維在計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的體現(xiàn)，通過幾個不同的思維方式，嘗試將計算思維引入實(shí)際教學(xué)中。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)；基礎(chǔ)教學(xué)；計算思維

中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）01-0261-02

一、引言

自2006年周以真（Jeannette M.Wing）教授提出了計算思維的概念起，國外的大學(xué)開始在基礎(chǔ)課程中增加計算思維的內(nèi)容。2010年以來我國高校也在探討如何提高計算機(jī)基礎(chǔ)的教學(xué)質(zhì)量問題，此時計算思維進(jìn)入了人們的視野。目前我國高校都在積極改進(jìn)計算機(jī)基礎(chǔ)課程體系，修訂教學(xué)內(nèi)容，將計算思維作為計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革的一個重點(diǎn)。近兩年我校也在大力提倡教師們對各專業(yè)的基礎(chǔ)課程進(jìn)行改革，加入計算思維的內(nèi)容，嘗試將計算思維引入課堂教學(xué)。

二、什么是計算思維

周以真（Jeannette M.Wing）教授指出“計算思維是涵蓋了計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中所采用的最廣泛的心理工具，是對問題解決、系統(tǒng)設(shè)計、人類行為理解的綜合能力反映”[1]。我們在與計算機(jī)有關(guān)的課程教學(xué)中也經(jīng)常這樣對學(xué)生們說，把你們自己當(dāng)成計算機(jī)去運(yùn)轉(zhuǎn)，這實(shí)際就是所謂的計算思維了。在日常的學(xué)習(xí)生活中，學(xué)生們在遇到某個難題時，首先是分析問題，對問題進(jìn)行建模，然后開始考慮哪些方法可以解決這個問題，其中哪種方案是最佳方法，經(jīng)過層層分析，這個難題就可以轉(zhuǎn)換成我們知道如何解決的問題了，這個過程就是計算思維。

三、計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)現(xiàn)況

我國大多數(shù)高校要求大學(xué)生進(jìn)校首先必修《計算機(jī)基礎(chǔ)》課程。這門課程的目標(biāo)是引導(dǎo)學(xué)生使用計算機(jī)，以期在將來的學(xué)習(xí)工作生活中能夠利用計算機(jī)去解決各種問題。隨著互聯(lián)網(wǎng)的廣泛發(fā)展，這門課程還要幫助學(xué)生學(xué)會利用計算機(jī)在廣博的互聯(lián)網(wǎng)信息中搜索出自己所需的各種資料。在現(xiàn)行的計算機(jī)基礎(chǔ)課程中，辦公自動化的內(nèi)容占了一半，這些內(nèi)容主要是為了培養(yǎng)學(xué)生良好的交流表達(dá)能力和團(tuán)隊合作能力。雖然我們在教學(xué)中已經(jīng)在運(yùn)用計算思維的方式培養(yǎng)學(xué)生的各種能力，但是并沒有重視學(xué)生計算思維的培養(yǎng)，沒有有意識地去培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。

四、如何在計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中引入計算思維

雖然我們這幾年一直在說教學(xué)中要引入計算思維，但是在日常教學(xué)中并沒有真正做到引入，那么該如何引入呢？我校近幾年實(shí)行計算機(jī)基礎(chǔ)的分層分級教學(xué)，將學(xué)生按專業(yè)分成計算機(jī)基礎(chǔ)A、B、C三種級別，再按照對計算機(jī)了解的層次分為高級、中級、初級三個層次教學(xué)。我通過在高級班的教學(xué)中進(jìn)行實(shí)踐，認(rèn)為我們可以從抽象思維、信息處理思維、并行思維以及共性思維四個方面來培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。

1.抽象思維。計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)就是一個抽象思維的體現(xiàn)，這一體系結(jié)構(gòu)（即馮·諾依曼結(jié)構(gòu)）是現(xiàn)代計算機(jī)的設(shè)計基礎(chǔ)，這種抽象結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了計算機(jī)設(shè)計的透明性，見圖1。

我們在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生將5大部分與實(shí)驗(yàn)操作中正在使用的微機(jī)對照起來，引導(dǎo)學(xué)生從現(xiàn)實(shí)世界轉(zhuǎn)向抽象世界。例如我們將現(xiàn)實(shí)的鍵盤鼠標(biāo)抽象為輸入設(shè)備，將顯示器打印機(jī)抽象為輸出設(shè)備等。

2.信息處理思維。計算機(jī)是不能夠直接處理我們?nèi)粘９ぷ魃钪械母鞣N信息的，為了使計算機(jī)可以處理這些信息，我們設(shè)計了各種編碼，這些編碼可以將英文字符、我國漢字、聲音、圖形、視頻等這些現(xiàn)實(shí)的信息通過輸入設(shè)備傳送給計算機(jī)。比如英文字母是ASCⅡ碼，中文漢字是我國的國標(biāo)碼（GB2310-80），這些編碼都是由0和1組成的不同序列。計算機(jī)收到這些代碼序列后，開始進(jìn)行分析處理，按照我們的需求進(jìn)行分解合并，將需要保留的代碼進(jìn)行存儲，將需要給其他人的代碼進(jìn)行傳輸，計算機(jī)處理完后，我們要看到結(jié)果，這時，計算機(jī)就按照輸入的逆過程再將0和1的序列轉(zhuǎn)換成我們能夠理解的信息，通過電信號在屏幕上或者通過打印機(jī)打印出來。這個鍵盤輸入與屏幕輸出的過程就是信息處理思維。我們可以看到從輸入開始，轉(zhuǎn)換電信號，再查編碼，然后編譯為計算機(jī)可以執(zhí)行的0和1的代碼，最后解碼輸出顯示，這一系列的信息處理過程。對于聲音視頻也是一樣，先將信息采集后按照一定的規(guī)則進(jìn)行量化，量化后就可以編碼了，到了編碼這一步就可以輸入計算機(jī)了。以上過程就是信息處理思維的體現(xiàn)，同理其他國家的各種信息也是按照這樣的方式來設(shè)計的，這樣學(xué)生就很容易理解何為信息處理思維了。

3.并行思維。學(xué)生們在使用計算機(jī)時通常不會只做一件事，一般大家都是同時運(yùn)行多個軟件，比如在練習(xí)打字時還掛著QQ，開著網(wǎng)頁，甚至有些學(xué)生還用耳機(jī)連著計算機(jī)聽音樂，這就是并行思維了，雖然只有一臺計算機(jī)，但是感覺上所有的工作都在同步進(jìn)行。這些任務(wù)即所謂的多道程序都是由操作系統(tǒng)安排的，它把計算機(jī)的中央處理器（CPU）按時間片分成小部分，每個任務(wù)輪流占據(jù)時間片使用計算機(jī)，計算機(jī)速度很快，所以我們感覺不到是在分別使用，這樣系統(tǒng)資源可以得到充分利用。

4.共性思維。在《計算機(jī)基礎(chǔ)》課程中，辦公自動化OFFICE套件的學(xué)習(xí)占了一多半的課時，我們在使用中可以感覺到操作窗口都非常類似，我們在這3種軟件中設(shè)置格式、處理文字圖片時都有熟悉的感覺。再比如我們在操作系統(tǒng)中使用的命令，在辦公自動化軟件中一樣用，例如剪切、復(fù)制、粘貼的快捷操作。此類方法也可以擴(kuò)展到其他軟件中來體會共性思維。同學(xué)們可以分析原因，查找共性，多問問為什么。

五、結(jié)束語

《計算機(jī)基礎(chǔ)》這門課程主要是面向非計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，對于這些學(xué)生的計算思維的培養(yǎng)，需要教師將理論與實(shí)際結(jié)合在一起，讓學(xué)生形象地感受到計算思維就在身邊。這個過程需要教師引導(dǎo)學(xué)生們?nèi)?shí)踐總結(jié)，從形象到抽象。

以上內(nèi)容是我在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生理解計算思維的范例，這是我在計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)踐中對引入計算思維的嘗試，由于探討的深度和廣度所限，教學(xué)中還有很多值得探討的思維方式并沒有引入到教學(xué)實(shí)踐中，尤其是在實(shí)驗(yàn)操作中沒有明顯地強(qiáng)化計算思維，這在以后的教學(xué)中還將逐漸完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]JeannetteM.Wing.Computational Thinking[J].Communications of the ACM，2006，（3）：34-35.

Abstract：With the construction and development of social economy in our country，information processing technology is widely used in all aspects of people's work and life. Teachers in computer teaching should pay attention to strengthen the training of students thinking. This paper mainly studies the embodiment of computational thinking in computer basic teaching，and tries to introduce computational thinking into practical teaching through several different ways of thinking.

Key words：computer；basic teaching；computational thinkingendprint