地方本科院校文科類專業(yè)學(xué)生計算思維能力培養(yǎng)研究

羅俊 樊洪斌 陳雪剛 章才能

摘要：針對當(dāng)前地方本科院校的文科類專業(yè)計算機(jī)教學(xué)現(xiàn)狀，提出了基于計算思維的計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)方法。在教學(xué)中引入案例，拓展學(xué)生計算思維；鼓勵學(xué)生參加中國大學(xué)生計算機(jī)設(shè)計大賽，強(qiáng)化文科類計算思維能力，在學(xué)科競賽中，在參賽過程中逐步培養(yǎng)計算思維能力。實(shí)踐表明，通過這兩種方法，有助于提高文科類專業(yè)學(xué)生的計算思維能力。

關(guān)鍵詞：計算思維；地方本科院校；文科計算機(jī)

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）07-0135-02

1 引言

隨著國內(nèi)外信息技術(shù)的迅猛發(fā)展和信息化的全面推進(jìn)，云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等計算機(jī)新技術(shù)滲透和應(yīng)用至各行各業(yè)中，無處不在的計算機(jī)使計算思維成為人們認(rèn)識問題和解決問題的重要思維方式之一。一個人若不具備計算思維能力，將在從業(yè)競爭中處于劣勢。計算思維能力是計算機(jī)專業(yè)學(xué)生必須具備的能力，也是所有受教育者應(yīng)該具備的能力。

《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)》課程是普通高等學(xué)校面向非計算機(jī)專業(yè)大學(xué)生開設(shè)的第一門計算機(jī)基礎(chǔ)課程，在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，它在高?；A(chǔ)教育的重要性是不言而喻的。文科類專業(yè)《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)》培養(yǎng)目標(biāo)不能僅局限于計算機(jī)的基本操作及常規(guī)應(yīng)用，更應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生利用計算思維解決所學(xué)專業(yè)實(shí)際問題的能力，從而適應(yīng)經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展的需求。各高校不斷縮減《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)》課程的課時，而教學(xué)內(nèi)容不斷豐富與更新，如何在有限的學(xué)時讓學(xué)生掌握并主動應(yīng)用計算機(jī)于各專業(yè)領(lǐng)域成為計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革亟需解決的問題。

2 計算思維

2006年3月，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真（Jeannette M. Wing）教授在美國計算機(jī)權(quán)威期刊《Communications of the ACM》雜志上首次提出計算思維（Computational Thinking）：：計算思維是運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動[1]。

2010年7月19-20日在西安交通大學(xué)舉辦了首屆“九校聯(lián)盟（C9）計算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會”，《九校聯(lián)盟（C9）計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》提出了“以計算思維為核心的大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革”。2017年7月24-26日，第六屆“計算思維與大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)改革研討會”在成都召開，浙江大學(xué)教授何欽銘結(jié)合《大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)基本要求》白皮書，闡述了計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中計算思維培養(yǎng)重點(diǎn)和在課程教學(xué)中如何落地問題，對42個計算思維核心概念和分類做了系統(tǒng)性闡述。

3地方本科院校文科類專業(yè)計算機(jī)教育現(xiàn)狀

地方本科院校文科類專業(yè)計算機(jī)教育普遍存在如下情況：

1）文科類學(xué)生計算機(jī)實(shí)踐操作與創(chuàng)新能力不足。目前地方本科院校由于近年來不斷擴(kuò)招，機(jī)房資源嚴(yán)重不足，導(dǎo)致計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容相對陳舊、重理論輕實(shí)踐等問題。大多數(shù)文科類學(xué)生學(xué)習(xí)計算機(jī)的目的僅僅是為了應(yīng)付考試，學(xué)習(xí)動力不足，難以將計算機(jī)與所學(xué)專業(yè)課程相融合，缺乏應(yīng)用計算機(jī)知識來解決本專業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用問題的實(shí)踐操作技能，創(chuàng)新能力不足。

2）文科類學(xué)生思維能力相對較弱。文科類學(xué)生的數(shù)理知識儲備較少，其學(xué)習(xí)方法以記憶為主，基本從事實(shí)與現(xiàn)象中產(chǎn)生感性認(rèn)識，不擅長抽象思維、邏輯推理和關(guān)聯(lián)思維。文科類專業(yè)課程以記憶為主[2]，各個章節(jié)之間耦合度相對較低，但計算機(jī)基礎(chǔ)課程的各個章節(jié)之間銜接緊密，如果前面的章節(jié)不能很好地掌握，后續(xù)課程內(nèi)容將無法理解。

4 計算思維在文科類計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的實(shí)施

4.1引入案例，拓展思維

針對學(xué)生學(xué)時少的情況，為達(dá)到好的教學(xué)效果，在教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行優(yōu)化重組，采用案例教學(xué)法進(jìn)行計算思維教學(xué)，將計算思維蘊(yùn)含在案例中，讓案例蘊(yùn)含著計算思維。筆者借用“1000瓶酒中找出1瓶毒酒”這一案例，取得了較好的教學(xué)效果。

問題：一共有1000瓶酒，其中一瓶有毒。如果一只老鼠喝了有毒的酒，會在一天后死亡。如果給一天時間，讓你判定哪瓶酒有毒，至少需要幾只老鼠？

分析：由于時間是限定的，一只老鼠不能喝兩次，也不能等待其他老鼠喝酒后的結(jié)果發(fā)生了再決定下一步的喝酒策略。因此：一、只能同時喝酒，故不能采用像二分法這樣的方法求解；二、喝的酒可以是混合的（即幾瓶酒混合在一起）；三、根據(jù)老鼠死活的情況判斷哪一瓶有毒。

思路：喝酒后每一只老鼠只有2種狀態(tài)：死和活，n只老鼠就有這n個死或活的狀態(tài)，由此聯(lián)想到對應(yīng)二進(jìn)制的0或1狀態(tài)。那么，正如使用n位二進(jìn)制可以表示2n個不同的數(shù)值，采用n只老鼠的死活狀態(tài)的組合就可以反映2n種不同的可能性。目前需要判斷1000瓶酒的毒性，根據(jù)2n=1024，我們可以試著去用10個老鼠去嘗試。

方法：

（1）編號：將1000瓶酒一一編號：1、2、...、678、...、1000

（2）二進(jìn)制：將編號轉(zhuǎn)換成10位的二進(jìn)制0000000001、0000000010、...、1010100110、...、1111101000

（3）倒酒：關(guān)鍵，把每一瓶酒倒入自己二進(jìn)制編碼中為1的杯子中。例如，第678瓶酒倒入第1、3、5、8、9杯子中。

（4）喝酒：讓10個老鼠分別吃一杯酒

（5）判斷：看老鼠怎么個死法。若第1、3、5、8、9個老鼠死了，則可得到二進(jìn)制序列：1010100110，可判定第678瓶酒有毒。

4.2 以賽促學(xué)，強(qiáng)化計算思維能力培養(yǎng)

隨著計算機(jī)滲透到各學(xué)科和專業(yè)中，計算機(jī)在文科教學(xué)中扮演著越來越重要的角色。為

了推動高校文科類計算機(jī)基礎(chǔ)課程建設(shè)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)計算機(jī)知識技能的興趣和潛能，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用信息技術(shù)解決實(shí)際問題的綜合實(shí)踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，展現(xiàn)文科計算機(jī)教學(xué)成果，使文科類學(xué)生也有充分展示其計算機(jī)應(yīng)用與創(chuàng)作才智的平臺，從2008年至今，中國大學(xué)生計算機(jī)設(shè)計大賽已成功舉辦10屆[3]。參賽內(nèi)容分為軟件應(yīng)用與開發(fā)類、微課與課件類、數(shù)字媒體設(shè)計類普通組、數(shù)字媒體設(shè)計類專業(yè)組、計算機(jī)音樂創(chuàng)作類、數(shù)字媒體設(shè)計類中華民族文化組、軟件服務(wù)外包類等九大類組[3]。

中國大學(xué)生計算機(jī)設(shè)計大賽每類參賽作品都來源于現(xiàn)實(shí)生活，學(xué)生需對具體應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思、抽象與建模，這正是計算思維中設(shè)計系統(tǒng)和求解問題的體現(xiàn)。作為第二課堂教學(xué)，中國大學(xué)生計算機(jī)設(shè)計大賽等學(xué)科競賽對計算思維的培養(yǎng)起到了推波助瀾作用。

學(xué)生在競賽中協(xié)同工作、取長補(bǔ)短，極大地激發(fā)了學(xué)習(xí)計算機(jī)知識和技能的興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和習(xí)慣，提高了運(yùn)用計算機(jī)解決實(shí)際問題的能力，在參賽過程中逐步培養(yǎng)計算思維能力。

5 結(jié)束語

我校已將計算思維應(yīng)用于文科類計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中，在2016年中國大學(xué)生計算機(jī)設(shè)計大賽榮獲三等獎2項；在2017年中國大學(xué)生計算機(jī)設(shè)計大賽榮獲二等獎4項、三等獎10項。計算思維雖然逐漸成為人們解決問題和處理日常事務(wù)等方面的有效途徑之一，但計算思維在地方本科院校文科類計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的推廣和應(yīng)用任重道遠(yuǎn)，還需不斷探索。

參考文獻(xiàn)：

[1] Wing J M.Computational Thinking[J]. Communications of the ACM，2006（3）：33-35.

[2] 劉琴.文科大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教育現(xiàn)狀分析[J].計算機(jī)時代，2015（7）：75-77.

[3] 中國大學(xué)生計算機(jī)設(shè)計大賽組委會.中國大學(xué)生計算機(jī)設(shè)計大賽2017年參賽指南[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2008.