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：針對當前地方本科院校的文科類專業(yè)計算機教學(xué)現(xiàn)狀，提出了基于計算思維的計算機基礎(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)生計算機設(shè)計大賽，強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

中圖分類號：G424 文獻標識碼：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，云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等計算機新技術(shù)滲透和應(yīng)用至各行各業(yè)中，無處不在的計算機使計算思維成為人們認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)計算機基礎(chǔ)》課程是普通高等學(xué)校面向非計算機專業(yè)大學(xué)生開設(shè)的第一門計算機基礎(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)計算機基礎(chǔ)》培養(yǎng)目標不能僅局限于計算機的基本操作及常規(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)實際問題的能力，從而適應(yīng)經(jīng)濟和社會可持續(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)用計算機于各專業(yè)領(lǐng)域成為計算機基礎(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）：：計算思維是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進行問題求解、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）計算機基礎(chǔ)課程研討會”，《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》提出了“以計算思維為核心的大學(xué)計算機基礎(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)計算機課程教學(xué)基本要求》白皮書，闡述了計算機基礎(chǔ)教學(xué)中計算思維培養(yǎng)重點和在課程教學(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)計算機教育現(xiàn)狀

地方本科院校文科類專業(yè)計算機教育普遍存在如下情況：

1）文科類學(xué)生計算機實踐操作與創(chuàng)新能力不足。目前地方本科院校由于近年來不斷擴招，機房資源嚴重不足，導(dǎo)致計算機基礎(chǔ)教學(xué)呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容相對陳舊、重理論輕實踐等問題。大多數(shù)文科類學(xué)生學(xué)習(xí)計算機的目的僅僅是為了應(yīng)付考試，學(xué)習(xí)動力不足，難以將計算機與所學(xué)專業(yè)課程相融合，缺乏應(yīng)用計算機知識來解決本專業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用問題的實踐操作技能，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，基本從事實與現(xiàn)象中產(chǎn)生感性認識，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基礎(chǔ)教學(xué)中的實施

4.1引入案例，拓展思維

針對學(xué)生學(xué)時少的情況，為達到好的教學(xué)效果，在教學(xué)內(nèi)容上進行優(yōu)化重組，采用案例教學(xué)法進行計算思維教學(xué)，將計算思維蘊含在案例中，讓案例蘊含著計算思維。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)二進制的0或1狀態(tài)。那么，正如使用n位二進制可以表示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）二進制：將編號轉(zhuǎn)換成10位的二進制0000000001、0000000010、...、1010100110、...、1111101000

（3）倒酒：關(guān)鍵，把每一瓶酒倒入自己二進制編碼中為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，則可得到二進制序列：1010100110，可判定第678瓶酒有毒。

4.2 以賽促學(xué)，強化計算思維能力培養(yǎng)

隨著計算機滲透到各學(xué)科和專業(yè)中，計算機在文科教學(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基礎(chǔ)課程建設(shè)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)計算機知識技能的興趣和潛能，培養(yǎng)學(xué)生運用信息技術(shù)解決實際問題的綜合實踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，展現(xiàn)文科計算機教學(xué)成果，使文科類學(xué)生也有充分展示其計算機應(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)生計算機設(shè)計大賽每類參賽作品都來源于現(xiàn)實生活，學(xué)生需對具體應(yīng)用領(lǐng)域進行創(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、取長補短，極大地激發(fā)了學(xué)習(xí)計算機知識和技能的興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和習(xí)慣，提高了運用計算機解決實際問題的能力，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)用于文科類計算機基礎(chǔ)教學(xué)中，在2016年中國大學(xué)生計算機設(shè)計大賽榮獲三等獎2項；在2017年中國大學(xué)生計算機設(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基礎(chǔ)教學(xué)中的推廣和應(yīng)用任重道遠，還需不斷探索。

參考文獻：

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

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

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