關于計算機教育視野亟待拓展的探討

■北京郵電大學計算機學院，新疆工程學院信息工程學院 郭文明

北京郵電大學計算機學院 韓 芳

至2020 年，世界互聯(lián)網(wǎng)大會連續(xù)召開了七屆，不難發(fā)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)技術不僅成為了人們生活所必須，而且正實質性地助力人們的未來生活質量提升與共享發(fā)展，成為世界范圍內信息時代的關鍵性標識。同樣，找尋新時代新發(fā)展契機，構建新發(fā)展格局，都離不開互聯(lián)網(wǎng)技術的支持?；ヂ?lián)網(wǎng)技術已經(jīng)上升為我國新的國家戰(zhàn)略，成為各種工業(yè)實體的新依托，這是“互聯(lián)網(wǎng)+”的由來，也是新發(fā)展的未來表現(xiàn)?；ヂ?lián)網(wǎng)技術的關鍵是計算機技術的應用和普及，搶占互聯(lián)網(wǎng)市場關鍵是計算機技術的改進與創(chuàng)新。讓計算機成為技術的基礎，成為大眾生存生活的基礎，增加人民福祉，首先要依托于人才培養(yǎng)，而人才培養(yǎng)來自于教育。計算機教育是關乎計算機技術長效發(fā)展的基礎，而解決計算機教育中的不充分不平衡問題的關鍵是，既借鑒發(fā)達國家教育體系，又要堅持獨立自主的培養(yǎng)方式方法，要把核心課程和技術教育牢牢地掌握在自己手里。在這樣的站位與要求下，反觀我們現(xiàn)在的計算機教育，存在以下幾個方面的不足。

一是技術應用的高組織性與原理性教育結合不夠。當今時代中國計算機和互聯(lián)網(wǎng)軟件的應用已經(jīng)深植于大眾生活的各個環(huán)節(jié)，掃碼支付、醫(yī)療預約、智能家電等“傻瓜式”高組織性器材和服務家喻戶曉。但是，在增加人們技術恩惠的同時，卻很少有人知道其背后的圖像識別、自然語言處理、深度學習、機器學習等原理性知識。計算機成為人們生活不可或缺的組成部分或者生活必要工具，但計算機原理卻很少有人問津，這與其是生活必要組成與工具的地位嚴重不匹配。大中小幼教育中的工具學科以及基本知識、基本技能，都不是這樣的定位，也不是這樣的角色內涵。不管是語數(shù)英，還是理化生、政史地，人們生活要用這些學科和知識，就要學習它們的原理，而計算機則缺少這份殊榮。當然技術學科不能和基礎學科同日而語，但是就連傳統(tǒng)手工都要讓學生學懂其基本原理，何況計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術已經(jīng)成為幾乎所有技術學科的基礎和工具。

縱觀整個中小學的理科教育內容，從平面幾何到立體幾何，從代數(shù)直線到函數(shù)曲線，從恒力運動到變速運動，從直線受力到正交分解，等等，如此連貫的理科知識設計安排對于學生的理科思維的培養(yǎng)無可厚非，但是向計算機教育遷移不夠也是事實。對于知識深挖的過度追求直指應付考試，卻對這些知識的橫向聯(lián)結研究不夠，知識組合為了考試而設計，對于知識的綜合應用學習不足，這里就包括同樣處于生活基礎性、工具性地位的計算機原理教學和研究性學習不夠，甚至把計算機原理性知識看作是少數(shù)專業(yè)人員的事情。所以，就有了“一公里缺陷”這樣一個問題。殊不知，高斯公式、解析幾何、導數(shù)梯度等高中基礎知識橫向和技術應用拓展延伸，就是計算機原理性知識，因此改進中小學計算機教育課程，還計算機原理性知識的基礎工具地位，是計算機教育改革的方向。這樣，一方面可以促進學生對基礎理論知識的應用，另一方面也可以促進其對計算機技術的理解，同時也能促進高中生進入工科領域時，快速提升調動和應用高中數(shù)理等方面的相關基礎知識的效率。

二是計算機應用的意識不足，對生產(chǎn)生活的計算機化思考不夠。計算機成為當今民眾生活的基礎性工具，究其原因，在于其獨特的便捷性、智能化和集成性。教育要適應這種形勢，一方面要滿足計算機時代的工具性知識教育需求，另一方面還要滿足計算機意識的培養(yǎng)，讓大眾學會用計算機思維來看待自己的生產(chǎn)生活，實現(xiàn)計算機與生產(chǎn)生活的大面積嫁接，學會用計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術來改善自己的生產(chǎn)生活狀態(tài)，優(yōu)化自己的生存環(huán)境。然而現(xiàn)實表現(xiàn)并不令人滿意，來自大眾的主動技術訴求以及內驅動力不足顯而易見。大眾對計算機應用意識薄弱，生產(chǎn)生活的計算機化大多停留在專業(yè)領域，在民眾這端甚至出現(xiàn)盲區(qū)，這種狀況不僅影響計算機技術的惠民質量，而且也制約了計算機技術的發(fā)展深度和寬度，低視了計算機對于信息化時代經(jīng)濟社會“共享”建設的支撐作用。追根溯源，計算機教育缺陷難辭其咎。離散化、并行處理、遞歸嵌套等計算機思維并沒有作為中小學計算機教育的重點，更很少激勵學生以這樣的思路去體驗和感知生產(chǎn)生活，去發(fā)現(xiàn)和探究生活與環(huán)境之中的問題，導致計算機思維培養(yǎng)弱化，計算機視角下觀察事物、把控生活的能力不足，大眾對于計算機專業(yè)和工程改進的建議與刺激薄弱，計算機作為新時代的生活工具體現(xiàn)不夠。

三是學校課程教學體系科學化不夠。計算機教育既是學科性課程，又是工具性課程。大中小幼一體化設計是前者的要求，而思維、能力、意識培養(yǎng)是后者的內涵，當然兩者不可以截然分開。也就是說，計算機課程作為學校教育的重要組成，要滿足知識、能力、價值、情感等不同維度的需要，成為當今學生全面發(fā)展的標配。雖然不同的學段，要有不同的計算機教育目標，但是上升為工具性學科或者領域的計算機教育目標也要有一貫性表達，即大中小幼聯(lián)通協(xié)調的計算機教育目標，不能簡單地把計算機教育看做另類，只和工程與技術有關，而和思維態(tài)度價值觀無關，和基礎性能力習慣無關，要讓計算機教育真正走向普通教育的核心。在基礎教育領域，計算機教育要擺脫目前相對單一的高組織化和高結構化的以簡單應用為目標的計算機課程模式，擺脫教學考試都是圍繞著幾種流行的簡單的軟件學習，以應付中考計算機考試以及高中課程開設的現(xiàn)狀。之所以要改變，是因為這樣看似普及了計算機教育，甚至計入了中考成績，但是普及的質量和內涵偏低或者出現(xiàn)偏差，把計算機技術、計算機思維、計算機科學當成了“工具”，而不是工具性學科或者領域。這樣做的后果是：計算機科學、計算機技術與應用“分江而治”，相互脫節(jié)；學生缺少自主創(chuàng)新的熱情，滿足于簡單操作，沒有用計算機視角看待事物的習慣；計算機教育的教師關注計算機簡單應用技術多，而關注計算機思維培養(yǎng)少，對于學生應用計算機科學與技術進行創(chuàng)新性活動的實踐就更少；計算機教育教材與主干學科之間相貫通不足，教學內容傾向于從主干學科中進行抽離而不是相輔相成，計算機教育教學的體系結構同計算機技術應用間不匹配；普遍造成了以考綱為學綱，計算機教育邊緣化，減弱了對計算機科學的普及，關門學技術，原地轉圈，不問實際，幫助學生進行科技創(chuàng)新自然無從談起。

計算機的智能一方面是要代替人腦做事情，呈現(xiàn)給生活一個方便的集成體；另一方面是要再提高實際生活以及工作效率，而后者就要以計算機的思維方式方法來對待生活和生活環(huán)境。中小學計算機教育目前停留在幾種簡單的高組織性的軟硬件操作訓練水平上是遠遠不夠的。相比之下，增加計算機原理性的、思維性的算法、程序、語言等知識學習與體驗更為重要。計算機思維作為新時代的核心思維之一，其獨具代表性的離散化思想、確定性思想、有窮性思想，都是現(xiàn)代科學必不可少的。這些思維不僅映射著計算機發(fā)展現(xiàn)狀，更引導著未來科技走向，是中小學計算機教育有力的著手點和課程選擇重點。

高等教育中設置的計算機專業(yè)，其課程結構雖然依據(jù)大學辦學定位和學科發(fā)展背景而各不相同，但是由于受《華盛頓協(xié)議》中對計算機課程要求之影響，普遍存在著專業(yè)課程結構松散，教學連貫性欠缺等問題，其核心是計算機專業(yè)教育對理學原理結合及其應用不充分，計算機專業(yè)教育中的“學”“術”二元分治現(xiàn)象一定程度存在。計算機專業(yè)課程結構的學理性折損，有的內容設置停留在實證經(jīng)驗上，刻板機械，學理知識的活性難以充分激發(fā)，實驗規(guī)律的推廣領域變窄，在應用領域活學活用不足，知識脈絡清晰度降低。而在專業(yè)基礎課程方面，同樣存在工科基礎學科向計算機專業(yè)課程打通不夠的問題，有的僅僅停留在理學原理教學上，出現(xiàn)了理論上的架空，工科特色教學體現(xiàn)不夠，缺乏應用性，對計算機專業(yè)構建工學模型助力弱，造成理論贅余和章節(jié)融通難。很多遷移能力欠缺的學生不能打通這“最后一公里”，知識結構夭折在計算機專業(yè)學科與工學基礎學科銜接不暢上，導致日后學生利用理論工具處理實際問題受阻。

課堂上的表現(xiàn)也說明了這一點。教師課堂上機械展示案例，學生被動地聽講，課堂交互性不高，學生參與度低，學生獨立處理計算機問題能力和原型構建能力得不到有效培養(yǎng)與提高。究其原因，學生專業(yè)基礎理論知識欠缺，與計算機專業(yè)案例結合存在漏洞，沒有理論本領來與教師、同學互動，而教師在課堂上對相關理論知識的引導又往往跟不上，不能打通案例與學理背景之間的差距。最終造成學生在學、做、思三者結合的計算機閉環(huán)學習方式中，“做”的能力得不到遷移，學生計算機相關原理與實踐之間轉化受阻。

高等教育中的計算機專業(yè)與高職高專的相關專業(yè)不同，學生將來除了要應對以編程為主的計算機應用，還要具有一定的計算機研究制造能力，所以要進一步加強基礎課向專業(yè)課和實踐課的打通，避免滑入高職高專的培養(yǎng)模式。當然即使是更加偏重應用的高職高專計算機專業(yè)教育，同樣也需要增加對學生基礎課程設置，以利于提高學生計算機素養(yǎng)，理解計算機的原理，就業(yè)后可以更加快速地掌握計算機新技術，以區(qū)別于中職教育對于程序員、技術員的培養(yǎng)模式。

綜上所述，中國對計算機科學和互聯(lián)網(wǎng)技術的定位已經(jīng)發(fā)生了轉型，從服務于高精尖領域向著構建國際網(wǎng)絡秩序、構建和維護網(wǎng)絡命運共同體轉變，這一風向標昭示著計算機教育在新時代要有新站位，要逐步確立計算機教育的工具化地位，要與當代我國對計算機人才的需求相適應，重視計算機思維、意識和科學教學，要樹立計算機生產(chǎn)生活化觀念，消弭計算機制造和使用“兩張皮”現(xiàn)象，承認計算機科學與技術的基礎性學術地位，讓計算機思維在專業(yè)人士和大眾之間得以統(tǒng)一，順暢交流，實現(xiàn)科學、技術、思維的大融通。讓計算機和互聯(lián)網(wǎng)直接驅動國際和國內創(chuàng)新，創(chuàng)造新格局，引領新時尚，形成多邊公治的網(wǎng)絡環(huán)境，促進全球網(wǎng)絡空間的開放、合作、共享，計算機教育就要采取適時、審慎、穩(wěn)健的態(tài)度，鼓勵學生跳出計算機作為簡單工具玩具的應用窠臼，深刻理解計算機和互聯(lián)網(wǎng)與生產(chǎn)生活的關系，用計算機思維去研判生產(chǎn)生活環(huán)境的改變，在未來和世界競爭中獲得更多的話語權，處于有利地位。