財經(jīng)類院校計算思維通識課程教學(xué)改革研究

柴艷妹，王悅，張梅

（1.中央財經(jīng)大學(xué) 信息學(xué)院，北京；2.中央財經(jīng)大學(xué) 社會與心理學(xué)院，北京）

一 引言

自20世紀(jì)80年代起，面向非計算機專業(yè)的計算機基礎(chǔ)教育經(jīng)歷了興起（2000年之前）、實施（2001年-2010年）和發(fā)展（2011年-至今）三個階段[1]。每個階段都有特色鮮明的教育體系及模式，并且在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、培養(yǎng)方式及質(zhì)量考核等方面都有了長足的發(fā)。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等新技術(shù)的不斷發(fā)展，以及“慕課”“計算思維”“互聯(lián)網(wǎng)＋”等關(guān)鍵詞的不斷涌現(xiàn)，大學(xué)計算機教育迎來了新的挑戰(zhàn)。如何在計算機課程中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力？如何讓學(xué)生掌握用計算機工具解決領(lǐng)域問題的方法？如何設(shè)置教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式，以順應(yīng)時代發(fā)展對人才培養(yǎng)的需求？這是值得計算機教育工作者深入思考和探索的問題。本文將立足于計算思維通識課程的教學(xué)研究，探討提升大學(xué)生綜合素養(yǎng)和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的可行之道。

二 財經(jīng)類院校計算機基礎(chǔ)教學(xué)現(xiàn)狀分析

財經(jīng)院校是為國家培養(yǎng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)人才的主要基地，隨著貿(mào)易全球化與信息化時代的到來，要求新時代的經(jīng)管人才既要具備深厚的專業(yè)功底和扎實的理論基礎(chǔ)，更要能熟練掌握相應(yīng)的應(yīng)用軟件，并具備使用計算機解決專業(yè)領(lǐng)域問題的能力。

（一） 財經(jīng)類院校計算機課程開設(shè)現(xiàn)狀

財經(jīng)類院校的非計算機專業(yè)學(xué)生構(gòu)成可大致分為2類：文學(xué)法學(xué)類和理學(xué)經(jīng)管類。不同類別的學(xué)生對計算機技術(shù)和能力的需求是不同的。文學(xué)法學(xué)類學(xué)生側(cè)重于文字處理、基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)處理以及多媒體技術(shù)等，而理學(xué)和經(jīng)管類的學(xué)生除了要具備辦公自動化的應(yīng)用能力，更側(cè)重于數(shù)據(jù)庫技術(shù)和編程技術(shù)。

因此，當(dāng)前財經(jīng)類院校所開設(shè)的計算機課程大致相同。通常在第一學(xué)期開設(shè)《計算機應(yīng)用基礎(chǔ)》，后續(xù)學(xué)期根據(jù)不同專業(yè)開設(shè)選修課《多媒體應(yīng)用技術(shù)》《Excel在經(jīng)濟(jì)管理中的應(yīng)用》《數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用》《Python程序設(shè)計》或者其他程序設(shè)計語言（例如 C 語言程序設(shè)計，Java程序設(shè)計）等。

（二） 財經(jīng)類院校計算機應(yīng)用基礎(chǔ)教學(xué)現(xiàn)狀及問題

目前，各個高校都開設(shè)了各具特色計算機應(yīng)用基礎(chǔ)課程。但是細(xì)分的話，教學(xué)內(nèi)容大致可分為“計算機文化概論”“計算機應(yīng)用基礎(chǔ)”和“計算思維導(dǎo)論”[2]三類。

“計算機文化概論”著重對計算機應(yīng)用過程中所產(chǎn)生的各種文化現(xiàn)象（行為文化、道德文化、社會倫理等）進(jìn)行探討，使學(xué)生從多層面看待技術(shù)帶給社會的文化現(xiàn)象，從而使其能夠自覺遵守社會公共道德規(guī)范和信息安全準(zhǔn)則以及相關(guān)法律法規(guī)，依法進(jìn)行信息技術(shù)活動。

“計算機應(yīng)用基礎(chǔ)”旨在普及計算機基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學(xué)生計算機應(yīng)用和實際操作能力，使之具備良好的信息獲取、信息儲存、信息處理、信息呈現(xiàn)分享能力，初步掌握辦公自動化應(yīng)用軟件，成為信息社會的合格公民。

“計算思維導(dǎo)論”則使學(xué)生正確認(rèn)識計算思維的本質(zhì)和特征，從思維層面了解計算機工作的基本原理和演進(jìn)發(fā)展歷程，從而培養(yǎng)用計算機工具解決專業(yè)問題的計算思維意識，從而提升其專業(yè)創(chuàng)新能力。

有些學(xué)校是將這三部分內(nèi)容分成不同板塊進(jìn)行小學(xué)分選修，有些學(xué)校將其整合，形成一門3-4學(xué)分的課程。通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，各大財經(jīng)類院校開設(shè)的《計算機應(yīng)用基礎(chǔ)》課程的內(nèi)容十分相仿，通常包括計算機基礎(chǔ)知識、操作系統(tǒng)及應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識、網(wǎng)絡(luò)安全與信息道德及辦公軟件應(yīng)用（Word、Excel、Powerpoint）等，僅涵蓋了 “計算機應(yīng)用基礎(chǔ)”和“計算機文化概論”兩部分內(nèi)容。雖然也有部分院校，如云南財經(jīng)大學(xué)[3]，在其課程內(nèi)容里融入了計算思維，但也僅限于0/1思維、馮·諾伊曼體系結(jié)構(gòu)中體現(xiàn)的貫通性思維等內(nèi)容，對計算思維的廣度和深度講授的都不夠。另一方面，當(dāng)前的講授方法多是從知識層面講授計算思維，而非思維訓(xùn)練層面的講授，使得學(xué)生難以在今后的學(xué)習(xí)和實踐中有效應(yīng)用。因此，在財經(jīng)類院校開設(shè)一門開設(shè)《計算思維》通識課是非常有必要的。

三 《計算思維》通識課開設(shè)的意義

隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，計算手段已與理論手段和實驗手段并存為科學(xué)研究的三種手段[4]。“計算”不僅僅是電腦中的計算，也不僅僅是計算機專業(yè)人員才能從事的計算，而是在我們的所有技術(shù)系統(tǒng)中都存在的計算，可以毫不夸張地說：“計算正在重塑社會系統(tǒng)”[5]。因此，計算思維正是從計算的視角來理解自然、理解社會、解決問題的一種思維習(xí)慣[6]，這也是各專業(yè)學(xué)生都應(yīng)該掌握的基本思維方式。

而通識教育作為一種素質(zhì)教育，是為了讓年輕學(xué)子不要過早陷入專業(yè)的狹隘，從而更能適應(yīng)未來的變化，是對任何專業(yè)背景學(xué)生的長遠(yuǎn)考慮。

因此，我們將《計算思維》通識課定位于非計算機專業(yè)學(xué)生的思維模式訓(xùn)練和養(yǎng)成課。這里的思維模式是指“用計算機解決問題”的思維模式。計算思維實際上是一個思維的過程，也是一種解決問題切入的角度，它能夠幫助學(xué)生將一個問題清晰、抽象地描述出來，并將問題的解決方案表示為一個信息處理的流程，并用計算機進(jìn)行有效解決[7]。該課程的教學(xué)目標(biāo)是要引導(dǎo)學(xué)生體驗計算機科學(xué)之美，在拓展學(xué)生思維空間的同時，培養(yǎng)其信息素養(yǎng)和創(chuàng)新意識。另一方面，希望促進(jìn)計算思維與各專業(yè)思維交叉融合形成復(fù)合型思維，幫助學(xué)生提高解讀真實世界系統(tǒng)并解決復(fù)雜問題的能力，并為其今后設(shè)計、構(gòu)造和應(yīng)用各種計算系統(tǒng)求解學(xué)科問題奠定思維基礎(chǔ)。

四 新穎的課程內(nèi)容

為了凸顯思維能力的培養(yǎng)，本課程的教學(xué)內(nèi)容以一種新穎的方式進(jìn)行組織，共分成六大部分，即計算思維概述、計算機學(xué)科中的邏輯思維、計算機學(xué)科中的算法思維、計算機學(xué)科中的效率思維、計算機學(xué)科中的創(chuàng)新思維和計算機學(xué)科中的倫理思維。每一部分既有計算機學(xué)科中的基本概念和基礎(chǔ)知識，也有體現(xiàn)計算思維的具體應(yīng)用案例，還有體現(xiàn)思維要點的有趣故事。

（一） 計算思維概述

本部分從思維的概念講起，引出解決問題的一般思維過程，再引申到計算思維的概念。介紹計算思維概念的內(nèi)涵與外延、計算思維的特性以及生活中的案例，讓學(xué)生明白學(xué)習(xí)計算思維對各學(xué)科專業(yè)學(xué)習(xí)和使用計算機工具解決實際問題的重要意義。

（二） 計算機學(xué)科中的邏輯思維

邏輯學(xué)是計算機科學(xué)的理論基礎(chǔ)和發(fā)展動力，從計算機的起源到硬件設(shè)計、軟件發(fā)展、數(shù)據(jù)庫理論、人工智能等，邏輯思維的應(yīng)用無處不在。本部分首先用萊布尼茨之夢、布爾邏輯代數(shù)、圖靈機和馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)等勾勒出計算機起源的邏輯學(xué)線索。然后分別介紹邏輯學(xué)在計算機硬件設(shè)計、計算機程序設(shè)計、數(shù)據(jù)庫及人工智能等領(lǐng)域的具體應(yīng)用案例，并以相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識為載體，讓學(xué)生掌握基本的邏輯推理方法。

（三） 計算機學(xué)科中的算法思維

如果我們想用計算機來解決問題的話，就必須將問題的解決思路準(zhǔn)確而完整地表達(dá)出來，同時計算機也要能理解這個描述。這需要我們將整個描述轉(zhuǎn)化成一系列清晰的指令，這些指令要能接收滿足一定規(guī)范的輸入，并在有限的時間內(nèi)產(chǎn)生出相應(yīng)的輸出?？梢哉f算法是解決計算問題的方案，而算法思維則是使用算法來解決問題的思維方法，它最能體現(xiàn)計算機科學(xué)的特征[8]。

為了培養(yǎng)學(xué)生使用算法思維解決問題的能力，該部分內(nèi)容除了介紹算法的相關(guān)知識和概念，還介紹了內(nèi)存的工作原理及常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如數(shù)組、鏈表等），并進(jìn)一步使用生動的案例描述了遞歸算法、分治算法、貪心算法、動態(tài)規(guī)劃算法、回溯算法等常見的算法思維，讓學(xué)生掌握最基本的計算機編程知識和常用的算法思維。

（四） 計算機學(xué)科中的效率思維

從計算機誕生之日起，無論是軟/硬件系統(tǒng)設(shè)計還是各種層出不窮的應(yīng)用，效率思維都在其中起到了十分重要的作用。本部分主要介紹計算機科學(xué)家是如何用最少的資源來最優(yōu)地完成任務(wù)。硬件方面，比如計算機系統(tǒng)中的多級存儲體系，Cache-Memory-Disk三層結(jié)構(gòu)在計算機操作系統(tǒng)的管理下，有條不紊地傳遞著數(shù)據(jù)，這種形式不僅解決了存儲設(shè)備的速度和容量問題，更提高了計算機的運行效率。另外，計算機I/O系統(tǒng)的設(shè)計更是利用效率思維有效解決了不同速度設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸問題。軟件方面，操作系統(tǒng)從單道程序到多道程序，再到進(jìn)程和線程的發(fā)展過程也是效率思維的很好體現(xiàn)。另外，計算機網(wǎng)絡(luò)中也處處體現(xiàn)出效率思維，如多路復(fù)用技術(shù)、P2P技術(shù)及BT下載等。

（五） 計算機學(xué)科中的創(chuàng)新思維

創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力是信息時代人們必備的核心能力。創(chuàng)新思維是形象思維、直覺思維、邏輯思維和靈感思維等多種思維形式的有機結(jié)合，一種具有開創(chuàng)意義的思維活動[9]。本部分介紹了創(chuàng)新思維的概念、特點及限制創(chuàng)新思維的因素；然后使用諸多計算機學(xué)科領(lǐng)域中的諸多案例，讓學(xué)生感悟創(chuàng)新思維，并激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識；最后，介紹了創(chuàng)新思維的訓(xùn)練工具及實現(xiàn)方法。

（六） 計算機學(xué)科中的倫理思維

任何新技術(shù)都是一把雙刃劍，人們在享受計算機以及與計算機相關(guān)技術(shù)帶來便利的同時，也應(yīng)該遵守相關(guān)的倫理與道德。本部分主要介紹新技術(shù)的道德風(fēng)險、信息社會中個人、社會和政治的道德維度等，包括計算機倫理學(xué)、網(wǎng)絡(luò)安全與犯罪、大數(shù)據(jù)時代的隱私保護(hù)、人工智能倫理道德以及科技綁架思維等內(nèi)容。旨在引導(dǎo)和啟迪學(xué)生用倫理思維去思考和反思，在“無科技，不生活”的現(xiàn)代社會我們該如何善加利用這些新技術(shù)，使其利大于弊。

五 多樣的教學(xué)方法

作為一門通識課，我們在教學(xué)方法上也更加注重趣味性，采用了案例教學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動法以及翻轉(zhuǎn)課堂等多種教學(xué)模式。

（一） 案例教學(xué)法

教材每一章節(jié)都配有生動有趣的故事或案例。通常在每節(jié)課前，讓學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)并查閱相關(guān)資料。在課程知識點講述完畢之后，由學(xué)生派代表講述或表演這些思維故事，以增加學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和課堂的趣味性。

（二） 任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法

算法思維部分，我們主要采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法。針對常見的遞歸、分治、貪心、動態(tài)規(guī)劃、回溯等算法思維，首先拋給學(xué)生一個有趣的問題，如漢諾塔問題、Tromino謎題、商店找零問題、背包問題、八皇后問題等，讓學(xué)生分組展開討論，去尋找解決問題的辦法。然后，讓學(xué)生分析和講解他們解決問題的方案或遇到的困難，教師再將解題思路和算法思維教給大家，最后給出一個練習(xí)題，讓學(xué)生對所學(xué)的思維方法進(jìn)行鞏固訓(xùn)練。這樣的教學(xué)方法，不僅使學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)更加積極，也引導(dǎo)學(xué)生對計算機的思維過程進(jìn)行深入思考、探索和運用。

（三） 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法

倫理思維部分，我們主要采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法。針對網(wǎng)絡(luò)安全與計算機犯罪、大數(shù)據(jù)時代的隱私保護(hù)、人工智能倫理及科技綁架等議題，先給學(xué)生相關(guān)的閱讀材料，讓他們自己去搜索資料，然后形成自己的觀點和解決辦法，從而啟迪學(xué)生們對當(dāng)前計算機倫理問題進(jìn)行深入思考，潛移默化地提升他們的社會道德感。

六 多元的考核方式

為了體現(xiàn)學(xué)生和學(xué)習(xí)過程為主體的評價標(biāo)準(zhǔn)，本課程的考核方式也是多元的。其中考勤占10%，平時作業(yè)占20%，課堂表現(xiàn)（討論、展示等）占20%，期末考試占50%。在考試手段上，采用開放的論文測評法，給學(xué)生很大的發(fā)揮空間，以激發(fā)他們的創(chuàng)新思維。

七 結(jié)語

在全球信息化浪潮的席卷下，社會對人才培養(yǎng)的要求越來越趨向于用計算機工具解決專業(yè)領(lǐng)域問題，即計算思維的培養(yǎng)，而非單純的知識和技能的培養(yǎng)。本文根據(jù)財經(jīng)類院校當(dāng)前計算機基礎(chǔ)課的開設(shè)現(xiàn)狀，設(shè)計并開發(fā)了《計算思維》通識課，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的同時，兼顧其通用能力、自我認(rèn)知和人文情懷的培養(yǎng)，是促進(jìn)跨學(xué)科、復(fù)合型人才培養(yǎng)的重要課程。