高校计算机基础教学中计算思维能力的培养

摘 要：介绍了计算思维概念的定义和内容,分析了高校计算机基础教学中存在的问题,简单阐述了在计算机基础教学中进行计算思维能力培养的若干观点.

关 键 词：计算机基础教学；计算思维；计算机

作者简介：徐新艳（1980-）,女,江苏靖江人,南京工业大学电子与信息工程学院,讲师；孙冰（1977-）,女,江苏南京人,南京工业大学电子与信息工程学院,讲师.（江苏南京210009）

中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1007-0079（2014）05-0123-02

在我国,高校计算机基础教学已经普及了很长一段时间了,其教学对象主要是刚刚踏入大学校门的一年级非计算机专业新生,学生专业涵盖了理学、工学、农学、医学、管理学、教育学、哲学、经济学、法学、文学、历史学等几乎所有领域,这是与目前计算机在社会经济发展各个领域高度渗透的潮流趋势是相适应的.

但随着计算机硬件的飞速发展,计算机设备的日益更新,计算机对于大学生来说不再新奇与陌生.计算机应用软件的层出不穷也让很多大学生更多地沉迷于使用计算机进行简单轻松的娱乐、社交、网购等活动中无法自拔,从而忽略了真正该去学习和掌握的计算机辅助工作、辅助学习的技能.而计算机基础教学中一些客观存在的问题（如学时少、教学内容广等）长期得不到解决,导致教师教学任务太重,教学设计无法兼顾趣味性和互动性,陷入一种疲劳而无奈的填鸭式教学,学生也对所学内容越来越感到枯燥无趣,难以消化.逐渐地,很多人对高校计算机基础教学产生了信任危机,对其课程的存在产生了质疑.高校计算机基础教学的改革迫在眉睫,而近年来逐步兴起的计算思维的教学理念,为高校计算机基础教学的未来发展亮起了一盏明灯.

一、计算思维概念的提出

2006年3月,美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真（JeanteM.Wing）教授在美国计算机权威期刊《CommunicationsoftheACM》杂志上给出并定义了计算思维（ComputationalThinking）这一概念.[1]2008年6月,ACM（AssociationforComputingMachinery,美国计算机协会）在网上公布的对CS2001（CC2001）进行中期审查的报告（CS2001InterimReview）（草案）,开始将周以真教授倡导的“计算思维”与“计算机导论”课程绑定在一起,并明确要求该课程讲授计算思维的本质.[2]2008年10月31日至11月2日,我国高等学校计算机教育研究会在桂林召开了一次关于“计算思维与计算机导论”的专题学术研讨会,探讨了科学思维与科学方法在计算机学科教学创新中的作用.来自全国80多所高校,包括70多位计算机学院院长、主管教学副院长在内的近百名专家出席了会议.[3]自2010年10月中国科学技术大学陈国良院士在“第六届大学计算机课程报告论坛”上倡议将计算思维引入大学计算机基础教学以后,计算思维得到了国内计算机基础教育界的广泛重视.[4]

计算思维是目前国际计算机界广为关注的一个重要概念,也是我国当前计算机基础教育需要重点研究的重要课题.而高校计算机基础教学面向的对象是已有明确专业方向并且即将步入社会参与社会分工的大学生们,因此更应该将计算思维作为今后改革的一个重要思路,使未来的计算机基础教育能够打破目前的僵局,更好地去为学生的专业学习怎么写作.

二、计算思维的内容及理解

其实,计算思维的思想自古至今在人们的工作、学习和生活中处处存在,只是一直没有得到系统的阐述和理论的提升.比如做一道数学题、规划一条旅游线路、设计一次课堂教学等等,每一个例子都涉及了问题的提出、理解、设计及求解等过程,都使用到了计算思维的方法.

计算思维是人本来就有的,不是刻板的技能,是多个层次的抽象.计算思维早在计算机出现之前就已经存在了.计算机出现后,人将自身的计算思维的成果交给计算机去实现自动化.计算机计算能力强大,但却没有主动的思维能力,只能对人安排好的步骤去解决问题.而人的计算思维则具有主动性和创造力,人能借助自身的聪颖和想象力赋予计算机以智能和,使得计算机的工作不再机械和枯燥.

周以真教授将计算思维这一思想上升到了理论的高度,不仅提出了计算思维的概念和定义,认为计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计,以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动.同时她还对计算思维作了更详细的表述,将计算思维概括为具体的七大类方法.[1]

计算思维不仅适用于计算机学科,而且适用于所有能用计算机去进行辅助研究的学科.计算机学科具有广泛的社会基础,而计算思维是所有人都具备的潜在思维.计算思维具有规约、嵌入、转化、仿真、递归、并行、抽象、分解、保护、冗余、容错、纠错、系统恢复、启发式、规划、学习、调度、折中,优化等特征点,贯穿了人们解决实际问题的始终,包含了解决各种问题以及解决问题的各个阶段所有可以采用的核心思想.

三、在计算机基础教学中应注重计算思维能力的培养

计算机基础教学主要分为两大类,一是计算机基础理论学习,二是程序设计基础学习.计算机基础理论的每一章都对应了计算机专业的一门主干课程,内容系统而全面.程序设计基础内容从语法到算法,知识点零散且繁多.如果教师不将这些内容进行精心的组织和提炼就一股脑灌输给非计算机专业的学生,那么效果可想而知.进行概念填空式的教学方式已被证明不可行,教师不能再像以往那样专注于知识点的细枝末节.以前教师都是将整个课程作为一个完整的教学活动,平时讲授基本知识点,最后通过期末考试对学生学习效果进行评价.学生在学习每章的知识点时并不知道这些知识点之间有什么联系,也不知道有什么实际用途.学习完后没有及时通过形象的系统案例辅助记忆,所以遗忘也很快.期末考试只能测试出学生的应试能力,并不能测试出学生利用所学知识解决问题的能力.计算思维的培养恰好能够解决这个问题.教师应根据知识点的分布将整个课程分成若干个小的教学活动,不再照本宣科,而是从为什么学、怎样去学、如何才能学得好、学了有什么用这几个方面去设计每一次的教学活动,启发学生如何去思考,发掘学生潜能,每一次的教学活动都是对学生计算思维的一次锻炼.

1.理论知识的学习

学生理论知识的学习主要以课堂教学为主.传统的课堂教学都是以教师讲为主,偶尔的师生互动也仅限于知识点的问答,学生的主观能动性得不到发挥,计算思维能力得不到培养.教师在课堂教学设计时,应注重资料准备工作,对新知识点的讲授不能仅依赖于课本,而更应该联系实际,特别是联系学生所学专业.比如在对化学专业的学生讲授二进制和八进制时,可将其与化学元素分布规律联系起来,这样不仅激发了学生的兴趣,而且在无形中将枯燥的纯计算机知识变得通俗易学,记忆深刻.教师在课堂上还应该鼓励学生走上讲台,勇敢发表对所学知识的理解.一旦学生主动思考了,那他们就会很自然地去分析问题,收集信息并找到途径解决问题.而教师要做的就是抛出问题,对学生解决问题的方式方法提出切实的建议,帮助学生进步.

2.实践环节的训练

对于计算机基础教学来说,实践环节主要分为基本操作和大作业两部分.基本操作部分由学生根据实验指导书的要求按部就班完成,大作业则由教师根据教学目标来设计.大作业是对学生基本操作部分学习情况的一个综合的考核办法,既测试了学生的基本技能,又培养了学生协同创新的能力.大作业为学生计算思维能力的培养提供了很好的途径.教师设计大作业时应将规约、嵌入、转化、仿真、递归、并行、抽象、分解、保护、冗余、容错、纠错、系统恢复、启发式、规划、学习、调度、折中,优化等计算思维的特征点融入其中,简化实验要求,明确实验目的,预留给学生较大的自由发挥的空间.如PowerPoint大作业的布置,可对分组人数、幻灯片的数量、考核知识点（如超链接、图表、声音等）、演示时间等进行限制,但对文稿主题不做要求.学生在完成大作业时可最大程度地发挥创造力,主动思考,参与到寻找主题、搜集资料、学习技术、测试效果、成果演示一系列的活动之中,真正体会到自己才是教学活动的主体,从而更加积极地投入到下一次的集体教学活动中去.

四、总结

美国人已经提出,在2050年以前要让地球上每一个公民都具备“计算思维”的能力,要扫“计算机盲”.[5]这里所指的计算机盲并不是指没有接触过计算机,没有掌握计算机基本操作的人,而是指不会利用计算思维解决问题的人.计算思维与人们的工作和生活密切相关,计算思维理所当然地应当成为人类不可或缺的一种生存能力.计算机基础教学不再仅是教授计算机概念知识和基本操作,而是教会学生利用计算机学科思维去解决实际问题.目前,计算思维在我国还处于比较抽象的概念性传播和学习阶段,还不能直接全面地应用到教学中去.计算思维与具体教学内容的结合案例还需要不断地去研究和探索.

[3]牟琴,谭良.计算思维的研究及其发展[J].计算机科学,2011,

38（3）：10-15.

[4]龚沛曾,杨志强.大学计算机基础教学中的计算思维培养[J].中国大学教学,2012,（5）：51-54.

[5]袁开榜.二十一世纪,人们应该具有计算思维能力[J].计算机教育,2011,（3）：30-33.

（责任编辑：王意琴）