基于计算思维的大学计算机基础课程教学

摘 要 ： 首先分析了计算思维的定义,提出了计算思维内容的核心,揭示了计算思维的本质；然后指出了计算机基础教学中计算思维的无意识、潜移默化教学的不良现状；最后提出了计算机基础课程面向计算思维教学改革的策略.

关 键 词 ： 计算思维；大学计算机基础；教学

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）01-0248-02

0 引言

“大学计算机基础”是目前国内高校非计算机专业的计算机教育公共基础课程.课程主要由理论知识讲授和操作技能训练两部分组成.理论教学主要包括：计算机软、硬件技术与网络技术的基本概念、计算机信息系统安全、数据库技术基础、程序设计与算法基础、多媒体技术基础等方面的内容.操作技能训练包括：Windows操作系统的一些基本操作和常用软件的使用,主要是Office办公自动化软件、网页制作软件及图像处理软件等.

2010年10月在“第六届大学计算机课程报告论坛”上,由中国科学技术大学陈国良院士提出将计算思维引入大学计算机基础教学,从此计算思维得到了国内计算机基础教育界的广泛重视.利用计算机基础教学来培养大学生的计算机思维能力,让学生学会利用计算思维去思考、解决问题,对提高计算机基础教学水平、培养优秀人才具有重要的意义.

1.计算思维的内容

美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真（Jeante M. Wing）教授于2006年3月在美国计算机权威期刊《Communications of the ACM》上给出[1],并定义的计算思维（Computational Thinking）是：运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为,它包括了涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[2].这一概念深度概括和抽象,让人难以理解,同时周教授又把计算思维引伸成七大类方法.由于教学对象是非计算机专业学生,无论是概念还是进一步引伸,仍然显得晦涩难懂,对教学工作几乎不存在可操作性,需要探讨研究,力图重新规划成可以开展教学的问题.经过探讨分析,大家发现周以真教授对计算思维的论述涵盖了“意识、方法和本质”三个方面问题：

1.1 计算思维意识 计算思维从古至今,无所不在.计算思维的内容在不断地拓展延伸.所以计算思维并不是一种新发明,而是人类早已存在的思维活动,是每个人都具备的一种技能.目前,计算思维与理论思维、实验思维一起已被公认为人类的三大科学思维.数学学科以推理和演绎来培养理论思维（即推理思维）,物理学科以观察和总结自然规律来培养实验思维（又称实证思维）,计算机学科以设计和构造来培养计算思维（又称构造思维）计算思维的案例在计算机基础教学中也是处处存在的.关键是人们如何把计算思维从无意识变为有意识,从被动变为主动地去解决各类问题.

1.2 计算思维方法 计算思维内容的核心是计算思维方法,周以真教授将其引伸为七大类方法.总而言之,可概括成两大类：一类是出自数学和工程的方法；另一类是出自独有的计算机科学方法.计算思维与计算方法彼此促进,彼此互补.计算思维方法是通过计算方法对计算思维研究取得的成果进行反复研究和吸收来丰富内容的.

在大学计算机基础课程中,几乎每一个定义都与计算思维方法相对应.例如,Cache是预置和缓存方法,多核处理器是并行处理方法.[3]在计算机应用课题中,每一个案例都是多种计算思维方法的集合.

1.3 计算思维的本质 计算思维的根本内容即其本质是“抽象化”和“自动化”.与数学和物理科学相比,计算思维中的抽象完全超越物理时空观,并完全用符号来表示.数学抽象的最大特点是抛开现实事物的物理、化学和生物学等特性,而仅保留其量的关系和空间形式,而计算思维中的抽象化却不仅仅如此.不仅有形式化表示,而且表示还应具备有限性、程序性和机械性.

2.计算思维教学现状

①计算思维教学的无意识的.由于计算思维的研究不是很成熟,又因为计算机应用的根本是求解问题,而且问题求解的方法就是计算思维的方法,所以计算机基础教育者都在无意识、潜移默化地实行计算思维教学.②对培养计算思维能力的重要性缺乏认识.以前,人们普遍观点是计算思维是计算机应用能力之一,没有真正意识到它是人类的三大科学思维之一,是推动人类文明发展和科学进步的三大支柱之一,是21世纪人才必备的根本技能.所以,从某战略高度将计算思维从计算机应用能力中突显出来,作为学习者的一种基本技能来实施教学.③教学只注重技术与应用,却忽视了思维方法.由于开发软件或系统是计算机应用的最终目的,因此教学上只重视它们的开发过程和细节,而忽视了引导计算机应用的思维方法教学.因此计算机基础教学必然要将课程提升至思维教学的高度.

3.面向计算思维的教学改革策略

①开展计算思维教学是大学计算机基础课程原有内容的提高和优化,并不是颠覆.将计算思维与基础课程进行有机的结合,计算思维教学由无意识变有意识,由被动变主动,有消极变积极.②大学计算机基础应是综合“技能、知识和思维”三方面内容的课程.所有学生必须熟练掌握计算机的基本操作技能.以往在计算机基础教学中教师着重是知识讲解及传授,而忽视了计算思维的培养.今后教师需将课程内容的知识点重新整理,在传授理论知识的同时把计算思维方法直接传授给学生.并通过案例分析、课堂讨论等方式,来强化学生思维能力的培养,让学生掌握运用计算思维来求解问题的方法步骤.③训练计算思维的课程有很多,但是“大学计算机基础”是训练大学生计算思维的最佳课程,因为它是各类高校所有学生必修的课程.根据目前高校计算机基础教学普遍采用“1+X”或“2+X”的课程体系,我认为在开展计算思维教学中,关键是“大学计算机基础”,重点是“程序设计课程”,目的是“X门应用课程”.学生通过大学计算机基础课程的学习,应能在一个较高的层次上利用计算机、认识并处理计算机应用中可能出现的问题,并且能够将计算机科学中的一些理念、技术和方法有意识的借鉴、运用到各自的专业学习中.④我校作为应用型的高职高专院校,不能简单照搬本科高校的教学内容.而应把计算思维的理念融入到探究教学中,运用计算思维的方法来调动学生的主动性、合作性、发展性、创造性,提倡以学生为本,进而更好地发挥二者的效力,综合利用计算思维的教学策略,构建以教师为主导,学生为主体,以能力培养为目标的思维教学新意图.根据基于计算思维的探究教学方案,我们采用案例教学法学习计算机基础课程,从而通过探究计算思维来提高教学效果和培养学生思维能力.具体做法：1）通过挖掘课程教材,提出方案问题.2）运用计算思维的方法来启发学生思考.在这一步骤中,学生根据教师提出的问题,思考解决的方案.教师在课堂上发挥主导作用,运用计算思维方法来启发学生,帮助学生,引导学生.3）实时提供资源,帮助学生自主探究学习.4）提供协助,让学生小组协作运用计算思维解决问题.5）总结拓展.这一步的关键是教师对问题进行交流归纳,总结经验,拓展传递知识.学生运用所学方法讨论、反思、迁移知识.