非計算機專業(yè)計算機公共基礎(chǔ)課程中計算思維體現(xiàn)的必要性

摘要：目前，在社會信息化程度不斷提高等原因的推動下，非計算機專業(yè)大學(xué)計算機公共基礎(chǔ)教育的現(xiàn)狀越發(fā)令人擔(dān)憂。而且在全球大環(huán)境下，能夠運用計算機科學(xué)所賦予的計算方法等手段解決難點問題的卓越人才是國家迫切需要的。恰恰這種解決難點問題的能力培養(yǎng)與計算思維進課堂的理念相對接。而計算思維理解的深入、能力的深化必須借助計算機科學(xué)的相關(guān)知識。本文中筆者給合自己的看法對計算思維的定義、與計算機的關(guān)系以及計算思維如何體現(xiàn)在計算機基礎(chǔ)教育中進行了闡釋。

關(guān)鍵詞：計算思維；非計算機專業(yè)；計算機；基礎(chǔ)教育

一、計算思維與計算機的關(guān)系

計算思維是一種思維方式，是建立在計算機理論基礎(chǔ)知識之上的思維方式，是在了解計算機的計算方法與工作方式的前提下，使用計算機這一工具，計算這一手段，通過約簡、嵌入、轉(zhuǎn)化、仿真、抽象和分解等方法使困難的問題得以簡化，最終求出結(jié)果或得到結(jié)論的一種思維方式。但計算思維又絕不僅僅是人在迎合計算機的思維方式。計算思維是人的思維方式，通過這種思維方式引導(dǎo)計算機工作以達(dá)到其目的的一種思維方式。而且計算思維是隨著計算機相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種思維方式，因此也是一種新的思維方式。

二、計算思維與非計算機專業(yè)計算機基礎(chǔ)教育的關(guān)系

1.計算思維存在的普遍性。計算思維涉及運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類的行為。由于計算機及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)具有普遍性，那么計算思維也不應(yīng)該僅僅是學(xué)習(xí)或從事計算機專業(yè)人士的一種技能。計算思維并不區(qū)分專業(yè)與領(lǐng)域，尤其應(yīng)該將其融入到處于思維活躍期的各專業(yè)大學(xué)生的解析能力當(dāng)中。周以真教授在對計算思維的闡述中提到兩點，一點是“計算思維是一種根本技能，是每一個人為了在現(xiàn)代社會中發(fā)揮職能所必須掌握的”；另一點是“計算思維無處不在，當(dāng)計算思維真正融入人類活動的整體時，它作為一個問題解決的有效工具，人人都應(yīng)掌握，處處都會被使用”。自然，它應(yīng)當(dāng)有效地融入每一堂課之中。各專業(yè)學(xué)生進入大學(xué)所能接觸到的計算機類課程就是非計算機專業(yè)公共基礎(chǔ)課，其責(zé)任首當(dāng)其沖。

2.計算思維在計算機基礎(chǔ)教育中的主導(dǎo)作用。孫家廣院士指出“計算機科學(xué)界最具有基礎(chǔ)性和長期性的思想是計算思維”。2010年7月，教育部高等學(xué)校計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會在西安會議上，發(fā)布了《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》，確定了以計算思維為核心的計算機基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革。

美國科學(xué)基金會（NSF）2005年底至2006年初鑒于計算機教育中出現(xiàn)的問題組織多領(lǐng)域?qū)＜曳謪^(qū)域進行了研討，得出的報告中就涉及“大學(xué)第一年計算機課程的構(gòu)建問題”以及“多學(xué)科的融合問題”。計算機公共基礎(chǔ)課是非計算機專業(yè)學(xué)生系統(tǒng)掌握計算機相關(guān)知識的首要渠道，教學(xué)的重點應(yīng)放在如何教會學(xué)生計算思維，讓他們能熟練地運用于本學(xué)科中。計算思維在課程中的融入與滲透不僅會讓學(xué)生掌握一種解決問題的良好的思維方式，同時會幫助學(xué)生在大學(xué)學(xué)習(xí)過程中逐步形成優(yōu)良的專業(yè)素質(zhì)和職業(yè)素養(yǎng)，使學(xué)生對個人的專業(yè)發(fā)展有明確的定位。各種情況均說明只有大學(xué)非計算機專業(yè)計算機基礎(chǔ)課程才能做到將計算思維的能力傳遞給各專業(yè)的學(xué)生。因為其既是一門給出計算機科學(xué)基礎(chǔ)概念及相關(guān)知識的計算機課程，又是一門面向不同專業(yè)的課程。

三、大學(xué)非計算機專業(yè)計算機基礎(chǔ)教育現(xiàn)狀分析

對于非計算機專業(yè)大學(xué)計算機公共基礎(chǔ)教育的現(xiàn)狀，各位專家學(xué)者早就提出了其中存在的問題，而且，在社會信息化程度不斷提高等原因的推動下，原有問題日益嚴(yán)重與激化，新的問題也在不斷涌現(xiàn)，筆者認(rèn)為主要的問題可歸納為以下兩點。

1.對“計算機公共基礎(chǔ)課程”重視程度不足的問題。隨著計算機的全面普及以及計算機嵌入式設(shè)備的發(fā)展，大家對計算機越來越熟悉，計算機再也不是遙不可及的高端設(shè)備，而變成了老少皆宜的“家用電器”，大家操作起來都得心應(yīng)手。相應(yīng)的，學(xué)校的教育教學(xué)主管部門和學(xué)生甚至任課教師都越來越輕視該課程。計算機基礎(chǔ)課程不應(yīng)被輕視，因為計算思維的推廣與普及必須借助計算機科學(xué)這一平臺。教育工作者尤其應(yīng)該從戰(zhàn)略高度將計算思維從計算機應(yīng)用能力上提升出來，作為人的一種基本技能來教學(xué)。這樣必然大大提升計算機科學(xué)的地位，也必然大大提升與計算機科學(xué)相關(guān)的課程的地位。

2.課程定位與課程內(nèi)容設(shè)置不合理的問題。這一問題也是上一問題出現(xiàn)的原由，一般來講都是將計算機工具化，這樣必然使計算機科學(xué)受到輕視，與計算機科學(xué)相關(guān)的課程也必然受到輕視。計算機公共基礎(chǔ)課從國家層面對這門課程的定位就是基礎(chǔ)課程，也就是與數(shù)學(xué)、物理相同地位的基礎(chǔ)課程。既然是基礎(chǔ)課程，課程的教學(xué)方法就應(yīng)該像數(shù)學(xué)與物理一樣，以講授學(xué)科的基礎(chǔ)概念為主。現(xiàn)在絕大多數(shù)非計算機專業(yè)計算機基礎(chǔ)課包含的內(nèi)容多而雜，網(wǎng)絡(luò)也講一點，硬件也講一點，人工智能、數(shù)據(jù)庫也講一點，除此之外就是主要以O(shè)FFICE辦公軟件的應(yīng)用為主。此外，再附以一門高級語言，教會學(xué)生學(xué)會諸如求“1～100的累加和”等程序。大學(xué)計算機教育用了一年甚至兩年的時間做的是社會培訓(xùn)或?qū)W生自學(xué)就能快速完成的工作。很顯然，理論薄弱而只求作為簡單工具使用，這種認(rèn)知必然對計算機科學(xué)的認(rèn)識淡化，無助于對計算技術(shù)中最重要的核心思想與方法的掌握。

四、計算機基礎(chǔ)教育中融入計算思維的構(gòu)想

針對非計算機專業(yè)大學(xué)計算機公共基礎(chǔ)教育目前存在的問題，各地學(xué)校也都進行了積極的教學(xué)改革。例如“分層次教學(xué)”、“任務(wù)驅(qū)動教學(xué)”、“加大實驗課時”等多種教學(xué)改革方案，也收到了一定的成果。但可以想見，上述提到問題的最好解決方案就是在課程中融入計算思維。目前，國家對于在計算機教學(xué)中體現(xiàn)計算思維是充分認(rèn)可并滿懷期待的。西安會議上已經(jīng)確定了以計算思維為核心的計算機基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革方案，余下的工作就是各級教育部門與教育工作者如何在計算機課程的教育教學(xué)中進行實施與推進。

周以真教授對計算思維定義中的闡述中涉及的很重要的內(nèi)容就是計算思維是考量如何運用計算機科學(xué)相關(guān)知識去更簡單、更有效、更快速地求解問題，得出最佳的結(jié)果。因此絕大多數(shù)教師都在無意識地、潛移默化地在教學(xué)中融入了計算思維的內(nèi)涵。只不過由于計算思維的提出與受重視的時間并不長，大家沒有意識到而已。那么如何在計算機基礎(chǔ)教育中融入計算思維這一問題的主要工作就在于將計算思維教育戰(zhàn)略高度化、意識形態(tài)化以及系統(tǒng)化。但這一融入具體如何實施是一項巨大的系統(tǒng)工程，筆者結(jié)合相應(yīng)學(xué)者的研究資料對該問題進行了系統(tǒng)的思考，并在所講授課程中進行了簡單的實驗，可表述如下。

1.講授內(nèi)容的調(diào)整。在課程教學(xué)中要想更好地體現(xiàn)計算思維，需要對課程定位、教學(xué)大綱、教學(xué)日歷以及教學(xué)內(nèi)容進行調(diào)整。由于這需要學(xué)校教務(wù)部門的審批無法全面鋪開，但在教學(xué)過程中還是應(yīng)該盡量系統(tǒng)地培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。在《計算機文化基礎(chǔ)》課程中較為具體與形象地給學(xué)生講授計算思維的基本內(nèi)容，使學(xué)生了解人與計算機能力的局限性，了解計算思維解決問題的一般步驟，理解計算在問題解決過程中所發(fā)揮的作用。而壓縮了諸如同一知識點重復(fù)訓(xùn)練的多個EXCEL案例。在程序設(shè)計課程中拿出更多的課時進行算法設(shè)計以及程序執(zhí)行過程等的講授，而相應(yīng)地轉(zhuǎn)變了以往對每個命令及語句的具體訓(xùn)練。

2.作業(yè)及實驗任務(wù)的調(diào)整。在課堂上更多地給學(xué)生預(yù)留出思考的時間。對于實驗任務(wù)的設(shè)置也更明顯地體現(xiàn)計算思維。例如，對理工類的學(xué)生，教師將從問題抽象化描述、問題表示、模型建立、尋求解決方案、算法設(shè)計、機器實現(xiàn)等步驟一一進行引導(dǎo)，增加學(xué)生體會計算思維本質(zhì)內(nèi)容的機會，鼓勵學(xué)生發(fā)展更廣闊的思維，更多樣的解決問題的方法，這也增強了學(xué)生以更簡單有效的方法完成任務(wù)的愿望。

3.區(qū)別對待不同類型、不同層次的學(xué)生。在教學(xué)中對于理工類學(xué)生加強系統(tǒng)設(shè)計與算法設(shè)計的訓(xùn)練，對于文史類學(xué)生較理工類學(xué)生在更多考量美學(xué)的基礎(chǔ)上偏重工作中的實際應(yīng)用。對于本科學(xué)生也較專科學(xué)生給出了較多的基礎(chǔ)理論內(nèi)容，并給予了更深層次的引導(dǎo)。

雖然計算思維在筆者的課程教學(xué)中無論質(zhì)與量的體現(xiàn)都很薄弱，但這無疑是一個良好的開端。對于計算思維如何更好地在非計算機專業(yè)計算機基礎(chǔ)教學(xué)中體現(xiàn)，并達(dá)到其應(yīng)達(dá)到的效果是一個系統(tǒng)化、長態(tài)化的復(fù)雜工作。同時也是與教育相關(guān)的部門、組織與個人息息相關(guān)的。不斷學(xué)習(xí)、探索、實踐與總結(jié)是唯一解決之路。

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作者簡介：傘穎（1979-），女，黑龍江哈爾濱人，工學(xué)本科，講師，哈爾濱廣廈學(xué)院計算機系教師，從事計算機專業(yè)基礎(chǔ)課與公共基礎(chǔ)課的教學(xué)與研究。