高職院校計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)面向計算思維改革的探討

邱蘇林

（云南司法警官職業(yè)學(xué)院，云南 昆明650211 ）

增強計算思維能力的培養(yǎng)，已成為當前大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)改革的主旋律。2010年7月，九校聯(lián)盟（中國首批“985 工程”建設(shè)高校）在西安交通大學(xué)召開計算機基礎(chǔ)課程研討會,會議討論了新形勢下我國高水平研究型大學(xué)如何增強計算思維能力的培養(yǎng)和提高計算機基礎(chǔ)教學(xué)的質(zhì)量，并發(fā)表了計算機基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明，確定了以計算思維能力培養(yǎng)為核心的計算機基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革。2010年11月，陳國良院士在第六屆大學(xué)計算機課程報告論壇上第一次正式提出了將“計算思維能力培養(yǎng)”作為計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)改革切入點的倡議。隨后，一些高水平研究型大學(xué)圍繞計算思維能力培養(yǎng)開展了大量的研究和實踐工作，并在2012年7月西安交大召開的“第一屆計算思維與大學(xué)計算機課程教學(xué)改革研討會”上做了展示與交流。

然而，我國一流大學(xué)討論發(fā)表的C9 聯(lián)合聲明在其他類型、層次的高校中有無普遍指導(dǎo)或參考價值？ 研究型大學(xué)的基于計算思維能力培養(yǎng)的課程改革方案是否適用于應(yīng)用型大學(xué)、高職院校？作為高職院校的計算機教師，面對“以計算思維能力培養(yǎng)為核心的計算機基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革”的提法，認識上仍存有很多疑惑：計算思維概念抽象、晦澀難懂，學(xué)生能理解、接受嗎？ 高職院校計算機基礎(chǔ)教學(xué)的能力培養(yǎng)目標是否要由計算機應(yīng)用能力轉(zhuǎn)向計算思維能力？ 高職院校的學(xué)生應(yīng)培養(yǎng)什么樣的計算思維能力？ 這些是從事高職院校計算機基礎(chǔ)教學(xué)的教師應(yīng)該認真思考的重大問題。

1 計算思維不是懸空的抽象概念、并非高不可攀

2006年3月，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真教授在美國計算機權(quán)威刊物《Communications of the ACM》上對計算思維進行了清晰系統(tǒng)的闡述。她認為，計算思維是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念（即思想和方法）進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動[1]。這一概念對高職院校非計算機專業(yè)的學(xué)生來說，似乎顯得晦澀難懂，高不可攀。但仔細分析可以發(fā)現(xiàn)，計算機基礎(chǔ)課程中很多概念、知識中都蘊含著計算思維方法。

介紹計算機的產(chǎn)生、發(fā)展歷程以及計算機技術(shù)對人類社會發(fā)展進步帶來的影響，讓學(xué)生了解學(xué)科發(fā)展，認識計算機學(xué)科之美，激發(fā)學(xué)習(xí)使用計算機的愿望，讓學(xué)生理解和建立“信息、計算、智能”這三大核心科學(xué)概念，知道哪些問題是計算機可以解決、哪些是計算機不能夠解決的。

“計算機中數(shù)的表示，即數(shù)字、字符、漢字、聲音、圖像等在計算機中如何表示”，蘊含的計算思維是現(xiàn)實世界的各種信息只有轉(zhuǎn)換為0 和1 的形式，才能成為計算機可以處理的“計算對象”，進而為基于計算環(huán)境的問題求解提供可能。計算機進行問題求解首先需要解決問題的表示。

操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的管理者，它按照一定的策略管理和調(diào)度計算機的軟硬件資源，提高計算機資源的使用效率。這其中包含了如何高效實現(xiàn)資源的共享與分配、系統(tǒng)效率與驗證等方法。

計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是十分龐大而復(fù)雜的，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者并不是設(shè)計一個單一的、巨大的系統(tǒng)，而是采用分層結(jié)構(gòu)體系，對系統(tǒng)功能進行分解，然后定義出各個組成部分的功能，從而達到總體目標。這體現(xiàn)了采用抽象和分解控制龐雜的任務(wù)或進行巨大復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計的計算思維方法。網(wǎng)絡(luò)上如何控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性、完整性采用的容錯技術(shù)、校驗技術(shù)也是計算思維的典型方法之一。

從上述分析不難看出，計算思維就體現(xiàn)在一系列知識點和概念中，這些思維反映了計算、計算機的原理，高職院校的學(xué)生能夠深刻地理解。

2 高職院校計算機基礎(chǔ)教學(xué)仍應(yīng)以計算機應(yīng)用能力培養(yǎng)為核心，同時注重計算思維的培養(yǎng)

高等職業(yè)教育重點培養(yǎng)發(fā)展型、復(fù)合型和創(chuàng)新型的應(yīng)用型專門人才。高職院校計算機基礎(chǔ)教育的目標是使學(xué)生具備在各個領(lǐng)域的計算機綜合應(yīng)用能力。計算機應(yīng)用并非簡單地使用工具，而是計算機的熟練、綜合、有效地使用。計算機應(yīng)用技術(shù)涉及到基本原理、共性技術(shù)和方法。

高職院校計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)存在這樣一個矛盾：越來越多的學(xué)生接觸、學(xué)習(xí)和使用計算機較早，對大學(xué)開設(shè)的計算機基礎(chǔ)課程所講授的內(nèi)容缺乏學(xué)習(xí)的積極性；但是對于計算機基礎(chǔ)課程教授的Windows、Office 軟件、網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，有相當多的學(xué)生只掌握了其中較少的功能，應(yīng)用能力不強。多數(shù)學(xué)生入校前對計算機的應(yīng)用僅限于上網(wǎng)瀏覽或簡單的文字處理，學(xué)生對計算機的認識大多停留在“計算機是工具甚至是玩具”的層面上，僅掌握基本的知識、技能，而對計算機組成、原理等缺乏深入系統(tǒng)的理解，沒有達到能力、方法的高度。高職院校學(xué)生計算機知識能力與社會需求存在一定的差距。

計算思維的培養(yǎng)是以計算能力的培養(yǎng)為基礎(chǔ)的，一定要在能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)上進一步培養(yǎng)思維[2]。當前計算機基礎(chǔ)教育面向應(yīng)用的研究和落實做得還不夠，還需要花大力氣去做，我們不應(yīng)當認為計算機應(yīng)用的問題已解決，要轉(zhuǎn)向計算思維了[3]。計算思維能力的培養(yǎng)分類分層是必然選擇，要弄清楚計算思維對不同人群的要求[4]。高職學(xué)生大多是高考錄取成績較低的學(xué)生，他們在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、接受能力等方面與本科院校學(xué)生有一定的差距，培養(yǎng)目標也不同于研究型、應(yīng)用型大學(xué)。因此，高職院校計算機基礎(chǔ)教學(xué)層次上的計算思維能力培養(yǎng)應(yīng)有別于以上院校，有別于計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的能力培養(yǎng)要求，應(yīng)該面向計算機應(yīng)用需求，培養(yǎng)學(xué)生基本的計算思維能力。

當前高職院校計算機基礎(chǔ)教學(xué)仍然要以計算機綜合應(yīng)用能力培養(yǎng)為核心。在提高計算機應(yīng)用能力的同時，注意培養(yǎng)計算思維能力，通過注重計算思維能力的培養(yǎng)促進計算機綜合應(yīng)用能力的提高。應(yīng)用能力的培養(yǎng)和計算思維的培養(yǎng)并不矛盾，二者是相輔相成的。

3 研究計算思維對深化高職院校計算機基礎(chǔ)教學(xué)具有積極意義

3.1 有利于糾正對課程認識的偏差，確立計算機基礎(chǔ)課程在大學(xué)教學(xué)中的地位

長期以來，高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)模式以計算機應(yīng)用技能培養(yǎng)為主，這在一定程度上形成了“計算機會用即可”、“計算機基礎(chǔ)課程就是講解軟件工具的使用”等片面觀點。學(xué)生在學(xué)習(xí)計算機基礎(chǔ)課程的過程中，可能更關(guān)注計算機知識與應(yīng)用技能的學(xué)習(xí)，滿足于會使用各種各樣的軟件。從教師到學(xué)生對計算機基礎(chǔ)課程認識上存在的偏差對高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)造成了巨大的沖擊：計算機基礎(chǔ)課程學(xué)時被壓縮，甚至成了可有可無的課程，計算機基礎(chǔ)課程在大學(xué)教學(xué)中的基礎(chǔ)地位有所動搖。

出現(xiàn)這些問題的根本原因是對計算機學(xué)科的內(nèi)涵特征的把握出現(xiàn)了偏差，缺乏類似“計算思維”等先進理念的指導(dǎo)。因而，對計算機基礎(chǔ)課程的認識、定位、課程設(shè)計上有失片面。

計算機是一種具有計算功能的工具，但其科學(xué)基礎(chǔ)并不是機器本身，而是數(shù)學(xué)科學(xué)、工程學(xué)、邏輯學(xué)等。國際計算機權(quán)威組織ACM 公布的《CC2002 計算機科學(xué)教學(xué)指導(dǎo)草案》提出了在計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科中重復(fù)出現(xiàn)的12 個基本概念[5]。這些概念描述了該學(xué)科具有普遍性、持久性的重要思想、原則和方法，描述了貫穿于認識和實踐過程中問題求解的12 個基本方面。CC2002教程認為，這12 個基本方面是人們認識和實踐計算機科學(xué)與技術(shù)過程中經(jīng)常用到的基本概念，它們表達了計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科特有的思維方式。Richard m. Karp 教授提出的“計算透鏡”（computational lens） 理念也提出要將計算作為一種通用的思維方式[6]。

計算機為不同專業(yè)領(lǐng)域提供了解決專業(yè)問題的有效方法和手段，而且提供了一種獨特的處理問題的思維方式；不僅是工具，而且是可以啟發(fā)人們思考問題的科學(xué)方法。通過使用這種工具可以培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)、掌握蘊含在計算機知識中的思維方法。圖靈獎得主Edsger Dijkstra 在著名的“工具影響思維論”中指出：“我們所使用的工具影響著我們的思維方式和思維習(xí)慣，從而也將深刻地影響著我們的思維能力。”[7]計算機對各個學(xué)科的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。近年來出現(xiàn)的計算生物學(xué)( 生物信息學(xué))、計算社會科學(xué)等就是將計算思維和計算技術(shù)用于各學(xué)科領(lǐng)域形成的一些跨學(xué)科的新學(xué)科，它們的出現(xiàn)改變了有關(guān)專業(yè)的科學(xué)工作者的思維方式。

基于以上分析，高校計算機課程的設(shè)置不僅為了讓學(xué)生掌握計算機技術(shù)，而且為了培養(yǎng)具掌握計算機學(xué)科的核心思維和方法。通過計算機課程的學(xué)習(xí)培養(yǎng)科學(xué)思維能力，養(yǎng)成計算思維的素質(zhì)和能力。這樣一來，計算機課程就與數(shù)學(xué)課程、物理課程一樣有特定的教學(xué)目的，其重要性也就不言而喻。

3.2 有助于增強學(xué)生的計算機綜合應(yīng)用能力

計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科包括科學(xué)與技術(shù)兩個方面。科學(xué)側(cè)重于研究現(xiàn)象、揭示規(guī)律；技術(shù)則側(cè)重于研制計算機和研究使用計算機進行信息處理的方法與技術(shù)手段。科學(xué)是技術(shù)的依據(jù)，技術(shù)是科學(xué)的體現(xiàn)，科學(xué)與技術(shù)相輔相成、相互作用，二者高度融合是計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的突出的特點，主要表現(xiàn)為理論性和實踐性緊密結(jié)合的特征。計算機課程的教學(xué)組織應(yīng)該從學(xué)科的本質(zhì)特點出發(fā)。一方面，挖掘計算機學(xué)科的基本概念和方法，計算機解決問題的思路，講知識的同時，注重貫通這些知識的思維，促進計算機技術(shù)的應(yīng)用；另一方面，基于一定的操作應(yīng)用理解技術(shù)背后的學(xué)科思維方法。

課程應(yīng)從思維而非細節(jié)的角度，使學(xué)生對計算機本身及其應(yīng)用方式有一個全面的了解和理解，從而有助于培養(yǎng)學(xué)生在實際中綜合應(yīng)用計算機的能力。教學(xué)中，應(yīng)挖掘計算思維，有意識培養(yǎng)計算思維，促進學(xué)生素質(zhì)能力的提升。

[1] J.M.Wing. computational Thinking [J]. Communications of the CM,2006,49(3):35.

[2] 李廉. 計算思維——概念與挑戰(zhàn)[J].中國大學(xué)教學(xué),2012(1).

[3] 譚浩強. 研究計算思維，堅持面向應(yīng)用[J].計算機教育,2012(21).

[4] 馮博琴. 對于計算思維能力培養(yǎng)“落地”問題的探討[J].中國大學(xué)教學(xué),2012(9).

[5] 黃國興，等.中國計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教程2002[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

[6] Karp r m. understanding science through the computational lens[J]. Journal of computer science and technology,July 2011,26(4).

[7] 王飛躍. 從計算思維到計算文化[EB/OL]. [2012-09-15]. http://www.docin.com/p-71046882.html.