大學計算機基礎教學中計算思維能力的培養

何 鹍，葉 昕

(1.長春師范大學計算機科學與技術學院，吉林長春 130032；2.吉林大學數學學院，吉林長春 130012)

大學計算機基礎教學中計算思維能力的培養

何 鹍1，葉 昕2

(1.長春師范大學計算機科學與技術學院，吉林長春 130032；2.吉林大學數學學院，吉林長春 130012)

本文討論目前計算機基礎課程教學中存在的問題，闡述了計算思維的概念及其特征，并結合大學計算機課程在教學改革中的實際效果，研究如何在大學計算機基礎教學中培養學生的計算思維能力。

大學計算機基礎；能力培養；計算思維

大學計算機基礎課程是大學生進入大學校園后要學習的第一個計算機課程，目前多數高校把這門課程作為大學生必修的公共基礎課。根據各高校的不同要求，課程內容大體上包括計算機發展史、計算機軟硬件系統、操作系統、Office辦公軟件、計算機網絡、多媒體技術、數據結構、數據庫基礎、軟件工程、計算機安全等。課程要求學生掌握計算機科學的基礎知識，使用計算機解決工作和生活中的實際應用問題，為今后更好地學習和掌握信息技術奠定基礎。

大學計算機基礎課程在當前的教育環境中依然具備非常重要的作用。在現實中，這門課程非但沒有受到重視，反而面臨著嚴重的危機。實際教學中的問題主要體現在以下幾個方面：第一，“狹義工具論”認為計算機基礎就是計算機工具及其使用方法；第二，教材基本上是有關領域的濃縮版，各個領域的講解不能深入，導致學生學習興趣下降，逃課的比例增高；第三，計算機基礎課教學學時被壓縮，教學資源配置不充分，課程面臨被裁減的危機。由此，教育部高等學校計算機基礎課程教指委在2010年明確提出計算機基礎課程應成為大學通識類課程，與大學通識類課程地位相對應。

1 計算思維的概念與特征

計算思維的概念最早由美國卡內基·梅隆大學的周以真教授提出，指運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統和理解人類行為，英文翻譯為Computational Thinking，簡稱CT，其本質為抽象和自動化。

計算思維有如下特征：(1)概念化而不是程序化。計算思維是用計算機科學的邏輯去思維，而不是用計算機來編程；(2)根本的而不是刻板的技能。計算思維是每個人為了發揮自己的作用和職能所掌握的集中的根本技能，而不是刻板的簡單重復的技能；(3)人的而不是計算機的思維。計算思維是人們求解問題的一種途徑，是人的思維的體現，計算機提供了強大的計算能力來實現人的思維。(4)是思想的而不是人造品。計算思維為我們提供的是一種解決問題的思維途徑和概念，用于解決生活中的問題，而不是物理的軟硬件產品；(5)數學和工程思維的互補與融合。計算機科學的本質來源于數學思維，計算機科學的發展是伴隨著工程的管理與實施而來的，因此計算思維是數學和工程思維的互補與融合。(6)面向所有的人、所有地方。計算思維真正融入到人們的生活后，可以在任何地方為任何人所使用，是一種解決問題的有效工具?？梢?，計算思維的標志是有限性、確定性和機械性，計算思維的結論應該是構造性的、可操作的。因此，計算思維絕不僅僅局限于與計算機科學相關的思維，而是人類科學思維的一個構成部分，由于計算機的發展大大提高了這種思維的應用。

2 大學計算機課程的改革進程

教育部高教司2012年下發《關于公布大學計算機課程改革項目名單的通知》，確定了22個研究項目，標志著以計算思維能力培養為切入點的大學計算機課程改革進入一個新的階段。從理論層面研究了計算思維的內涵、表現形式；從系統層面科學規劃了課程的知識體系結構；從操作層面將大學計算機基礎課程建設成為培養學生計算思維能力的有效途徑；從實踐層面推動一批高校按照不同的培養目標和專業需求開展改革探索。

(1)開展廣泛的調研工作。2013年3月，教育部大學計算機課程教指委組織專家訪問了香港浸會大學、香港中文大學和澳門大學3所高校，調研港澳高校計算機通識教育情況。2013年7月，教育部大學計算機課程教指委組織專家到美國參加微軟夏季教育高峰論壇，會見計算思維倡導者周以真教授，訪問西雅圖大學、斯坦福大學、加州大學伯克利分校，調研美國高校第一門計算機課程的開設情況。(2)梳理計算思維教學體系。借鑒Denning“偉大的計算原理”的分類方法，同時參考CC1991的核心概念和周以真的基礎概念。(3)建立計算思維教學體系與課程教學內容的對應關系。(4)提出計算機基礎課程改革的三種模式：模式一為方法推動式，即內容基本不變，改進教學方法；模式二為內容重組式，即內容小范圍調整，突出重點，適當增刪；模式三為全面更新式，即內容提升，大幅度更新。(5)課程教學資源建設。編寫能夠及時反映最近教學改革思路和人才培養方案的教材，注重內容的更新以及方法的創新。同時建設與教材相配套的數字化資源，進而建設課程教學平臺、相關教學軟件，充分利用現代教育技術手段，提高教材的建設質量。(6)試點與培訓。在項目內要保證試點學校、專業數量和參與試點的學生數量。在全國范圍內，開展一系列任課教師的研修活動，推動課程教學改革，持續提高大學計算機基礎課程教學水平。

3 在大學計算機基礎教學中培養學生的計算思維能力

當前的大學計算機基礎教學普遍按照《關于進一步加強高等學校計算機基礎教學的意見》，采用“1+X”形式的課程安排體系，計算機基礎教學的課程內容和體系已經比較規范化和科學化，教學改革已具備良好的基礎，不需要顛覆原有的課程內容，只需在原有內容的基礎上進行提高和優化即可。應將計算思維和原有教學內容有機地結合，實施有意識的、主動的、積極的思維教育。這一過程涉及學時的重新分配、課程體系結構的調整等。這些內容在變更的時候還需要考慮到所涉及的專業背景，根據具體情況來統籌安排，在保證以計算思維能力培養為目標的同時體現出區分度。

計算機基礎教學面向計算思維進行教學改革，是“十二五”期間大學計算機課程改革的重心。計算機基礎課程體系設計也面臨著全新的機遇與挑戰，計算機教育在大學整體教育中的重要性更加突出。計算思維為我們提供了理解物理、社會以及其他現象的一個新視角，指出了解決問題的一種新途徑，其強調創造知識而非使用信息，從而提高人們創造及創新的能力。以計算思維為導向的計算機基礎課程改革，能夠更好地提高大學生的思維水平和認知境界，并拓展他們對現代技術的認知和理解。

[1]陳國良,董榮勝.計算思維與大學計算機基礎教育[J].中國大學教學,2011(1):7-11.

[2]李廉.計算思維——概念與挑戰[J].中國大學教學,2012(1):9-14.

[3]Jeannette M.Wing.Computational Thinking[J].Communications of the ACM,2006,49(3):33-35.

[4]戰德臣,聶蘭順,徐曉飛.“大學計算機”——所有大學生都應學習的一門計算思維基礎教育課程[J].中國大學教學,2011(4):15-20.

[5]龔沛曾,楊志強.大學計算機基礎教學中的計算思維培養[J].中國大學教學,2012(5):51-54.

Computational Thinking Ability Training in the Basic University Computer Teaching

HE Kun1, YE Xin2

(1. College of Computer Science and Technology, Changchun Normal University, Changchun Jilin 130032, China;2. College of Mathematics, Jilin University, Changchun Jilin 130012, China)

This article points out the problems in the basic computer courses teaching, expounds the concept and features of the computational thinking, and analyzes how to cultivate the ability of computational thinking in the basic university computer teaching based on the real effect of university computer courses reformation.

basic computer courses; ability training ability training ability training ability training; computational thinking

2014-10-20

何 鹍(1983- )，男，吉林長春人，長春師范大學計算機科學與技術學院講師，博士研究生，從事數據庫及計算機應用研究。

G642

A

2095-7602(2014)06-0123-02