以培養計算思維能力為核心的“大學計算機基礎”教學內容改革研究

李秦渝　王秀麗　郟伯榮

【摘要】計算科學已經成為推動社會文明進步和促進科技發展的重要手段之一，計算思維能力也隨之成為每個大學生應該具備的基本技能。在“大學計算機基礎”課程中加入相關交互設計原理的教學內容，可以培養學生的計算思維能力，幫助其構建“思維模型”，提高利用交互式產品解決問題的能力。

【關鍵詞】計算思維 思維模型 大學計算機基礎 教學內容改革

【課題項目】課題名稱：以計算思維能力培養為核心的大學計算機基礎教學模式研究；課題類別：甘肅省教育科學“十二五”規劃課題；課題批準號：[2012]GSGXG046。

【中圖分類號】G623.58 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）01-0141-01

1.引言

“大學計算機基礎”是非計算機專業學生入學后接觸的第一門計算機課程，其在高等院校基礎教育方面的重要性不言而喻。該課程自20世紀90年代被高校普遍開設以來，經過二十多年的發展，形成了一套完整、經典的教學體系，教學內容幾經沉淀，由最初的文化基礎逐漸演變為現今的計算機應用基礎，主要講授計算機基礎知識、基本原理，以及常用軟件的使用。

隨著信息技術的迅速發展，各領域信息化普及程度以及信息化水平逐漸提高，無處不在的計算機融入了我們的工作和生活。各類交互式產品層出不窮，使得各領域對信息技術能力要求越來越高，不僅局限于解決常規問題，還需要具備一定的計算思維能力，建立起 “用戶思維模型”，在面對層出不窮的新技術和新問題時，會使用思維模型進行推理，找出如何有效執行任務的途徑；當系統發生異?；蛘哂龅讲皇煜さ南到y時，也將使用它來考慮如何解決問題。而現有“大學計算機基礎”課程沒有提供這方面的教學內容。

2.計算思維

2.1計算思維及其重要性

2006年3月，美國卡內基·梅隆大學計算機系主任周以真教授在計算機權威雜志ACM上發表了《計算思維》一文，定義了計算思維是利用啟發式推理尋求解答，也即在不確定情況下的規劃、學習和調度的思維方法。她認為計算思維不僅僅屬于計算機科學家，是每個人必須具備的基本技能，就如同所有人都具備“讀、寫、算”能力一樣[1]。

如今計算科學已經與理論科學、實驗科學并列，共同成為推動社會文明進步和促進科技發展的三大手段。幾乎所有領域的重大成就無不得益于計算科學的支持，而無論哪個學科，具有突出的計算思維能力都將成為新時期拔尖創新人才不可或缺的素質[2]。

2.2計算思維能力培養國內外現狀

“計算思維”這一概念由周教授清晰化、系統化以來，短短幾年間就引起了國內外教育界和科學界的廣泛關注和重視。

2007年，美國科學基金會投入巨資啟動“大學計算教育振興的途徑”（CPATH）計劃來進行計算教育的改革。2008年，美國國家計算機科學技術教師協會在網上發布報告——《計算思維：一個所有課堂問題解決的工具》，該報告獲得微軟公司支持。同年，ACM將周教授倡導的“計算思維”與“計算機導論”課程綁定在一起，并明確要求該課程講授計算思維的本質[3]。2009年，CPATH計劃的工作人員申報了“以計算思維為核心的課程改革”項目[4]。

在我國，西安交通大學于2010年7月舉辦了首屆“九校聯盟（C9）計算機基礎課程研討會”，旗幟鮮明地把計算思維能力的培養作為計算機基礎教育的核心任務，并明確指出建立計算思維是培養復合型創新人才的重要內容[5]。少數專家學者已經開始進行小規模探索性的教學研究，但在培養過程中還沒有系統的應用計算思維的系列方法[2，6]。

3.以培養計算思維能力為核心的“大學計算機基礎”教學內容改革研究

“大學計算機基礎”課程的教學對象是不同學科的學生，除了Office，WPS等通用軟件之外，他們在各自的專業領域還會遇到層出不窮的交互式產品。研究表明[7]，如果使用者掌握了有關交互式產品的思維模型，那么在使用交互式產品的過程中，就會利用這個思維模型進行推理，找出如何執行任務，使得執行更為有效；當系統發生異常或者遇到不熟悉的系統時，也將使用它來考慮應該如何解決問題。

因此，培養學生“計算思維”能力的過程中，應幫助學生建立起利用交互式產品解決問題的思維模型。理想情況下，用戶的思維模型應與交互設計人員開發的概念模型相符合[7]。在“大學計算機基礎”課程中加入相關交互設計原理的教學內容，例如概念模型，交互范型等，有助于學生理解交互式產品的設計原理及其概念模型，從而構建出利用交互式產品解決問題的思維模型。同時在實踐課中提供陌生的專業系統引導學生不斷完善其思維模型，從而提高其在專業領域中利用計算機解決問題的能力。

4.結束語

目前計算思維能力的培養仍然處于探索階段，還沒有形成一套完整的方法體系?！按髮W計算機基礎”作為非計算機專業學生的基礎性必修課程，在教學內容中加入相關交互設計原理內容可以幫助學生構建使用交互式產品的思維模型，培養并提高學生的計算思維能力。

參考文獻：

[1]Wing J M. Computation Thinking[J].Communication of the ACM，2006，49（3）：33-35

[2]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

[3]牟琴，譚良.計算思維的研究及其進展[J].計算機科學，2011，38（3）：10-15

[4]美國國家科學基金CPATH計劃2009年項目申報說明[EB/OL].http：//www.nsf.gov/cise/ fun ding/cpath_faq.jsp#1.

[5]九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明[J].中國大學教學，2010，9：4-5

[6]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

[7]Jennifer Preece，Yvonne Rogers，Helen Sharp.交互設計——超越人機交互[M].劉曉暉，張景等譯.北京：電子工業出版社，2003.6