計算思維在大學計算機基礎教學中的探討

湖南中醫藥高等?？茖W校計算機教研室 唐 聞

0 引言

美國卡內基·梅隆大學計算機科學系主任Jeannet t e M.Wi ng教授于2006年3月，在美國計算機權威期刊《Communications of the ACM》雜志上發表文章，提出了計算思維（Computational Thinking）并給出了定義[1]。2008年美國國家科學基金會（NSF）建議全面改革美國的計算機教育，啟動了一個涉及所有學科的以計算思維為核心的國家重大科學研究計劃CDI（Cyber-Enabl e Discover y and Innovat ion），目的直至計算思維的培養，務求將其拓展到美國的各個研究領域。

國內：2010年，清華大學、西安交通大學等高校在首屆“九校聯盟（C9）計算機基礎課程研討會”后發表了《九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》。申明中明確提到：把“計算思維能力的培養”作為計算機基礎教學的核心任務。[4]時代已經將計算機專業教育推向了計算機普適教育的軌道，“計算思維”成為了每個計算機基礎教育工作者的新課題。

目前，在大部分高校的大學計算機基礎課的教學目標和導向仍然停留在計算機知識的灌輸與基本操作技能的培養，這樣的技能培養觀念比較狹義。計算機課程未能深刻地反映思維能力培養的性質，距離計算機已經廣泛滲透各個領域的現狀有很大差距。計算思維作為一種素質的培養還未形成主流，甚至有部分觀點認為計算思維只是計算機專業學生應該具備的思維，而沒有意識到計算思維應該是所有大學生應該具備的思維模式。目前計算思維的培養仍然是一個正在探究的課題，因此在基礎的計算機教學中要怎樣潛移默化的培養這種思維；在培養計算思維的課堂上，老師該給學生講什么、如何講，成為亟待解決的問題。

1 技能型操作的課堂模式的問題

傳統的計算機基礎教學較注重知識的灌輸，學生習慣性地處于一種被動的學習狀態，墨守陳規，普遍缺乏自我思維意識，學生按照老師的講述和演示，模仿教師的操作流程，完成課堂預設的操作任務。

技能型操作強調的是學生熟悉軟件的操作與應用，以培養應用型人才為目的。而這種培養模式的結果，往往使得學生除了掌握課堂上教授的知識及技巧以外，對于沒有教授的技巧與應用操作能力極低，無法實現對軟件的普遍適應。

在傳統模式技能型操作的課堂模式里：學生只學到了教師課堂上教授的部分知識，而沒有學到使用計算機的能力，更別談創意、創新。隨著課改呼聲的高漲，激發學生的思維潛能，鼓勵學生的自我創新勢在必行。

2 什么是計算思維

計算思維以表示的形式化和執行的機械化為特點，抽象和自動化是其本質的內容，在問題求解、系統設計和人類行為理解等方面具有重要的作用。[1]Jeannet t e Wing認為：一個真正問題的實現，由于種種的限制，你不可能達到一種完美的抽象，抽象的過程當中，一定會有各種各樣的性質。如果當一個人碰到問題時，他會先對這個問題進行抽象，抽象之后去對它進行一種重新的計算性表達，然后發揮自己工程性的思維，會考慮這個問題的解決效率是不是高，表達是不是準確，那么就說明這個人確實是一個有計算性思維的人。[2]

3 計算思維的課堂模式的特點

抽象和自動化是計算思維本質的內容，在問題求解、系統設計和人類行為理解等方面具有重要的作用。如何將計算思維融入到大學計算機基礎的課堂教學中，以提高學生運用計算機知識分析問題的能力，是一個巨大的挑戰。[3]

3.1 重分析的概念講解

對于計算機基礎開展計算思維教學，不是顛覆原有的課程內容，而是在原有課程內容的基礎上進行提高和優化。[6]要注重理解和消化，做到學生知其然知其所以然。例如講到：馮.諾依曼體系的時候提出問題：計算機為什么計算采用二進制運算，為什么二進制存儲更加穩定，聯系問題講解計算機硬件及發展史，從結構原理上，發展歷程上，本質的說明二進制問題。通過類似的提問，回答，分析，糾正的過程訓練學生的抽象思維，使得學生能將問題與答案具體化，對象化。

3.2 重過程的任務驅動

任務驅動是一種建立在構建主義教學理論基礎上的教學法，適用于培養學生自學和相對獨立分析問題、解決問題的能力[7]。在任務式教學中，教師作為任務的設計者，要能把握任務的難易程度以及任務目的明確指向。也就是說 “任務”的設計至關重要，“任務”設計的理念和引導任務執行的過程將直接影響教學效果。如何將計算思維的鍛煉內容，結合學生的特點，融入到讓任務的設計，并引導學生開發計算思維解決任務問題，這將成為任務教學的重點，

計算機基礎教學中，MS of f i ce是學習的一個重點，傳統的重點是放在培養學生熟練使用這個軟件上。而事實是，學生學到的是皮毛，可以機械重復老師所教的操作，面對實際中出現的問題，往往缺乏分析問題的能力，想不到，也意識不到利用所用學的技巧去解決。因此，筆者認為在計算機基礎學習中，應該引入情景教學，實際案例，帶著學生一起分析。比如在講述excel時，以“如何利用身份證的信息計算對象的年齡”這一任務為例：首先引導學生分析數據類型，確定身份證數據為文本類型,進而確定采用字符函數取出代表出生日期的年份數據,而后將代表年份文本數據轉換為數值型數據，最后利用公式計算出實際年齡。

3.3 重自主，自由創新的實訓實踐

通過強化實踐使計算思維能力從計算機應用能力中突顯出來。在大學計算機基礎課的每次上機實驗之前給學生布置定量的任務，要求其在規定時間內務必提交。[5]教師下達上機任務時，可將任務的實踐目的及可能會涉及到的操作技能告知學生，同時也可適當地把任務目標擴散，讓能力較強的學生有選擇的空間，為提高學生的思維能力提供導向。比如：當學習了of f ice辦公軟件的使用后，讓學生制作一張精美的海報或一個內容豐富、動感十足的演示文稿，主題和內容不限。在制作過程中，鼓勵學生嘗試各種排版技巧，在多次的嘗試、設計、摸索與實踐中，面對自己不斷完善、逐漸成型的作品，學生的興致會很高，學習氣氛會很濃，最終他們也無疑會收獲成功的喜悅。

4 結束語

計算思維是一種思想，一種理念，是人類求解問題的一條途徑，一種方式，計算思維是每個社會人的基本技能，是每一個人為了在現代社會中發揮職能、實現自身價值所必須掌握的，其根本目的是提升人類使用計算機解決各專業領域中問題的能力。計算思維是基礎的，不是機械的技能，作為教師應該設法引導并培養訓練學生具備這樣的思維能力。除此之外作為教師，我們還應不斷探索與完善，努力使計算思維的教學理念落到實處，形成一套完整的可操作的人才培養與教學的體系。

[1]Jeannette M.Wing Computational Thinking.Communications of the ACM,2006,49,(3).

[2]Jeannette M.Wing Computational Thinking and Thinking about Computing,2008,3.

[3]周以真.計算思維.中國計算機學會通訊,2007,3(11).

[4]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):4,9.

[5]董榮勝.《九校聯盟(C9)計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》呼喚教育的轉型[J].中國大學教學,2010(10):14-15.

[6]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.

[7]廖偉志,李文敬,王汝涼.基于培養學生計算思維的任務驅動式“離散數學”教學模式研究[J].計算機教育,2009(21):93-95.

[8]何欽銘,陸漢權,馮博琴.計算機基礎教學的核心任務是計算思維能力的培養——《九校聯盟(C9)計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》解讀[J].中國大學教學,2010(9):5-9.