論計算思維與大學計算機基礎

李小紅 唐紅國 王德紅 唐應杰

(1、2、3、4.安順學院公共計算機教學部，貴州 安順561000)

近年來，計算思維作為一個古老而又年輕的概念，正在科技界和教育界萌發、激蕩和蔓延，在計算機教育界更是得到了強烈的關注，徹底更新和改變了一些被廣泛認同的認識和理論，許多專家學者圍繞其概念、內涵、本質、特征、教學實踐等方面進行了大量的研究，引起了新一輪的信息技術教育改革，成為計算機教育研究的一個熱點。計算思維的提出為大學計算機基礎課程教育提供了一個新的視角，指明了新的改革路線，同時大學計算機基礎教育為計算思維的培養提供了一個重要途徑。

1 計算思維

2006年美國卡內基·梅隆大學(Carnegie Mellon University)的周以真(Jeannette M.Wing)教授發表的題為“ Computational Thinking”的文章中明確提出“計算思維”的概念后，越來越多的學者們漸漸意識到計算思維的重要性。2012年，教育部高教司批準了22項關于計算思維的研究項目，在國內外研究的基礎上對我國中小學、大學怎么進行計算思維培養及相關理論進行研究。李廉、陳國良、董榮勝、李鋒等不少專家學者從不同角度探討計算思維的內涵、外延、本質。計算思維的定義目前還沒有較為統一的定義，但關于其內涵，許多人比較認可周以真教授的觀點，即計算思維是一種解決問題的思維過程，能夠清晰、抽象地將問題和解決方案用信息處理代理(機器或人)所能有效執行的方式表述出來[1]。

2 大學計算機基礎培養目標的嬗變

大學計算機基礎自 20 世紀 80 年代作為高校課程后，經歷了三次重大的改革，第一次始于1997年，教育部高教司頒發《加強非計算機專業的計算機基礎教學的幾點意見》(155號文件)，確立了計算機基礎教學的三個層次的課程體系，把《計算機文化基礎》作為大學計算機課程的入門教育內容，這個時期的培養目標是技能培養。第二次始于2004年，教育部明確把《大學計算機基礎》作為大學生計算機基礎教學的第一門課程，在《關于進一步加強高等學校計算機基礎教學的意見暨計算機基礎課程教學基本要求》中提出了1+X課程體系，將“大學計算機基礎”作為“1+X”中的1來開設，此階段的培養目標是計算機應用能力的培養。第三次始于2013年，教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會在《計算思維教學改革白皮書 》和《計算思維教學改革宣言》確定了大學計算機基礎課程以“計算思維能力培養”為核心的教學改革目標[2]。第三次改革在培養計算機應用能力的基礎上，增加了計算思維能力的培養，從這三次改革中，明顯看出了大學計算機基礎的培養目標經歷了“技—能—思維”的一個轉變過程，更加重視了學生運用知識和技能解決問題的思維能力培養，把大學計算機基礎課程的教學目標提到了一個新的高度。

計算思維實質是靈活運用計算工具和方法求解問題，是一種解決問題的方法論，隨著信息技術飛速發展及大數據時代的到來，計算思維成為了數字時代合格公民必備的素養之一，在這樣的背景下，大學計算機基礎課程已不可能只教會學生掌握幾種軟件的使用，更重要的是在教學中讓學生學會善于思考、歸納、總結，掌握遇到問題時利用計算機、網絡解決問題的方法，形成計算思維，因此計算思維能力的培養作為當前大學計算機基礎培養目標是信息時代要求和必然結果。

3 地方高校大學計算機基礎課程存在的主要問題

對照計算思維理論指導下的大學計算機基礎課程的新要求，目前地方高校大學計算機基礎課程主要存在以下幾方面的問題：

3.1 教師對計算思維能力培養認識不足

計算思維的培養是一個長期的任務，其培養的效果不像技能培養那樣立竿見影，導致一些教師認為計算思維的培養特別是在地方高校中的培養沒有必要，還擔心因效果不好，還要承擔教學改革不利的風險，且由于目前沒有很完善的考核計算思維的評價體系 ，大學計算機基礎課的考核仍然在使用無紙化的機試方式進行考核，考核的內容也基本上是考操作，所以在實際的教學中還是以講操作、講步驟、學生跟隨的方式在進行教學，不愿深挖教學內容中蘊含的計算思維，有意識的進行計算思維的培養。

3.2 大學生起點水平較差

無論是問卷調查的結果還是學生基礎能力水平測試，都反映了大學生計算機知識和水平在入學前還是比較差的。在問卷調查中，學生答對Excel中average函數題的只有34.15%，有5.79 %的同學還不知道CPU是什么，7.31%的學生不知道鍵盤是輸入設備。在問及高中《信息技術》類課程學業水平考試成績時，只有5.56%的學生是A等次。通過對問卷的分析進校前學生都開設過信息類的課程，但學習內容不一致，有24.64%的學生選擇了中學的信息技術課開設不正常，在對收集到的中學課表的分析中也發現有些學校信息技術類的課程由其他課程的教師擔任，有時信息技術類課程中實際講授的是中考、高考的考試科目的內容。在入學前的無紙化上機操作考試中主要考查Word、Excel、PowerPoint和文件及文件夾的復制這幾個基本的操作，考核的結果也反映出地方高校大學生計算機的起點水平總體較低，起點水平高的學生較少。

3.3 學生不善于融會貫通、設計創新能力不足

由于長期受“應試教育”的影響，大多數學生習慣當“考生”而不是“學生”，大多數學生的學習目的是為了考高分，比較適應“灌輸型”的教學方式，不善于融會貫通，創新、設計的能力不足。筆者在前幾年的大學計算機基礎課教學中發現，學生對按教師的要求一步一步完成編輯操作的任務都完成得較好，但完成項目設計類的任務時，普遍較差。在問卷調查中也反映了學生不能用已知的知識，分析、解決未知的問題，如：在Excel單元格A1到A3中分別輸入三個數據1、2、3，在A4單元格中輸入=average(A1:A3),其輸出結果的考核中，有68.55%的學生回答不正確。大學計算機基礎課程在大一開設，學生無論是認知習慣還是學習能力都未得到相應的培養，學習仍然是被動式的、應試的方式，這也給計算思維的培養帶來了一定的困難。

4 計算思維培養的必要性

計算思維的概念最早是1996年由麻省理工學院教授Seymour Papert 提出的[3]，但直到2006年美籍華人周以真再次提出后才引起了人們的關注。在沒有計算機之前，計算思維也實際存在，但計算思維這個概念近期才被如此鮮明地提出，受到人們的重視，其緣于計算機的廣泛應用和社會滲透，具有一定的時代性和必要性。

4.1 信息社會發展的必然要求

科技發展正以令人難以想象的速度影響著整個人類，創設了高度信息化的社會環境，計算機已從理論上的圖靈機變為現在影響人們工作、學習、生活的普適機器，計算機已不是專業人士的專利，已不局限于科學、軍事領域的使用，它越來越成為人們工作、學習、認識世界的重要工具，它的普及使用，豐富了人們學習、生活的手段，拓展了人們的視野，改變了人們的日常行為方式，對人的認知結構和思維方式產生了巨大的影響，計算思維已成為人們解決問題、認識世界的基本能力之一，成為了繼實證思維、邏輯思維之后的第三種科學思維方式。特別是大數據、云計算時代的到來，使得大量的信息都數字化和網絡化，對數據進行分析，利用計算機、網絡解決問題的能力已成為信息時代的一個重要素質，人們通過“數據”來衡量信息，并通過“計算”來處理信息、理解信息、創造價值，這些變革，強化了早就隱含在人類思維中的計算思維，也為計算思維的培養提供條件和可能，使計算思維有了用武之地，必然要求對學生進行計算思維的培養，形成計算思維能力，以適應信息時代的要求。

4.2 新時代對人才培養的要求

新時代對人才培養更加注重科技創新能力的培養，時代需要有擔當、敢于創新、勇于創新的一代新人。計算思維強調思維方式的養成和訓練，強調創造知識而非簡單使用信息，強調靈活運用計算方法和工具進行問題的求解，而非工具的簡單使用。近年來，把“計算思維”培養作為大學計算機基礎及信息技術類課程的核心素養及新一輪教學改革的核心任務，正是順應新時代對人才培養的新要求。

《九校聯盟(C9)計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》認為，大學復合型創新人才的培養一個重要內容即是要潛移默化地使大學生養成一種新的思維方式，即建立計算思維[4]。計算思維作為三大科學思維的一種，是人們求解問題的思維工具之一，基于計算思維的教育理念指導下的大學計算機科學教育應更加關注大學生的發展，注重其運用計算機科學的方法、思路、理論、基本概念，發現問題，對問題進行求解、進行設計的能力培養，這種培養理念更符合時代對人才培養的要求、更符合大學計算機基礎課程的改革培養目標。

4.3 大學計算機基礎課程自身發展的要求

計算機是一門發展速度較快的學科，大學計算機課程要反映時代性和前沿性，要與新時代發展接軌，承擔起人才培養的任務。隨著大數據、云計算時代的到來，大學人才培養的目標、社會對大學生計算機應用能力都有了更高的要求。大學計算機基礎作為大學生入學的第一門計算機類課程，其人才培養模式、教學目標、教學理念、教學方法都應順應時代的要求，進行改革，才能符合新時代對人才培養目標的要求，特別是計算機技術日新月異，那種認為大學計算機基礎課程教學內容只是簡單操作的“狹義工具論”的觀點亟待改變，大學計算機基礎課程需要找到一個能解決“快速發展的計算機技術與課程學時數減少”“學生案例操作能力與項目實踐能力差”等矛盾的改革方案，計算思維的提出無疑給大學計算機課程改革指明方向、給出路徑。

5 大學計算機基礎與計算思維

5.1 計算思維對大學計算機基礎教育改革提出了挑戰

計算思維的提出為大學計算機基礎課程提供一個新的視角和途徑，同時也對大學計算機教育改革提出了挑戰，之前的大學計算機基礎課程注重知識和技能的培養，無論是教材，還是教學方法、教學資源都是圍繞著技能的培養而構建，而計算思維的教育更注重思維能力的培養，目標和要求更高，且比起知識和技能的培養，思維是隱性的學習行為，思維隱蔽性更強，更加不可捉摸，思維的培養更加的困難。

從計算機能力的培養到計算思維的形成有較大的跨度，對教學各環節的實施者、組織者、檢驗者的教師提出挑戰、提出了較高的要求，教師首先必須摒棄之前根深蒂固的“狹義工具論”思想，改變把操作步驟演示給學生的教學方法，挖掘、整理出隱含于大學計算機課程中的計算思維的內容，構建計算思維在大學計算機基礎課程中的表達體系，才能有效實施計算思維的培養，使計算思維的培養落到實處，這些無論對教師的意識、教學技能、教學態度都提出了新的要求，要求教師不斷加強內涵發展。

由于受“應試教育”的影響，較多的學生習慣了知識的灌輸，習慣跟著教師一步一步的操作，習慣照著要求完成教師設計好的項目，教師和學生過多關注“怎么做”而較少關注“為什么這么做”，所以計算思維的培養對學生、教師都提出了挑戰，教師怎么在基本知識、技能的教育中融入計算思維的教育，促進學生內在能力的提升，形成計算思維能力將是一個巨大的挑戰。

5.2 大學計算機基礎是培養計算思維的重要途徑

《九校聯盟(C9)計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》中確立了大學計算機基礎課程教學的核心任務及改革目標是“計算思維能力的培養”，明確指出：大學計算機基礎課程的教育是培養大學生綜合素質和創新能力不可缺少的一個重要環節，是復合型、創新型人才培養的重要組成部分[4]。這從一個側面說明了大學計算機基礎課程是培養大學生計算思維能力的一個非常重要途徑。雖然“計算思維”不同于“計算機思維” 但計算思維離不開計算機，與計算機緊密相關，大學計算機基礎作為面向非計算機專業大學生開設的一門通識課程，受眾面極廣，是大學生入學的第一門計算機類課程，教學內容中也隱含了較多的計算思維，無疑是培養學生計算思維的一個重要途徑。

基于計算思維指導下的大學計算機基礎課，可通過講授方式的變化、教學內容的重組、計算思維生活化的方式，把之前無意識的計算思維教學變為顯性的教學，例如：在講授“數字與編碼”這一內容時，改變以前只著重講授各進制轉換的教學方式，加強計算機在處理信息過程中語義怎么符號化，符號怎么計算化，計算怎么0、1化，0、1怎么自動化的講解，幫助學生構建抽象、自動化的計算思維模式。

地方高校的大學計算機思維培養，學生的計算機基礎水平相對較低，可借鑒李鋒、鮑宇等學者提出的“分層培養”的模式[5-6]。為了讓學生便于理解，采用把“計算思維”生活化的方式，比如：提前把第二天要上課的課本資料裝入書包，這體現了“緩存”的思維，先引入再逐漸深入講解，從而達到計算思維培養的目的。

6 結語

計算思維培養的重要性已得到大家的認同，但計算思維內涵豐富，隱蔽性強，作為大學計算機基礎課一線教師，只有加強對計算思維與大學計算機基礎教育的認識，加強自身內涵發展，才能完成以計算思維為核心的、以培養學生善于發現問題、解決問題而不是只著眼于幾個常用軟件操作為目的的學習目標，才能更好地體現大學計算機基礎課程的新價值，實現大學復合型、應用型、創新型人才的培養目標。