文科學(xué)生計算思維能力培養(yǎng)研究

羅芳+劉衛(wèi)國

摘要：培養(yǎng)文科學(xué)生的計算思維能力是教學(xué)實踐中的難點。該文總結(jié)出培養(yǎng)文科學(xué)生計算思維能力的著力點，以及文科學(xué)生的思維特點，提出了“大學(xué)計算機”課程教學(xué)中培養(yǎng)文科學(xué)生計算思維能力的一些方法。

關(guān)鍵詞：計算思維；大學(xué)計算機

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）35-0155-02

1 概述

目前“大學(xué)計算機”課程的教學(xué)強調(diào)計算思維能力的培養(yǎng)，而“大學(xué)計算機”課程作為一門通識課，是所有專業(yè)的大學(xué)生都要學(xué)習的計算機入門課程，那么對于不同專業(yè)的學(xué)生，計算思維能力是否有所區(qū)別？文科學(xué)生計算思維能力包括哪些？在課程教學(xué)中怎樣落實計算思維能力的培養(yǎng)？這些問題是值得深入探討的，本文作者作為一名長期從事大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)的一線教師，在文中結(jié)合教學(xué)實踐總結(jié)出培養(yǎng)文科學(xué)生計算思維能力的著力點，并針對文科學(xué)生的思維特點提出在“大學(xué)計算機”課程中怎樣培養(yǎng)計算思維能力。

2 培養(yǎng)文科學(xué)生計算思維能力的著力點

如何在教學(xué)實踐中將計算思維能力具體化，很多學(xué)者做過研究，比如戰(zhàn)德臣教授認為計算思維能力可以分為符號化思維（或者說0和1的思維）、程序思維、遞歸思維、自動化思維、抽象思維等[1]；趙龍德教授則將計算思維分為5個層次，計算原理、計算系統(tǒng)、基于計算系統(tǒng)的問題求解、基于應(yīng)用軟件的問題求解、計算機網(wǎng)絡(luò)[2]。以上兩種對計算思維能力進行分解的方法在教學(xué)實踐中對于培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力起到了很好的指導(dǎo)作用。然而我們發(fā)現(xiàn)對于非專業(yè)的文科學(xué)生，由于他們沒有任何計算機專業(yè)知識作為支撐，導(dǎo)致在落實計算思維能力培養(yǎng)上有一定的難度。比如程序思維，程序不只是簡單的指令的集合，不只是程序語言的描述，指令間的邏輯關(guān)系才是程序思維的關(guān)鍵，對于沒有算法基礎(chǔ)、沒有學(xué)過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的非專業(yè)學(xué)生就很難一下子去培養(yǎng)這樣的思維能力。

根據(jù)非專業(yè)學(xué)生的實際情況，我們需要分階段的去培養(yǎng)計算思維能力。計算思維能力最終的目的是希望學(xué)生能借助計算機解決實際問題，通過計算機解決實際問題既可以自己編程實現(xiàn)，當然也可以借助已經(jīng)存在的應(yīng)用軟件。因此，結(jié)合教學(xué)實踐，我們將計算思維能力從低到高分為三個層次：1）機器的操作能力；2）信息的處理能力；3）問題的求解能力。[3]

具體來說，機器的操作能力指學(xué)生能熟練運用計算機應(yīng)用軟件解決實際問題的能力，強調(diào)的是學(xué)生通過自學(xué)掌握應(yīng)用軟件的能力。我們希望通過學(xué)習幾種軟件的使用，使得學(xué)生了解應(yīng)用軟件的操作模式，通過自學(xué)能掌握其他應(yīng)用軟件的使用。比如，通過學(xué)習word和excel辦公軟件的使用，以后對于不同的文字處理、表格處理的軟件都能夠自學(xué)掌握。

信息的處理能力指能主動運用數(shù)據(jù)庫知識組織與管理信息的能力和運用多媒體知識處理多媒體信息的能力，強調(diào)的是學(xué)生主動進行信息抽象與轉(zhuǎn)換的能力。現(xiàn)實世界的信息要被計算機能夠處理首先必須將信息轉(zhuǎn)換成便于計算機識別和應(yīng)用的信息，比如，有大量的成績數(shù)據(jù)需要處理，學(xué)生首先應(yīng)該想到怎樣將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，建立相應(yīng)的關(guān)系數(shù)據(jù)表，才能使用數(shù)據(jù)庫軟件進行處理；再比如，對一張紙質(zhì)照片進行處理，學(xué)生首先應(yīng)該想到怎樣將圖像數(shù)字化。這些都需要學(xué)生了解現(xiàn)實世界的各種信息在計算機中的存儲格式，主動的進行轉(zhuǎn)換，便于計算機進行處理。

問題的求解能力指運用計算機程序設(shè)計語言設(shè)計程序?qū)μ厥鈫栴}進行求解的能力，強調(diào)的是學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力，即找到計算機與其專業(yè)問題的結(jié)合點。非專業(yè)學(xué)生學(xué)習一定的程序語言知識并不是要求他們能設(shè)計程序解決問題，而是希望他們通過程序語言的學(xué)習了解程序的運作過程，從而幫助程序員解決其專業(yè)領(lǐng)域的問題。

很多老師對于計算思維能力的理解比較籠統(tǒng)，偏重強調(diào)編程能力的培養(yǎng)，而編程不僅僅只是掌握一兩門程序語言，需要具備相當?shù)挠嬎銠C專業(yè)知識，這對于文科學(xué)生來說是不切實際的。將計算思維能力分層以后，計算思維能力的培養(yǎng)就比較清晰明確，在教學(xué)中可以根據(jù)不同層次的能力分別進行培養(yǎng)。在以上三個層次的計算思維能力當中，機器的操作能力和信息的處理能力是培養(yǎng)文科學(xué)生計算思維能力的著力點。

3 文科學(xué)生的思維特點

教學(xué)強調(diào)因材施教，培養(yǎng)文科學(xué)生的計算思維能力，需要了解他們的思維特點。根據(jù)長期的教學(xué)經(jīng)驗，我們總結(jié)出文科學(xué)生的思維特點有以下三點：

1） 形象思維能力強，抽象能力較弱

文科學(xué)生對現(xiàn)實世界的認識和理解是基于自然語言文字的描述，語言文字的描述講究形象化。而用計算機處理信息首先要把信息抽象成計算機能夠操作的數(shù)據(jù)，需要從數(shù)學(xué)的角度對現(xiàn)實世界進行抽象，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。比如在PS軟件的操作中，對于紅色的描述，文科學(xué)生頭腦里出現(xiàn)的是深紅、大紅這樣的詞匯，而計算機的描述則是用RGB的數(shù)值。在教學(xué)實踐中我們發(fā)現(xiàn)這種思維的差異導(dǎo)致文科學(xué)生對計算機產(chǎn)生隔閡感，不太能夠主動的運用計算機進行信息的處理。

2） 感性思維能力強，理性思維能力較弱

文科學(xué)生擅長從人的主觀角度去感知世界，感性思維能力比較強，感性思維是一種跳躍性、發(fā)散性的思維，不太強調(diào)前后的邏輯關(guān)系。比如在數(shù)據(jù)庫的學(xué)習中建立數(shù)據(jù)表，需要建立表結(jié)構(gòu)，然后才能輸入記錄，很多學(xué)生在這一點上就不能理解，他們不會去關(guān)注表結(jié)構(gòu)和表記錄之間的邏輯關(guān)系。

3） 想象力強，具體操作能力較弱

計算機操作需要根據(jù)硬件和軟件的實際情況按步驟進行，很多文科學(xué)生在學(xué)習軟件操作時，總是憑想象進行操作，比如在excel操作中，單元格引用的操作比較復(fù)雜，怎樣引用單元格有著嚴格的規(guī)范，尤其在函數(shù)中引用單元格，參數(shù)位置不同所代表的含義是不一樣的，結(jié)果也自然不同，但是很多文科學(xué)生在學(xué)習這個部分的時候喜歡按自己想象的方式進行操作，導(dǎo)致在教學(xué)實踐中這個部分成為了學(xué)習的一個難點。

4 怎樣在“大學(xué)計算機”課程中培養(yǎng)計算思維能力

為了落實計算思維能力的培養(yǎng)，我們從以下三個方面進行教學(xué)改革：

1） 對課程內(nèi)容進行分類

“大學(xué)計算機”課程的內(nèi)容多而雜，為了突出計算思維能力的培養(yǎng)，我們將“大學(xué)計算機”課程內(nèi)容分為知識學(xué)習和能力培養(yǎng)。表1是“大學(xué)計算機”課程內(nèi)容的分類。

知識學(xué)習部分使得學(xué)生掌握一定的計算機理論知識，為能力培養(yǎng)打下理論基礎(chǔ)。知識學(xué)習部分的內(nèi)容偏重理論講解，重點是幫助學(xué)生理解計算機的工作方式。能力培養(yǎng)部分使得學(xué)生具備使用計算機處理信息的能力。能力培養(yǎng)不只是教學(xué)生使用軟件，依據(jù)計算思維能力的分層，能力培養(yǎng)又分為機器的操作能力和信息的處理能力兩部分。機器的操作能力強調(diào)通過自學(xué)掌握應(yīng)用軟件的使用的能力，信息的處理能力強調(diào)學(xué)生主動抽象和轉(zhuǎn)換信息的能力。將課程內(nèi)容分類以后，在教學(xué)中便可以非常明確地對學(xué)生實施計算思維能力的培養(yǎng)。

2） 改變教學(xué)內(nèi)容順序

在以往的“大學(xué)計算機”課程教學(xué)中，通常是先講解理論知識，再學(xué)習相關(guān)的軟件操作。一般按照以下順序進行教學(xué)：

計算機基礎(chǔ)理論知識→計算機體系結(jié)構(gòu)→先講操作系統(tǒng)再學(xué)習常用操作系統(tǒng)的使用→office軟件的操作→先學(xué)計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)再將互聯(lián)網(wǎng)的使用→先講多媒體基礎(chǔ)再學(xué)習flash軟件、ps軟件的使用→先講數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)再學(xué)習Acess數(shù)據(jù)庫的使用→先講程序設(shè)計基礎(chǔ)再學(xué)習vb的簡單應(yīng)用。

通常課程一開始就先學(xué)習計算機基礎(chǔ)理論知識和計算機體系結(jié)構(gòu)，然后才會學(xué)習操作系統(tǒng)的使用。根據(jù)文科學(xué)生的思維特點，先學(xué)習理論知識他們會覺得很抽象，難于理解和接受。因此，我們從比較直觀的軟件操作開始，先使用軟件再學(xué)習理論知識。比如學(xué)習計算機體系結(jié)構(gòu)之前先學(xué)習操作系統(tǒng)的使用，在使用操作系統(tǒng)的同時，學(xué)生會接觸鼠標、鍵盤、屏幕等計算機硬件設(shè)備，對計算機有比較直觀的感受，這時再引導(dǎo)學(xué)生深入了解計算機的構(gòu)成，即計算機體系結(jié)構(gòu)。有了直觀印象以后再學(xué)習，學(xué)生更容易接受。以下是調(diào)整后的教學(xué)內(nèi)容順序：

先學(xué)習常用操作系統(tǒng)的使用、office軟件的操作→計算機基礎(chǔ)理論知識→計算機體系結(jié)構(gòu)→操作系統(tǒng)→先學(xué)習互聯(lián)網(wǎng)的使用再講計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)→先學(xué)習flash軟件、ps軟件的使用再講多媒體基礎(chǔ)→先學(xué)習Acess數(shù)據(jù)庫的使用再講數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)→先學(xué)習vb的簡單應(yīng)用再講程序設(shè)計基礎(chǔ)。

調(diào)整后的教學(xué)內(nèi)容順序都是先接觸軟件操作，再進行相關(guān)的理論知識的學(xué)習。這樣的學(xué)習順序，更符合學(xué)生的認知規(guī)律。

3） 注重能力培養(yǎng)

能力培養(yǎng)主要是學(xué)習常用軟件的學(xué)習，與以往的教學(xué)不同的是，我們將能力培養(yǎng)分為機器的操作能力和信息的處理能力，這樣教學(xué)生使用軟件，不只停留在學(xué)會某一軟件操作的目標上。其中，機器的操作能力不僅僅指會操作基本軟件，而是強調(diào)通過自學(xué)掌握應(yīng)用軟件的能力。為了培養(yǎng)學(xué)生的這個能力，我們在教學(xué)生使用操作系統(tǒng)和office軟件的時候，不是從菜單、標題欄等界面的功能開始介紹、學(xué)習，而是告訴學(xué)生這個軟件具有什么樣的功能，至于怎么實現(xiàn)這些功能，由學(xué)生自己摸索掌握。比如，在學(xué)習word操作時，告訴學(xué)生word可以進行文字的編輯排版，那么關(guān)于文字該怎樣進行編輯排版完全由學(xué)生自學(xué)掌握。

5 結(jié)束語

由于文科專業(yè)與計算機學(xué)科缺乏交集，因而培養(yǎng)文科學(xué)生的計算思維能力是計算機基礎(chǔ)教學(xué)中的難點。本文提出了將機器操作能力和信息處理能力作為培養(yǎng)文科學(xué)生計算思維能力的著力點，結(jié)合文科學(xué)生的思維特點，總結(jié)出在“大學(xué)計算機”課程教學(xué)中通過對課程內(nèi)容進行分類、改變課程教學(xué)內(nèi)容順序、注重能力培養(yǎng)等方法來培養(yǎng)文科學(xué)生計算思維能力。

參考文獻：

[1] 戰(zhàn)德臣，聶蘭順.計算思維與大學(xué)計算機課程改革的基本思路[J].中國大學(xué)教學(xué)，2013（2）：56-60.

[2] 趙龍德.大學(xué)計算機課程中計算思維培養(yǎng)的層次和原則[J].計算機教育，2015（20）：9-12.

[3] 羅芳，楊長興. 計算思維與大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)改革的思考[J].計算機教育，2014（18）：83-85.