基于計算思維的大學計算機基礎教學探討

任丹+丁函+楊凡

摘要：隨著我國社會經濟的建設與發展，信息處理技術被廣泛地應用在人們工作生活的各個方面。教師在計算機教學中，要注意加強對學生計算思維的培養。本文主要研究計算思維在計算機基礎教學中的體現，通過幾個不同的思維方式，嘗試將計算思維引入實際教學中。

關鍵詞：計算機；基礎教學；計算思維

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）01-0261-02

一、引言

自2006年周以真（Jeannette M.Wing）教授提出了計算思維的概念起，國外的大學開始在基礎課程中增加計算思維的內容。2010年以來我國高校也在探討如何提高計算機基礎的教學質量問題，此時計算思維進入了人們的視野。目前我國高校都在積極改進計算機基礎課程體系，修訂教學內容，將計算思維作為計算機基礎教學改革的一個重點。近兩年我校也在大力提倡教師們對各專業的基礎課程進行改革，加入計算思維的內容，嘗試將計算思維引入課堂教學。

二、什么是計算思維

周以真（Jeannette M.Wing）教授指出“計算思維是涵蓋了計算機科學領域中所采用的最廣泛的心理工具，是對問題解決、系統設計、人類行為理解的綜合能力反映”[1]。我們在與計算機有關的課程教學中也經常這樣對學生們說，把你們自己當成計算機去運轉，這實際就是所謂的計算思維了。在日常的學習生活中，學生們在遇到某個難題時，首先是分析問題，對問題進行建模，然后開始考慮哪些方法可以解決這個問題，其中哪種方案是最佳方法，經過層層分析，這個難題就可以轉換成我們知道如何解決的問題了，這個過程就是計算思維。

三、計算機基礎教學現況

我國大多數高校要求大學生進校首先必修《計算機基礎》課程。這門課程的目標是引導學生使用計算機，以期在將來的學習工作生活中能夠利用計算機去解決各種問題。隨著互聯網的廣泛發展，這門課程還要幫助學生學會利用計算機在廣博的互聯網信息中搜索出自己所需的各種資料。在現行的計算機基礎課程中，辦公自動化的內容占了一半，這些內容主要是為了培養學生良好的交流表達能力和團隊合作能力。雖然我們在教學中已經在運用計算思維的方式培養學生的各種能力，但是并沒有重視學生計算思維的培養，沒有有意識地去培養學生的計算思維。

四、如何在計算機基礎教學中引入計算思維

雖然我們這幾年一直在說教學中要引入計算思維，但是在日常教學中并沒有真正做到引入，那么該如何引入呢？我校近幾年實行計算機基礎的分層分級教學，將學生按專業分成計算機基礎A、B、C三種級別，再按照對計算機了解的層次分為高級、中級、初級三個層次教學。我通過在高級班的教學中進行實踐，認為我們可以從抽象思維、信息處理思維、并行思維以及共性思維四個方面來培養學生的計算思維能力。

1.抽象思維。計算機的體系結構就是一個抽象思維的體現，這一體系結構（即馮·諾依曼結構）是現代計算機的設計基礎，這種抽象結構體現了計算機設計的透明性，見圖1。

我們在教學中引導學生將5大部分與實驗操作中正在使用的微機對照起來，引導學生從現實世界轉向抽象世界。例如我們將現實的鍵盤鼠標抽象為輸入設備，將顯示器打印機抽象為輸出設備等。

2.信息處理思維。計算機是不能夠直接處理我們日常工作生活中的各種信息的，為了使計算機可以處理這些信息，我們設計了各種編碼，這些編碼可以將英文字符、我國漢字、聲音、圖形、視頻等這些現實的信息通過輸入設備傳送給計算機。比如英文字母是ASCⅡ碼，中文漢字是我國的國標碼（GB2310-80），這些編碼都是由0和1組成的不同序列。計算機收到這些代碼序列后，開始進行分析處理，按照我們的需求進行分解合并，將需要保留的代碼進行存儲，將需要給其他人的代碼進行傳輸，計算機處理完后，我們要看到結果，這時，計算機就按照輸入的逆過程再將0和1的序列轉換成我們能夠理解的信息，通過電信號在屏幕上或者通過打印機打印出來。這個鍵盤輸入與屏幕輸出的過程就是信息處理思維。我們可以看到從輸入開始，轉換電信號，再查編碼，然后編譯為計算機可以執行的0和1的代碼，最后解碼輸出顯示，這一系列的信息處理過程。對于聲音視頻也是一樣，先將信息采集后按照一定的規則進行量化，量化后就可以編碼了，到了編碼這一步就可以輸入計算機了。以上過程就是信息處理思維的體現，同理其他國家的各種信息也是按照這樣的方式來設計的，這樣學生就很容易理解何為信息處理思維了。

3.并行思維。學生們在使用計算機時通常不會只做一件事，一般大家都是同時運行多個軟件，比如在練習打字時還掛著QQ，開著網頁，甚至有些學生還用耳機連著計算機聽音樂，這就是并行思維了，雖然只有一臺計算機，但是感覺上所有的工作都在同步進行。這些任務即所謂的多道程序都是由操作系統安排的，它把計算機的中央處理器（CPU）按時間片分成小部分，每個任務輪流占據時間片使用計算機，計算機速度很快，所以我們感覺不到是在分別使用，這樣系統資源可以得到充分利用。

4.共性思維。在《計算機基礎》課程中，辦公自動化OFFICE套件的學習占了一多半的課時，我們在使用中可以感覺到操作窗口都非常類似，我們在這3種軟件中設置格式、處理文字圖片時都有熟悉的感覺。再比如我們在操作系統中使用的命令，在辦公自動化軟件中一樣用，例如剪切、復制、粘貼的快捷操作。此類方法也可以擴展到其他軟件中來體會共性思維。同學們可以分析原因，查找共性，多問問為什么。

五、結束語

《計算機基礎》這門課程主要是面向非計算機專業的學生，對于這些學生的計算思維的培養，需要教師將理論與實際結合在一起，讓學生形象地感受到計算思維就在身邊。這個過程需要教師引導學生們去實踐總結，從形象到抽象。

以上內容是我在教學中引導學生理解計算思維的范例，這是我在計算機基礎教學實踐中對引入計算思維的嘗試，由于探討的深度和廣度所限，教學中還有很多值得探討的思維方式并沒有引入到教學實踐中，尤其是在實驗操作中沒有明顯地強化計算思維，這在以后的教學中還將逐漸完善。

參考文獻：

[1]JeannetteM.Wing.Computational Thinking[J].Communications of the ACM，2006，（3）：34-35.

Abstract：With the construction and development of social economy in our country，information processing technology is widely used in all aspects of people's work and life. Teachers in computer teaching should pay attention to strengthen the training of students thinking. This paper mainly studies the embodiment of computational thinking in computer basic teaching，and tries to introduce computational thinking into practical teaching through several different ways of thinking.

Key words：computer；basic teaching；computational thinkingendprint