基于計(jì)算思維的大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)改革研究

韓法旺 毛素龍

摘要：本文總結(jié)了當(dāng)下信息技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中存在的問(wèn)題，研究了計(jì)算思維的概念、特征以及在教學(xué)中的作用。最后試圖構(gòu)建一個(gè)基于計(jì)算思維的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模型，以此來(lái)解決信息技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)改革中存在的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維;信息技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué);任務(wù)驅(qū)動(dòng)

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2019）19-0250-03

一、我國(guó)大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中存在的不足之處

大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)課程通常都是大一新生進(jìn)入大學(xué)后第一學(xué)期就會(huì)學(xué)習(xí)的課程。在目前的高等教育中，還有很多的高校信息技術(shù)基礎(chǔ)就是講解Windows操作系統(tǒng)的使用、Microsoft Office辦公軟件的操作。在軟件使用的過(guò)程中也很少會(huì)涉及思維的教育，更別提計(jì)算思維的培養(yǎng)，主要就是軟件菜單欄各種功能的掌握，考試也就是依照一篇范文來(lái)排版，幾乎不用學(xué)生動(dòng)腦子。

（一）工具論思潮居首

經(jīng)過(guò)筆者參與各種計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)會(huì)議，和多個(gè)學(xué)校的講授信息技術(shù)基礎(chǔ)的老師多方面溝通所了解到的信息。現(xiàn)在各高校對(duì)于入學(xué)以來(lái)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的首門課程都在想法設(shè)法地進(jìn)行改革，但大多乏力。主流的課程體系還是講述Windows操作系統(tǒng)的操作，比如開始菜單、任務(wù)欄、桌面?zhèn)€性化、文件及文件夾的復(fù)制、移動(dòng)粘貼等;Microsoft Office軟件的使用，包括Word、Excel、PPT軟件的使用，且所占學(xué)時(shí)比例并不低，大都強(qiáng)調(diào)多練、多做，很少有強(qiáng)調(diào)多思考的。美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)系主任周以真教授提出的計(jì)算思維的概念已經(jīng)有十多年了，但到目前為止還很少有信息技術(shù)基礎(chǔ)的教師能夠?qū)⑵溥\(yùn)用到教學(xué)中去。信息技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)主要還是讓學(xué)生學(xué)會(huì)幾種常用辦公軟件的操作以及簡(jiǎn)單編程，這顯然不利于學(xué)生對(duì)計(jì)算科學(xué)的思想和方法的理解和掌握，也不利于為國(guó)家培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的高素質(zhì)人才隊(duì)伍[1]。

目前高校中的學(xué)生絕大多數(shù)都是獨(dú)生子女，習(xí)慣了衣來(lái)伸手飯來(lái)張口的生活態(tài)度。到大學(xué)中的學(xué)習(xí)也習(xí)慣于老師講什么我就學(xué)什么，并且從師兄師姐那里也會(huì)了解到一些諸如“計(jì)算機(jī)課程就是程序設(shè)計(jì)”“計(jì)算機(jī)會(huì)用即可”或“信息技術(shù)基礎(chǔ)課程就是講解工具使用”等一些片面觀點(diǎn)。他們還未意識(shí)到工具什么時(shí)候都可以學(xué)，但培養(yǎng)自己獨(dú)立解決問(wèn)題的思維能力才應(yīng)該是大學(xué)里最應(yīng)該學(xué)會(huì)的東西。

（二）教學(xué)內(nèi)容相對(duì)于技術(shù)的發(fā)展相對(duì)滯后

今年是2018年了，Microsoft Office軟件也已經(jīng)出到了Office 2019，但觀察大多數(shù)的高校里還在講解Office 2010，甚至還有的高校上課還是以O(shè)ffice 2003為版本。國(guó)家在很多年前就已經(jīng)在中小學(xué)普及信息技術(shù)教育，很多的學(xué)生在高中，甚至是初中就已經(jīng)學(xué)習(xí)了Office軟件的使用方法，到了大學(xué)之后發(fā)現(xiàn)第一門學(xué)習(xí)的信息技術(shù)基礎(chǔ)課程居然還是同樣的內(nèi)容。這就導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情下降，學(xué)習(xí)不上心也就在情理之中了。很多高校教師都會(huì)吐槽說(shuō)，我們天天在免費(fèi)推廣微軟公司的產(chǎn)品，人家還不要出一分錢推廣費(fèi)。就是這種相對(duì)滯后的教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生提不起興趣，也使學(xué)生忽視了計(jì)算思維對(duì)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的重要作用，更不會(huì)使學(xué)生意識(shí)到計(jì)算思維對(duì)創(chuàng)新行為的支撐作用。

高等學(xué)校為學(xué)生開設(shè)的信息技術(shù)基礎(chǔ)課程包括計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念和技術(shù)。它強(qiáng)調(diào)學(xué)科的廣泛性，但實(shí)際上是分散的和“拼盤式”的。這就導(dǎo)致學(xué)生對(duì)其積極性不高，學(xué)習(xí)熱情低下，出現(xiàn)逃課、上課注意力不集中的問(wèn)題。

（三）考核機(jī)制沒有體現(xiàn)計(jì)算思維能力

由于自動(dòng)閱卷軟件的出現(xiàn)，很多的客觀題，比如選擇、填空、判斷等已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閱卷、自動(dòng)出分?jǐn)?shù)。還有很多公司和微軟合作，可以對(duì)Office軟件的排版進(jìn)行自動(dòng)閱卷。很多高校引進(jìn)了這樣的考試系統(tǒng)，于是皆大歡喜。學(xué)生可以考完就看到自己的分?jǐn)?shù)，老師也不要花大力氣改卷子，甚至有的考試系統(tǒng)考完之后就可以告訴學(xué)生什么地方錯(cuò)了、怎么改正。于是高等教育又回到了以前的題海戰(zhàn)術(shù)，信息技術(shù)基礎(chǔ)的教學(xué)就成了大量的練、練、練，學(xué)生也高興，不要?jiǎng)幽X筋。

然而，這種簡(jiǎn)單的考核方式卻阻礙著以“計(jì)算思維”為基礎(chǔ)的高校信息技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)改革的深入，測(cè)試學(xué)生思維能力的問(wèn)題不能簡(jiǎn)單地用這種自動(dòng)閱卷的方式來(lái)考核。另外，只是這種機(jī)械的評(píng)價(jià)方法也不能真實(shí)、全面地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

二、計(jì)算思維研究

周以真教授認(rèn)為，“計(jì)算思維是利用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念來(lái)解決問(wèn)題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為的科學(xué)方法。計(jì)算思維本質(zhì)上是一種方法論思維，它通過(guò)約簡(jiǎn)、變換、嵌入和模擬以適當(dāng)?shù)姆绞疥愂鰡?wèn)題，對(duì)問(wèn)題的相關(guān)方面進(jìn)行建模，并將看似困難的問(wèn)題解釋為我們知道如何解決的問(wèn)題。采用最有效的方法，依照方法解決問(wèn)題。計(jì)算思維應(yīng)該真正融入整個(gè)人類活動(dòng)，這樣每個(gè)人都可以掌握和在任何地方使用[2]。”

（一）計(jì)算思維體系框架

關(guān)于計(jì)算思維研究什么內(nèi)容、如何在信息技術(shù)基礎(chǔ)中引入計(jì)算思維的概念、計(jì)算思維的體系框架，如表1所示。

周以真教授給出計(jì)算思維具有以下幾個(gè)方面的特征[2]，如表2所示。

計(jì)算思維的標(biāo)志和本質(zhì)是自動(dòng)化和抽象，它是以可行和構(gòu)造為特征的構(gòu)造思維，是以程序化、層次化（形式化）、結(jié)構(gòu)化（機(jī)械化）為根本的思維[3]。

（二）計(jì)算思維在教學(xué)中的影響及其應(yīng)用

計(jì)算思維的研究無(wú)處不在，在美國(guó)，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)教育協(xié)會(huì)已經(jīng)和Microsoft公司合作，依據(jù)上述的計(jì)算思維系統(tǒng)框架進(jìn)行計(jì)算機(jī)教學(xué)，并積極提倡計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育中要把計(jì)算思維和計(jì)算機(jī)導(dǎo)論緊密結(jié)合起來(lái)。

在中國(guó)，人們深刻剖析計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的各種課程中所蘊(yùn)含的計(jì)算思維思想，力爭(zhēng)在教學(xué)中可以把計(jì)算思維的精髓融入到教學(xué)中去，已經(jīng)有部分高校進(jìn)行了可貴的嘗試。比如走在了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育前列的九校聯(lián)盟就都在實(shí)驗(yàn)性地開展基于計(jì)算思維的教學(xué)改革。如計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展是計(jì)算思維不斷拓展的過(guò)程;計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示是計(jì)算思維的表示;計(jì)算機(jī)的組成和工作原理是抽象和分解的運(yùn)用;數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是研究數(shù)據(jù)表示方法及其關(guān)系的一種抽象等。

計(jì)算思維也在其他學(xué)科中進(jìn)行培養(yǎng)，并產(chǎn)生了一定的影響。“如在生物學(xué)科中，Shotgun algorithm（霰彈槍算法）大大提高了人類基因組測(cè)序的速度，蛋白質(zhì)的動(dòng)力學(xué)可以用計(jì)算的過(guò)程去模擬[4];在化學(xué)學(xué)科中，原子計(jì)算能探索化學(xué)的一些現(xiàn)象，優(yōu)化和搜索算法能找尋優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)條件和提高產(chǎn)量的物質(zhì);在腦科學(xué)中，人工智能就一直以人腦思維的方式發(fā)明創(chuàng)新機(jī)器來(lái)幫助我們完成更現(xiàn)代化的技術(shù);在數(shù)學(xué)學(xué)科中應(yīng)用甚廣，因?yàn)橛?jì)算的本質(zhì)緣于對(duì)數(shù)學(xué)的研究，四色定理等都受到了計(jì)算思維很大的影響;在經(jīng)濟(jì)學(xué)科中，電子商務(wù)等都受到了計(jì)算思維的影響;在地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域，對(duì)地殼、地球、復(fù)雜大氣層等的模擬都需要用到計(jì)算思維的理念;在電子、土木、機(jī)械、航空航天等工程領(lǐng)域計(jì)算方式的進(jìn)行能夠提高器械等的高精度高密度等;在醫(yī)療領(lǐng)域，機(jī)器人手術(shù)、可視化技術(shù)等;在社會(huì)科學(xué)中，社交網(wǎng)絡(luò)等也被人們所喜愛和接收;在法學(xué)領(lǐng)域，斯坦福大學(xué)的CL方法涵蓋了時(shí)序邏輯、狀態(tài)機(jī)、進(jìn)程代數(shù)、人工智能、Petri網(wǎng)等方面的內(nèi)容;娛樂(lè)中的游戲，電影和藝術(shù)中的噴繪機(jī)器人、戲劇等都有受到的影響[5]。”

三、基于計(jì)算思維的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模型的構(gòu)建

任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)是“任務(wù)、教師和學(xué)習(xí)者之間交互作用的結(jié)果”。整個(gè)教學(xué)過(guò)程是以任務(wù)為基礎(chǔ)的，將教師與學(xué)習(xí)者聯(lián)系起來(lái)。在傳統(tǒng)的任務(wù)型教學(xué)中，教師只對(duì)學(xué)習(xí)者完成的任務(wù)進(jìn)行評(píng)估，而學(xué)習(xí)者采用任何方法來(lái)解決則不做要求。基于計(jì)算思維的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)以任務(wù)確定為核心，以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用思維方法完成任務(wù)為標(biāo)準(zhǔn)。因此，任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式的構(gòu)建應(yīng)從任務(wù)的確定、任務(wù)的過(guò)程和解決方法三個(gè)方面進(jìn)行。

筆者參照任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模型，結(jié)合計(jì)算思維的體系框架，參考了前人的研究成果，嘗試構(gòu)建的教學(xué)模型中，教學(xué)者依據(jù)任務(wù)開展五個(gè)步驟的活動(dòng)，學(xué)習(xí)者則需要六個(gè)步驟來(lái)學(xué)習(xí)。教學(xué)者的任務(wù)是課前的準(zhǔn)備、任務(wù)的設(shè)計(jì)、任務(wù)的呈現(xiàn)、指導(dǎo)學(xué)習(xí)者實(shí)施任務(wù)、對(duì)學(xué)習(xí)者上交的作品進(jìn)行總結(jié)評(píng)價(jià);學(xué)習(xí)者的工作是課前預(yù)習(xí)相應(yīng)課程、形成相應(yīng)良好的學(xué)習(xí)心理、明確目標(biāo)任務(wù)、完成任務(wù)、得到結(jié)果相互交流，對(duì)結(jié)果進(jìn)行反思評(píng)價(jià)[6]。基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模型如圖1所示。

由圖1可知，基于計(jì)算思維的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模型，其特點(diǎn)是將計(jì)算思維的方法貫穿于教學(xué)者和學(xué)習(xí)者對(duì)“任務(wù)”進(jìn)行操作時(shí)的所有步驟，系列任務(wù)的設(shè)置和實(shí)施都圍繞計(jì)算思維的方法展開，就是將計(jì)算思維方法應(yīng)用于教學(xué)者的教學(xué)五步驟和學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)六步驟之中。

四、結(jié)語(yǔ)

計(jì)算思維融入信息技術(shù)基礎(chǔ)的課程教學(xué)是一個(gè)剛剛興起的研究問(wèn)題，相關(guān)的理論成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還比較少，加上研究者的研究視野、能力水平等限制，本文提出的基于計(jì)算思維的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模型存在如下不足，一是依照模型構(gòu)建的教學(xué)案例有待豐富;二是未經(jīng)過(guò)大量對(duì)比教學(xué)進(jìn)行檢驗(yàn)，以驗(yàn)證其是否科學(xué)合理。

參考文獻(xiàn)：

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http：//www.gov.cn/jrzg/2010-07/29/content_1667143.htm

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