李銘

摘要：計算思維是和理論思維、實驗思維并列的三大科學思維之一，計算思維以計算機學科為代表。對于應(yīng)用型本科院校，計算機基礎(chǔ)課程應(yīng)綜合技能、知識和思維”三方面的內(nèi)容；技能是基礎(chǔ)，在講解知識的同時，更需提煉知識中包含的計算思維思想并直接傳授給學生，有意識地培養(yǎng)學生計算思維的意識和能力。

關(guān)鍵詞：計算機基礎(chǔ)教學；計算思維；應(yīng)用型本科

中圖分類號：G424文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)07-1702-02

Combination of Skill, Knowledge and Thinking in College Computer Fundamentals

LI Ming

(Dept. of Computer Engineering, Nanjing Institute of Technology, Nanjing 210013, China)

Abstract: Computational thinking is as important as theoretical thinking and experimental thinking in science thinking, it is represented by computer science. In Application-Oriented undergraduate college, computer fundamentals teaching should be combination of skill, knowledge and thinking. Skill is foundation in the combination. While introducing knowledge, computational thinking it contains should be told to students too, which can train students ability about computational thinking.

Key words: teachinging of computer fundamentals; computational thinking; application-oriented undergraduate

隨著計算機的普及，在國內(nèi)的大部分地區(qū)，計算機的教育已從中、小學開始實施，這種發(fā)展趨勢給作為高等教育基礎(chǔ)課程的“大學計算機基礎(chǔ)”帶來了挑戰(zhàn)?！按髮W計算機基礎(chǔ)”課程學時被壓縮，教學資源配置不充分，課程面臨被裁減的危機。在危機來臨之時，迫使我們重新思考，“大學計算機基礎(chǔ)”課程的內(nèi)涵是什么？我們還需要在高等教育階段開設(shè)計算機基礎(chǔ)這門課嗎？開設(shè)這門課程該如何設(shè)置它的教學內(nèi)容和教學模式？本文將就相關(guān)問題，發(fā)表一些個人觀點。

1現(xiàn)有教學內(nèi)容及存在的問題

目前國內(nèi)高校的“大學計算機基礎(chǔ)”課程主要由理論知識講授和操作技能訓練兩部分組成。理論教學的主要內(nèi)容包括：計算機組成及工作原理、數(shù)據(jù)表示與存儲、問題求解與程序設(shè)計、操作系統(tǒng)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)、多媒體技術(shù)基礎(chǔ)、計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用、計算機與信息安全等。作為新生入學接觸到的第一門計算機課程，課程更側(cè)重知識廣度的介紹，旨在向?qū)W生介紹計算機的基本概念，使學生對計算機的基本工作原理和相關(guān)知識有一個初步的了解，為學生后繼課程的學習及信息素養(yǎng)的提高打下基礎(chǔ)。操作技能訓練包括：介紹計算機的一些基本操作和常用軟件的使用，主要是OFFICE系列軟件、多媒體軟件、網(wǎng)頁制作軟件及網(wǎng)絡(luò)使用。

由于理論知識采用寬度優(yōu)先的方式組織教學，教學內(nèi)容側(cè)重知識的廣度，加上計算機技術(shù)發(fā)展迅速，眾多概念的介紹使學生覺得課程內(nèi)容雜且空洞，而且大多數(shù)學生認為計算機只是一種工具，會操作和使用計算機就足夠了，對課程中的理論知識并不重視，只是為了應(yīng)付考試，簡單將課程中的內(nèi)容死記硬背。

認為計算機基礎(chǔ)教學就是教一些計算機軟件及其使用方法的“狹義工具論”思想不僅在學生中流行甚至也被部分教學管理部門認同，他們認為學生在中學已掌握計算機的使用，“大學計算機基礎(chǔ)”課程已失去其在高等教育體系中存在的必要性。

2計算思維和計算機教育

在我們的高等教育體系中有兩個基礎(chǔ)學科受到普遍的認可和重視：數(shù)學和物理。在人的職業(yè)生涯中，直接使用高等數(shù)學和物理知識的人非常少，但它們的重要性卻沒有人否認。大家普遍認為：數(shù)學學科可以培養(yǎng)理論思維（即推理思維，以推理和演繹為特征），物理學科可以培養(yǎng)實驗思維（又叫實證思維，以觀察和總結(jié)自然規(guī)律為特征），這兩門課程的學習對人們思維方式的改變和培養(yǎng)起著非常積極的作用。隨著計算機科學的發(fā)展，另一種思維方式也越來越特征鮮明地被科學界認可，這就是計算思維（又叫構(gòu)造思維，以設(shè)計和構(gòu)造為特征，以計算機學科為代表）。

目前，自然科學領(lǐng)域公認有三大科學方法：理論方法、實驗方法與計算方法，[1]與這三大科學方法對應(yīng)有三大科學思維，即理論思維、實驗思維與計算思維。[2]計算思維并不是在計算機出現(xiàn)之后才有的，它在人類思維的早期就已經(jīng)萌芽，并且一直是人類思維的重要組成部分。在很長一段時間里，計算思維的研究是作為數(shù)學思維的一部分進行的，計算機的出現(xiàn)強化了計算思維的意義和作用。

計算機對信息和符號的快速處理能力，使許多原本只是理論可以實現(xiàn)的過程變成了實際可以實現(xiàn)的過程。海量數(shù)據(jù)的處理、復(fù)雜系統(tǒng)的模擬、大型工程的組織，借助計算機實現(xiàn)了從想法到產(chǎn)品整個過程的自動化、精確化和可控化，大大拓展了人類認知世界和解決問題的能力和范圍。同時，一些屬于計算思維的特點被逐步揭示出來，計算思維與邏輯思維和實證思維的差別越來越清晰化。例如在對于指令和數(shù)據(jù)的研究中，層次性、迭代表述、循環(huán)表述以及各種組織結(jié)構(gòu)（樹結(jié)構(gòu)，圖結(jié)構(gòu)等）被明確提出來。計算機不僅為不同專業(yè)提供了解決專業(yè)問題的有效方法和手段，而且提供了一種獨特的處理問題的思維方式。

美國卡內(nèi)基·梅隆大學計算機科學系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授認為：計算思維是運用計算機科學的基礎(chǔ)概念進行問題的求解、系統(tǒng)設(shè)計、以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。計算思維的本質(zhì)是抽象和自動化。[3]

3以計算思維為導向的大學計算機基礎(chǔ)教學內(nèi)容設(shè)計

從2010年5月起，國家高等學校計算機基礎(chǔ)教學指導委員會先后召開多次會議，討論大學計算機基礎(chǔ)課程應(yīng)包含哪些內(nèi)容，如何將計算思維融入到該門課程中。上海交大（2010年秋季）和南方科大（2011年春季）正在試開新型計算機基礎(chǔ)課程——“計算機科學導論：計算思維”。

在這樣的背景下，作為一個應(yīng)用型本科院校，我們不能簡單地照搬研究型高校的教學內(nèi)容，也不能停滯不前，我們需要重新設(shè)計并建立適合自己的基于計算思維的課程建設(shè)新方案。

在中國，從小學到大學教育，計算思維經(jīng)常被朦朦朧朧地使用。傳統(tǒng)的教學模式強調(diào)知識的整體性和綜合性，老師對學生系統(tǒng)傳授知識，學生在實踐中逐步領(lǐng)會和消化知識，形成自己對于知識的新的覺悟。計算思維的培養(yǎng)更多是靠學生“悟”出來的，其缺點是：培養(yǎng)速度慢、效率低、培養(yǎng)標準難以把握。雖然計算機課程不是訓練計算思維唯一的課程，卻是訓練計算思維最好的課程。“大學計算機基礎(chǔ)”是新生入學后接觸到的第一門計算機課程，我們設(shè)計在給學生傳授知識的同時，直接將其中包含的計算思維內(nèi)容講出來，讓學生自覺地去學習，這樣可以提高培養(yǎng)質(zhì)量，縮短培養(yǎng)的時間。

基于這樣的考慮，筆者認為“大學計算機基礎(chǔ)”課程應(yīng)該是“技能、知識、思維”三位一體的教學模式，其內(nèi)涵應(yīng)該是三者的綜合，它們之間的關(guān)系應(yīng)如下圖所示。

其中計算機操作是最底端的基礎(chǔ)，計算機的基本操作和常用軟件的熟練使用是所有學生都必須具備的基本技能。雖然一些發(fā)達地區(qū)的中、小學學生對這些內(nèi)容并不陌生，但他們的能力是不全面的。很多學生可以用QQ聊天，用媒體播放軟件聽音樂、看視頻、玩游戲，但是對我們生活和工作經(jīng)常使用的一些辦公軟件如office系列軟件，學生并沒有完全、充分地掌握它。學生可以用word軟件寫文章，但是如何寫一篇圖文并茂，排版規(guī)范的文章，他們又顯得力不從心，很多學生甚至在畢業(yè)時都無法將自己的論文按指定的格式進行排版；功能強大的電子表格軟件，更是學生的弱項。因此，相應(yīng)的技能訓練和技能考核是必不可少的?；蚩紤]到中小學教育的內(nèi)容，可適當減少學生課內(nèi)上機的輔導時間。

計算思維不是憑空產(chǎn)生的，它是眾多知識積累后的升華，計算思維通常蘊含在知識之中。在以往的計算機基礎(chǔ)教學中，我們僅側(cè)重計算機知識的介紹，而忽略了計算機思維的培養(yǎng)，其實，在計算機知識中計算思維無處不在。比如，我們在介紹計算機網(wǎng)絡(luò)IP地址時，IP地址有網(wǎng)絡(luò)號和主機號兩部分組成，體現(xiàn)了信息的層次化編碼思想，學生的學號及身份證號的編碼都采用了相似的方式。我們從一臺機器的IP地址可判斷出該機器所在的網(wǎng)絡(luò)，從學生的學號中可以判斷出它所在的系、入學年份、所在班級等信息。再如信息安全中，登陸時驗證碼的使用，驗證碼的出現(xiàn)是YAHOO公司為了應(yīng)對大量垃圾郵件對郵箱的攻擊而采取人機辨識問題的解決方案，這是一個簡單而巧妙的設(shè)計，計算機先是產(chǎn)生一個隨機的字符串，然后用程序把這個字符串的圖像進行隨機的污染，扭曲，再顯示給顯示器前的人或者機器。凡是能夠辨識這些字符的，即為人類。此外還有操作系統(tǒng)的資源管理思想及策略、樹狀層次結(jié)構(gòu)的文件管理、多層次的存儲器管理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中鏈式存儲和順序存儲等知識中都體現(xiàn)了體現(xiàn)計算思維思想。

上面的例子都體現(xiàn)了計算機在解決問題時特有的一些思維方式。為此，我們需要將現(xiàn)有內(nèi)容中的知識點重新梳理，挖掘出其中體現(xiàn)計算思維的知識要點，在介紹計算機基本知識和基本概念時，將其中包含的計算思維方法直接講授給學生，并讓學生思考日常生活中使用相同或相似方法的案例。這樣不僅加深學生對知識的理解，更能將相關(guān)的思維方式直接傳授給學生，培養(yǎng)學生計算思維的意識和能力，掌握計算思維解決問題的一般步驟和方法，并將這些方法直接應(yīng)用于今后的學習和工作中。

4結(jié)束語

在信息時代，計算思維代表著一種普遍的認識和一類普適的技能，每一個人，而不僅僅是計算機科學家，都應(yīng)熱心于它的學習和運用。將計算思維的教育直接融入大學計算機基礎(chǔ)課程，不僅可以豐富課程的教學內(nèi)容，更是對課程內(nèi)涵的一種提升。

參考文獻：

[1]石鐘慈.第三種科學方法——計算機時代的科學計算[M].北京:清華大學出版社,2000:11.

[2]朱亞宗.論計算思維——計算思維的科學定位、基本原理及創(chuàng)新路徑[J].計算機科學,2009(4):53-55.

[3] Wing J M.Computational Thinking[J].Communications of the ACM,2006,49(3):33-35.