盧曉東

摘要：計算思維能力的培養(yǎng)，在大學(xué)計算機教育中受到普遍關(guān)注。通過分析目前“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程的內(nèi)容設(shè)置，結(jié)合教學(xué)實踐討論目前存在的一些共性的問題，提出了一些教學(xué)改革的設(shè)想，將涉及計算思維的計算機軟硬件的基本原理保留在理論課中，而將涉及更新變化快的計算機應(yīng)用知識和技術(shù)放在上機操作實踐中，這樣既能在課時有限的理論課上專注于計算思維能力的培養(yǎng)，又能通過上機實踐掌握最新的計算機應(yīng)用技術(shù)。

關(guān)鍵詞：計算思維；大學(xué)計算機基礎(chǔ)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）32-7672-02

1 概述

2006年，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真（Jeannette M. Wing）教授在《Communications of the ACM》雜志上提出了計算思維（Computational Thinking）的概念，即“運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類的行為”，并提出計算思維應(yīng)是在閱讀、寫作和算術(shù)之外的另一個重要的基本能力，倡導(dǎo)在計算機基礎(chǔ)教育中加強計算思維能力的培養(yǎng)，隨后，國內(nèi)外著名高校普遍對在非計算機專業(yè)學(xué)生中培養(yǎng)計算思維能力有了充分的關(guān)注和認(rèn)可。

回顧國內(nèi)大學(xué)非計算機專業(yè)計算機基礎(chǔ)教學(xué)的發(fā)展歷程，1997年，教育部頒發(fā)了“加強非計算機專業(yè)計算機基礎(chǔ)教學(xué)的工作意見”（簡稱155號文件），明確提出高校將計算機課程納入基礎(chǔ)課的范疇，并且提出了計算機基礎(chǔ)教學(xué)的三個層次（即計算機文化基礎(chǔ)、計算機技術(shù)基礎(chǔ)和計算機應(yīng)用基礎(chǔ)）。隨后又頒布了“關(guān)于進一步加強高等學(xué)校計算機基礎(chǔ)教學(xué)的幾點意見”，提出了高校當(dāng)前計算機教學(xué)的1+X體系，并給出了具體的教學(xué)基本要求。

如何將計算思維能力的培養(yǎng)融入到高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)中，已經(jīng)成為一個重要的教學(xué)改革課題，現(xiàn)就計算思維能力的培養(yǎng)和大學(xué)計算機應(yīng)用基礎(chǔ)課程的教學(xué)設(shè)置，提出一些想法。

2 當(dāng)前“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程教學(xué)中存在的問題

2.1 課時安排的問題

教育部關(guān)于“關(guān)于進一步加強高等學(xué)校計算機基礎(chǔ)教學(xué)的幾點意見”明確提出了“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程的教學(xué)目標(biāo)，即“了解計算機的硬件結(jié)構(gòu)與組成原理、了解操作系統(tǒng)的功能與其中一些重要概念、了解計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、多媒體等技術(shù)的基本概念、技術(shù)和應(yīng)用”。并且給出了具體的教學(xué)內(nèi)容和要求，和課程實施建議，教學(xué)總學(xué)時64課時，其中講課32-48課時，上機32-16學(xué)時。

在近年的教學(xué)實踐中，教學(xué)內(nèi)容和進度大致安排如下：

1） 理論知識

（1） 計算機概述，介紹計算機和電子技術(shù)的發(fā)展歷史和二進制的基本運算，6學(xué)時。

（2） 計算機組成原理，介紹CPU、內(nèi)存、輸入/輸出設(shè)備的基本工作原理，6學(xué)時。

（3） 計算機軟件，介紹操作系統(tǒng)、算法和程序設(shè)計語言，6學(xué)時。

（4） 計算機網(wǎng)絡(luò)，介紹數(shù)據(jù)通訊知識、TCP/IP協(xié)議作用、因特網(wǎng)服務(wù)，6學(xué)時。

（5） 數(shù)字媒體技術(shù)，介紹文本、圖像、音頻、視頻的原理和方法，6學(xué)時。

（6） 信息系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫，介紹信息系統(tǒng)的開發(fā)和數(shù)據(jù)庫的操作，6學(xué)時。

2） 上機操作

學(xué)習(xí)Office辦公自動化相關(guān)的軟件的操作和使用，包括Word、Excel、Powerpoint、Frontpage、Access，共五個應(yīng)用軟件，上機30學(xué)時，平均一個應(yīng)用軟件上機操作6學(xué)時。

在上述教學(xué)安排的具體實踐中，上機操作部分能較好的達到預(yù)期的目標(biāo)，通過安排的教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)和練習(xí)，學(xué)生基本能掌握相應(yīng)軟件的基本操作，達到相應(yīng)軟件的使用要求，并且能達到相應(yīng)的國家（或省級）計算機等級考試一級考試的操作要求。

在理論知識教學(xué)的實踐中，存在一些問題，最大的問題就是預(yù)期目標(biāo)和實際效果的脫離，從教學(xué)內(nèi)容的安排中能看出，各章節(jié)計劃課時平均只有6學(xué)時，其中還需要穿插安排上機操作的課堂講解，所以實際的各章理論知識的課時不足6學(xué)時。在短短6個學(xué)時不足的課堂教學(xué)中，很難真正完成相應(yīng)章節(jié)基本知識和理論的講解，同時，學(xué)生也很難在這樣短的時間里領(lǐng)會相應(yīng)章節(jié)的基本知識和基本原理。

教育部“關(guān)于進一步加強高等學(xué)校計算機基礎(chǔ)教學(xué)的幾點意見”中提出，“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程應(yīng)該類似于大學(xué)物理、大學(xué)化學(xué)等其他基礎(chǔ)課程，內(nèi)容較為穩(wěn)定、規(guī)范和系統(tǒng)。

但是在實際教與學(xué)中很難達到這樣的目標(biāo)，僅就知識概念而言，“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”理論知識幾乎涵蓋了計算機專業(yè)的大部分知識概念，各章節(jié)在不足6學(xué)時里，僅僅概念的陳述都很難做到透徹，更不要說深入細(xì)致的講解和反復(fù)的練習(xí)和鞏固了。實際的教學(xué)狀況往往是，教師在課堂上趕進度，而學(xué)生往往反映聽不懂、或者聽不透，來不及消化、理解和記憶，甚至使得一部分學(xué)生對課堂學(xué)習(xí)失去興趣，對課程學(xué)習(xí)目標(biāo)茫然。這種狀況亟待解決，課程的學(xué)習(xí)效果，與課程內(nèi)容的科學(xué)設(shè)置密切相關(guān)，有必要重新審視“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程內(nèi)容的設(shè)置和安排是否合理和科學(xué)。

2.2 教材內(nèi)容組織的問題

目前各高?！按髮W(xué)計算機基礎(chǔ)”教材版本較多，基本都是按照教育部的頒布的對該課程的教學(xué)基本要求組織編寫的，其內(nèi)容基本都是計算機專業(yè)各門課程的簡化和濃縮，其中涵蓋了“計算機組成原理”、“數(shù)字邏輯”、“算法與程序設(shè)計”、“操作系統(tǒng)原理”、“計算機網(wǎng)絡(luò)”、“多媒體技術(shù)”、“數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用”等課程的基本知識和概述，這些課程中，每一門課程的學(xué)習(xí)都需要50-60課時以上的學(xué)習(xí)時間，“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程教材內(nèi)容，相當(dāng)于把300-400課時以上的多門課程的內(nèi)容，壓縮到一門課程中，要求在30-40課時中掌握，即使只是要求掌握最基礎(chǔ)的部分，也是很難做到合理安排的。

目前各版本的教材的內(nèi)容，基本就是大量名詞和概念的簡單羅列，知識體系不夠完整和科學(xué)，加上計算機科學(xué)發(fā)展迅速，知識更新很快，一些課本知識很容易變?yōu)殛惻f，很難做到像大學(xué)數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)那樣穩(wěn)定、規(guī)范和系統(tǒng)，學(xué)生在閱讀教材時，容易陷入“似懂非懂”的狀態(tài)，或者只能是“走馬觀花式”閱讀，很難做到對具體內(nèi)容的透徹理解和掌握。endprint

如何組織好“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程的教材內(nèi)容，做到像大學(xué)數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)課程那樣的穩(wěn)定、規(guī)范和系統(tǒng)，這也是一個需要研究的課題。

3 結(jié)合計算思維能力的培養(yǎng)探討“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程內(nèi)容設(shè)置

大學(xué)課程教學(xué)的目的是為了讓學(xué)生掌握知識和原理、提高解決問題的能力，所謂“學(xué)以致用”，即為了實際應(yīng)用而學(xué)習(xí)，所以是否能解決實際問題，成為檢驗學(xué)習(xí)效果的一個重要考量，所以課程內(nèi)容的設(shè)置，應(yīng)該以“可理解的、可運用的、可驗證的”作為選取思路。

其中“可理解的”知識，是指學(xué)生在已有知識儲備情況下，確實能理解其含義?！翱蛇\用的”知識，是指該知識能解決一些典型問題；“可驗證的”是該知識能用來舉一反三，解決實際工作或者未來工作的一類或者幾類問題。

計算思維能力的培養(yǎng)，之所以受到關(guān)注和認(rèn)可，是因為計算思維強調(diào)運用計算機科學(xué)中的概念與方法來解決現(xiàn)實中的各種問題，符合“學(xué)以致用”的理念，當(dāng)今世界，計算機技術(shù)在各行各業(yè)都有應(yīng)用，各行各業(yè)的專業(yè)人員都需要學(xué)習(xí)和掌握計算機的使用，更需要運用計算機科學(xué)中的解決問題的方法和思路來解決各自專業(yè)中的問題，所以計算思維能力的培養(yǎng)和大學(xué)計算機教學(xué)的目標(biāo)是一致的。

計算思維的核心是“抽象與分解”，結(jié)合大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程的內(nèi)容，也需要“抽象和分解”，簡單的說就是需要提取課程中的基本原理，重點介紹，化簡和舍去無用的枝葉，以是否能解決實際問題作為目標(biāo)，改革課程內(nèi)容的設(shè)置。

將課程內(nèi)容的設(shè)置分為兩部分，理論課講解不變的理論，實驗課實踐最新的計算機應(yīng)用。具體來說，針對理論學(xué)習(xí)和實驗操作有如下兩個建議：

3.1 在理論課中保留不變的理論

對計算機科學(xué)來說，不變的部分是計算機組成原理，即“程序存儲控制”原理，幾十年來沒有變化，算法的基本思想幾十年來沒有變化，而這些基本原理正是計算思維中的重要思想方法，將這些計算思維的基本原理，作為理論知識，通過課堂詳細(xì)講解，要求達到理解和能運用計算思維解決和分析實際問題的程度，即在理論課上只講計算機組成原理和算法的基本思想。

3.2 把變化快的計算機具體應(yīng)用技術(shù)安排在上機操作中

計算機科學(xué)的應(yīng)用技術(shù)，往往更新較快，例如，計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、多媒體技術(shù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用，這些知識內(nèi)容變化快，新的技術(shù)不斷涌現(xiàn)，舊的技術(shù)很快淘汰，對于這部分內(nèi)容不必詳細(xì)講解，只需通過安排相應(yīng)的實驗操作，盡量選取最新的應(yīng)用技術(shù)，讓學(xué)生在實踐中去體會和掌握。同時，對于新的技術(shù)應(yīng)用也可結(jié)合不同專業(yè)應(yīng)用的需要，以開設(shè)選修課的方式進行安排。

3.3 教材內(nèi)容的組織

對于教材內(nèi)容的組織來說，同樣分為兩個部分。要求理論教材內(nèi)容少而精，充實符合計算思維的計算機科學(xué)基本思想，即計算機硬件的基本原理和軟件（算法）的基本思想。將變化更新快的計算機應(yīng)用技術(shù)部分，放在上機操作指導(dǎo)當(dāng)中，在上機操作課中，簡單介紹概念，強調(diào)通過實際操作，解決實際問題，來體會和了解和認(rèn)識計算機最新的應(yīng)用技術(shù)。

4 小結(jié)

本文探討了將計算思維融入當(dāng)前的“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程教學(xué)當(dāng)中，嘗試提出一種教學(xué)改革思路，即在理論課上保留和加強計算思維能力的培養(yǎng)，而將計算機應(yīng)用技術(shù)和知識放在實驗操作中去學(xué)習(xí)和體會。

參考文獻：

[1] Wing， Jeanette M.Computational thinking[M].Communications of the ACM，2006，49 （3）.endprint