“技能、知识、思维”三位一体的大学计算机基础教学

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摘 要 ：计算思维是和理论思维、实验思维并列的三大科学思维之一,计算思维以计算机学科为代表.对于应用型本科院校,计算机基础课程应综合技能、知识和思维”三方面的内容；技能是基础,在讲解知识的同时,更需提炼知识中包含的计算思维思想并直接传授给学生,有意识地培养学生计算思维的意识和能力.

关 键 词 ：计算机基础教学；计算思维；应用型本科

中图分类号：G424文献标识码：A文章编号：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 puter science. In Application-Oriented undergraduate college, puter fundamentals teaching should be bination of skill, knowledge and thinking. Skill is foundation in the bination. While introducing knowledge, putational thinking it contains should be told to students too, which can train student’s ability about putational thinking.

Key words: teachinging of puter fundamentals, putational thinking, application-oriented undergraduate

随着计算机的普及,在国内的大部分地区,计算机的教育已从中、小学开始实施,这种发展趋势给作为高等教育基础课程的“大学计算机基础”带来了挑战.“大学计算机基础”课程学时被压缩,教学资源配置不充分,课程面临被裁减的危机.在危机来临之时,迫使我们重新思考,“大学计算机基础”课程的内涵是什么?我们还需要在高等教育阶段开设计算机基础这门课吗?开设这门课程该如何设置它的教学内容和教学模式?本文将就相关问题,发表一些个人观点.

1现有教学内容及存在的问题

目前国内高校的“大学计算机基础”课程主要由理论知识讲授和操作技能训练两部分组成.理论教学的主要内容包括：计算机组成及工作原理、数据表示与存储、问题求解与程序设计、操作系统基础、数据库基础、多媒体技术基础、计算机网络基础与应用、计算机与信息安全等.作为新生入学接触到的第一门计算机课程,课程更侧重知识广度的介绍,旨在向学生介绍计算机的基本概念,使学生对计算机的基本工作原理和相关知识有一个初步的了解,为学生后继课程的学习及信息素养的提高打下基础.操作技能训练包括：介绍计算机的一些基本操作和常用软件的使用,主要是OFFICE系列软件、多媒体软件、网页制作软件及网络使用.

由于理论知识采用宽度优先的方式组织教学,教学内容侧重知识的广度,加上计算机技术发展迅速,众多概念的介绍使学生觉得课程内容杂且空洞,而且大多数学生认为计算机只是一种工具,会操作和使用计算机就足够了,对课程中的理论知识并不重视,只是为了应付考试,简单将课程中的内容死记硬背.

认为计算机基础教学就是教一些计算机软件及其使用方法的“狭义工具论”思想不仅在学生中流行甚至也被部分教学管理部门认同,他们认为学生在中学已掌握计算机的使用,“大学计算机基础”课程已失去其在高等教育体系中存在的必要性.

2计算思维和计算机教育

在我们的高等教育体系中有两个基础学科受到普遍的认可和重视：数学和物理.在人的职业生涯中,直接使用高等数学和物理知识的人非常少,但它们的重要性却没有人否认.大家普遍认为：数学学科可以培养理论思维（即推理思维,以推理和演绎为特征）,物理学科可以培养实验思维（又叫实证思维,以观察和总结自然规律为特征）,这两门课程的学习对人们思维方式的改变和培养起着非常积极的作用.随着计算机科学的发展,另一种思维方式也越来越特征鲜明地被科学界认可,这就是计算思维（又叫构造思维,以设计和构造为特征,以计算机学科为代表）.

目前,自然科学领域公认有三大科学方法：理论方法、实验方法与计算方法,[1]与这三大科学方法对应有三大科学思维,即理论思维、实验思维与计算思维.[2]计算思维并不是在计算机出现之后才有的,它在人类思维的早期就已经萌芽,并且一直是人类思维的重要组成部分.在很长一段时间里,计算思维的研究是作为数学思维的一部分进行的,计算机的出现强化了计算思维的意义和作用.

计算机对信息和符号的快速处理能力,使许多原本只是理论可以实现的过程变成了实际可以实现的过程.海量数据的处理、复杂系统的模拟、大型工程的组织,借助计算机实现了从想法到产品整个过程的自动化、精确化和可控化,大大拓展了人类认知世界和解决问题的能力和范围.同时,一些属于计算思维的特点被逐步揭示出来,计算思维与逻辑思维和实证思维的差别越来越清晰化.例如在对于指令和数据的研究中,层次性、迭代表述、循环表述以及各种组织结构（树结构,图结构等）被明确提出来.计算机不仅为不同专业提供了解决专业问题的有效方法和手段,而且提供了一种独特的处理问题的思维方式.

美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真（Jeante M. Wing）教授认为：计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题的求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动.计算思维的本质是抽象和自动化.[3]

3以计算思维为导向的大学计算机基础教学内容设计

从2010年5月起,国家高等学校计算机基础教学指导委员会先后召开多次会议,讨论大学计算机基础课程应包含哪些内容,如何将计算思维融入到该门课程中.上海交大（2010年秋季）和南方科大（2011年春季）正在试开新型计算机基础课程——“计算机科学导论：计算思维”.

在这样的背景下,作为一个应用型本科院校,我们不能简单地照搬研究型高校的教学内容,也不能停滞不前,我们需要重新设计并建立适合自己的基于计算思维的课程建设新方案.

在中国,从小学到大学教育,计算思维经常被朦朦胧胧地使用.传统的教学模式强调知识的整体性和综合性,老师对学生系统传授知识,学生在实践中逐步领会和消化知识,形成自己对于知识的新的觉悟.计算思维的培养更多是靠学生“悟”出来的,其缺点是：培养速度慢、效率低、培养标准难以把握.虽然计算机课程不是训练计算思维唯一的课程,却是训练计算思维最好的课程.“大学计算机基础”是新生入学后接触到的第一门计算机课程,我们设计在给学生传授知识的同时,直接将其中包含的计算思维内容讲出来,让学生自觉地去学习,这样可以提高培养质量,缩短培养的时间.

基于这样的考虑,笔者认为“大学计算机基础”课程应该是“技能、知识、思维”三位一体的教学模式,其内涵应该是三者的综合,它们之间的关系应如下图所示.

其中计算机操作是最底端的基础,计算机的基本操作和常用软件的熟练使用是所有学生都必须具备的基本技能.虽然一些发达地区的中、小学学生对这些内容并不陌生,但他们的能力是不全面的.很多学生可以用聊天,用媒体播放软件听音乐、看视频、玩游戏,但是对我们生活和工作经常使用的一些办公软件如office系列软件,学生并没有完全、充分地掌握它.学生可以用word软件写文章,但是如何写一篇图文并茂,排版规范的文章,他们又显得力不从心,很多学生甚至在毕业时都无法将自己的论文按指定的格式进行排版；功能强大的电子表格软件,更是学生的弱项.因此,相应的技能训练和技能考核是必不可少的.或考虑到中小学教育的内容,可适当减少学生课内上机的辅导时间.

计算思维不是凭空产生的,它是众多知识积累后的升华,计算思维通常蕴含在知识之中.在以往的计算机基础教学中,我们仅侧重计算机知识的介绍,而忽略了计算机思维的培养,其实,在计算机知识中计算思维无处不在.比如,我们在介绍计算机网络IP地址时,IP地址有网络号和主机号两部分组成,体现了信息的层次化编码思想,学生的学号及号的编码都采用了相似的方式.我们从一台机器的IP地址可判断出该机器所在的网络,从学生的学号中可以判断出它所在的系、入学年份、所在班级等信息.再如信息安全中,登陆时验证码的使用,验证码的出现是YAHOO公司为了应对大量垃圾邮件对的攻击而采取人机辨识问题的解决方案,这是一个简单而巧妙的设计,计算机先是产生一个随机的字符串,然后用程序把这个字符串的图像进行随机的污染,扭曲,再显示给显示器前的人或者机器.凡是能够辨识这些字符的,即为人类.此外还有操作系统的资源管理思想及策略、树状层次结构的文件管理、多层次的存储器管理、数据结构中链式存储和顺序存储等知识中都体现了体现计算思维思想.

上面的例子都体现了计算机在解决问题时特有的一些思维方式.为此,我们需要将现有内容中的知识点重新梳理,挖掘出其中体现计算思维的知识要点,在介绍计算机基本知识和基本概念时,将其中包含的计算思维方法直接讲授给学生,并让学生思考日常生活中使用相同或相似方法的案例.这样不仅加深学生对知识的理解,更能将相关的思维方式直接传授给学生,培养学生计算思维的意识和能力,掌握计算思维解决问题的一般步骤和方法,并将这些方法直接应用于今后的学习和工作中.

4结束语

在信息时代,计算思维代表着一种普遍的认识和一类普适的技能,每一个人,而不仅仅是计算机科学家,都应热心于它的学习和运用.将计算思维的教育直接融入大学计算机基础课程,不仅可以丰富课程的教学内容,更是对课程内涵的一种提升.