基于计算思维的大学计算机基础改革

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摘 要 :文章首先分析了目前大学计算机基础教学中存在的问题,通过国内外资料的引用指出在大学计算机基础中引入计算思维的重要性.然后通过实例阐述计算思维的主要内容.最后重点提出如何以计算思维为切入点改革计算机基础课程:设计新的课程体系、分层次教学以及构建以计算思维为核心的计算机基础课程内容.

关 键 词 :计算思维;大学计算机基础;潜移默化

中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2013)36-8373-02

1.引入计算思维的原因

目前大学计算机基础课程很多都沦为“狭义工具论”课程,即教计算机基础就是教些计算机工具及其使用方法.另一方面,由于计算机操作的简易和教材内容、模块的浓缩,学生对进入大学后的第一门计算机课程兴趣不大.很多人质疑大学计算机基础教育的必要性,课程面临被裁掉的危机.类似的情况美国也有,加州大学洛杉矶分校的高等教育研究会一直都在追踪学生主修专业的情况.他们发现自从2000年以后学生对计算专业的兴趣比例在急剧下滑.计算机基础课程面临的这些问题,迫使我们要重新审视这门课的教学内容和课程结构设计.

早年,在美国总统信息技术咨询委员会(PITAC)2005年6月给美国总统提交的报告《计算科学:确保美国竞争力》(Computational Science: Ensuring America’s Competitiveness)有明确阐述计算科学的重要性.报告认为,虽然计算本身也是一门学科,但是其具有促进其他学科发展的作用[3].我国教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会对计算思维的培育非常重视.2010年7 月,在西安会议上,发布了《九校联盟(C9)计算机基础教学发展战略联合声明》,确定了以计算思维为核心的计算机基础课程的教学改革[4].在国内外还有很多类似的有说服力的、权威的报告和会议,种种迹象表明了大家对计算机基础课程改革的决心,并将矛头指向 “计算思维”.大学计算机基础教育是培养复合型创新人才的重要组成部分,应以培养学生的计算思维为目标,让学生了解人与计算机能力的局限性,用计算思维的方法去分析、解决学科中碰到的问题,而不是让计算机单纯的沦为“工具”.

2.解析计算思维

那么到底什么是计算思维呢?国际上广泛认同的计算思维定义来自美国卡内基梅隆大学(CMU)的周以真(Jeante Wing)教授.周教授认为,计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计,以及人类行为理解的涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[1].

计算思维的本质是抽象和自动化,利用计算的基础概念来求解问题、设计系统和理解人类行为.就像拿杯子喝水,用人脑的思维是“直接喝”呗,因为在你看到杯子的一瞬间大脑已经做过很多判断了.而计算机不会,你得一步一步告诉它要去做什么判断:首先你得定位杯子,然后看是否是你的杯子以及杯子中是否有水,最后才去执行喝水的操作.当然我举这个例子,并不是要人碰到问题就像计算机那样思考,而是要说明计算思维是一种思想,无处不在,是人们用来解决问题的有效途径,每个人都应掌握、使用它.

3.如何改革计算机基础课程

那么如何以计算思维为切入点改革计算机基础课程呢?如何通过课程培养学生的计算思维?怎样让学生拥有计算机思维?

解决这些问题,首先要用计算思维的观点重新审视现有的课程体系.虽然近几年计算机基础的教学内容在不断的更新和改进,但课程体系大体没什么变化.现有的课程体系按学科分类,分为:计算机基础知识、多媒体应用、数据库应用以及程序设计(只有理科学习),教学重点是介绍些常用的计算机工具及其使用方法,如图1所示.

图1 计算机基础原课程体系

这种教学方法,缺乏了对学生计算机文化素养、应用计算机解决实际问题的思维能力与应用能力的培养,容易使计算机基础沦为“狭义工具论”课程,也降低了学生对计算机基础课程的兴趣.但是难道现在的计算机基础课程中一点都没教授计算思维吗?答案当然是否定的.从图1的课程体系中可以看出,现在的教学内容正在朝培养学生计算思维的方向靠,只是计算思维隐藏在内容中,没有被挖掘出来,被忽略掉了,要靠学生自己领悟出来,这往往就无疾而终了.所以我们现在要做的是把计算思维从课程内容中显性出来,见图2.

图2 计算机基础新课程体系

根据图1和图2的比较,可以看出,图2中理科、商科和文科都需要学习程序设计,训练计算思维.当然,这里并不是要求人人都去编程,而是要求学生通过程序设计学会用计算思维的方式思考问题,把复杂问题归纳推导至他们熟悉的简单问题上去.另外,图2中课程内容在计算机应用能力培养上,涵盖广、实用,并且有所加深,利于计算思维的培养.而原有的课程体系中只有理科需要学习程序设计,内容单一,忽略了思维的培养.许多非计算机专业尤其是文科类的学生,从来都没有体验过用计算思维方式解决问题所带来的愉悦.

接着我们要根据制定好的课程体系分层次教学:注重基础、提升能力、激励思维创新.采用计算思维的培养模式,从加强学生的基础知识和基本技能出发,逐步提高他们的计算机综合应用能力,让学生自觉地去学习、去思考、去实践,潜移默化的培养他们对复杂事物分析、分解的能力,逐步激发他们的创新思维.当然这整个过程的实现还需要多元化的教学模式:理论教学+实践教学,两者融为一体,才不至于使课程内容沦为“纸上谈兵”.

有了以上的课程体系和教学定位,最后构建以计算思维为核心的计算机基础课程内容,体现计算思维的特色.初步构建的主要内容有: 1)计算思维:什么是计算思维,计算思维对其它学科的影响,计算思维的技能、应用案例等.

2)计算机基础:计算机中的信息表示、计算机的基本工作原理、计算机软硬件基础等认知内容.

3)计算机综合应用:分三个学科教学.这部分内容一定要避免“工具论”教学,要结合计算思维的培养方式.

文科:多媒体技术和web技术应用、数据库技术.

商科:多媒体技术、数据库技术、算法设计.

理科:数据库技术、算法设计、软件开发技术基础.

4)程序设计:可以根据学生的学习接收情况,安排不同语言学习,如: (下转第8376页)

(上接第8374页)

文科:VB/ VB.NET程序设计.

商科:C#、ja程序设计.

理科:C/C++程序设计.

5)综合案例应用:加入与计算机思维相关的其它学科的课程内容,让学生亲身实践计算原理的相互影响以及问题有效解决的思维方式,感受计算机思维无处不在,领悟计算思维在复杂问题求解过程中体现的无穷魅力.

计算机基础课程是一个理论性与实践性都很强的学科,所以一定要根据课程的内容协调好理论学习和实践操作这两个环节的关系,衔接好技能培养、能力培养和思维培养三者间的关系,以循序渐进的方式逐步改革计算机课程,不能拔苗助长,否则适得其反.

4.总结

计算机基础课程不是唯一但却是培养计算思维最好的课程,所以在竞争激烈、急需创新型人才的当今,计算机基础课程改革是不可回避的现实问题.将“计算思维”引入计算机基础教学,是计算机基础教学跳出“狭义工具论”的华丽转身,是我们教师在教学改革中面临的新挑战、更是机遇.对于学生,俗话说“授人以鱼,不如授人以渔”,让学生们从大学一年级就开始接触与计算思维有关的课程,潜移默化地培养他们用计算思维的方法处理问题求解,使他们在日后的学习和工作中终身受益.

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