“计算思维”带给高师院校计算机教育的机遇与挑战

◆石 云

(六盘水师范学院计算机科学与信息技术系)

“计算思维”带给高师院校计算机教育的机遇与挑战

◆石 云

(六盘水师范学院计算机科学与信息技术系)

介绍什么是“计算思维”及目前国内外“计算思维”的研究进展状况，强调“计算思维”对于计算机教育的重要性。阐述当前师范院校计算机教育遭遇的困境，指出“计算思维”的提出使计算机科学从前沿高端向基础普及的转型，将给以教学为主的高师院校带来的发展机遇及要解决的难题。

高师计算机教育 计算思维能力 教学改革

计算机从诞生至今逾半个世纪一直作为一种计算工具，随着计算机的普及，它将变得越来越普通。催生大学计算机系的IBM公司早已开始“鼓吹”:不用过多久，今天的计算机系将“消失”，并被服务科学系取而代之。虽然“危言耸听”，但却折射出计算机学科未来发展前景渺茫。美国卡内基·梅隆大学周以真教授在《计算思维》这篇文章中，把计算机从工具联系到思维的发展，进而提升到与“读、写、算”同等的高度和重要性，成为适合于每个人的“一种普遍的认识和一类普适的技能”。“计算思维”的提出，一定程度上意味着计算机科学从前沿高端向基础普及的转型，这无疑给以教学为主的高师院校带来了发展空间，也提出了严峻挑战。

一、什么是“计算思维”

国际上广泛认同的计算思维定义来自周以真(Jeannette 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。

计算思维的本质是抽象和自动化。如同所有人都具备“读、写、算”(简称3R)能力一样，计算思维是必须具备的思维能力。计算思维无处不在，当计算思维真正融入人类活动的整体时，它作为一个问题解决的有效工具，人人都应掌握，处处都会被使用。

二、“计算思维”研究在国外

计算科学的至关重要性与学生兴趣的下降形成鲜明对比背景下，2005年6月，美国总统信息技术咨询委员会(PITAC)向美国总统提交报告，美国科学基金会(NSF)很快组织计算教育与研究领域的专家，召开系列会议，于2005年末至200 年初形成4份应对计算机教育危机的报告。

2006年3月，周以真(Jeannette M.Wing)教授在美国计算机权威杂志ACM会刊上发表的文章《计算思维》系统全面地提出了“计算思维”(Computational Thinking，CT)。2007年美国科学基金会(NSF)启动了“大学计算教育振兴的途径”(CISE Pathways to Revitalized Undergraduate Computing Education，CPATH)计划，投入巨资进行美国计算教育的改革。

经过2007年和2008年的资助和项目实践，“大学计算教育振兴的途径”(CPATH)计划相关工作者认识到，计算思维在计划中所起的重要作用，对在2009年申报的项目提出了更为具体的以计算思维为核心的课程改革。“大学计算教育振兴的途径”(CPATH)计划启动后，不仅引起美国教育界的关注，也引起美国科学界的关注。2008年，美国科学基金会(NSF)还启动了一个涉及所有学科的、以计算思维为核心的重大基础研究计划“计算使能的科学发现与技术创新”(Cyber－Enable Discovery and Innovation，CDI)，进一步将计算思维的培育扩展到美国的各个研究领域。

三、“计算思维”研究在国内

“计算思维”早就存在于中国的古代数学之中，但真正使“计算思维”的概念变得清晰化和系统化是周以真教授的《计算思维》，真正使“计算思维”的理念被国内专家学者关注和重视是2008年10月31日至11月2日在桂林召开的全国高等学校计算机教育研究会，之后国内专家对“计算思维”的论述层出不穷。

由李国杰院士任组长的中国科学院信息领域战略研究组撰写的《中国至2050年信息科技发展路线图》指出，长期以来，计算机科学与技术这门学科被构造成一门专业性很强的工具学科。“工具”意味着它是一种辅助性学科，并不是主业，这种狭隘的认知对信息科技的全民普及极其有害。针对这个问题，报告认为计算思维的培育是克服“狭义工具论”的有效途径，是解决其他信息科技难题的基础。

孙家广院士在《计算机科学的变革》一文中明确指出，(计算机科学界)最具有基础性和长期性的思想是计算思维。

国家自然科学基金委员会信息科学部二处处长刘克教授，特别强调大学推进计算思维这一基本理念的必要性。

中国科学院计算技术研究所研究员徐志伟总工认为，计算思维是一种本质的、所有人都必须具备的思维方式，就像识字、做算术一样;在2050年以前，让地球上每一个公民都应具备计算思维的能力。

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。

教育部高等学校计算机专业教学指导分委员会联合中国计算机学会教育专业委员会、全国高等学校计算机教育研究会召开了一次主任(理事长)扩大会议，就计算思维能力培养形成共识:计算机专业教育应该在计算思维能力培养中做出表率。让计算思维诸要素融入到非计算机专业学生的能力结构中。计算思维能力培养应该从中小学生抓起，这就会涉及到当前中小学信息技术教育内容的改革与师资水平的提高。

四、当前师范院校计算机教育现状

1.计算机专业学生教育现状

进入21世纪后，计算机技术迅猛发展并应用于经济与社会发展的各个领域，信息产业成为全球最大的产业，社会对信息技术人才的需求，不仅在数量上有了更大的增长，而且在质量上也提出了更高的要求。但据2011年10月至12月对当地高师院校计算机学科在校生的学习现状、毕业生就业情况以及用人单位对计算机专业人才评价的问卷调查显示，90.5%的在校计算机专业学生认为，所学习的专业内容枯燥、抽象;86.7%的计算机专业毕业生认为，大学所学内容与市场人才需求存在脱节;83.9%的用人企业认为，计算机专业毕业生存在动手能力差，对计算机新技术的掌握及运用能力差;78.9%的用人单位认为，计算机专业毕业生竞争优势不大。在2012年3月至4月的专业实习中，由于实习单位不能提供计算机专业实习内容，至使仅有30%的学生可以从事与计算机专业相关内容的实习。

高师院校计算机专业正在遭遇学生专业学习兴趣低下、逃学率增加、入学率减小、社会认同度滑坡、就业状况堪忧的局面。

2.非计算机专业学生教育现状

随着信息技术在中小学的普及，许多新进校的大学生已经具备一定的计算机操作技能，现有许多大学开设的非计算机专业的计算机入门课程“大学计算机基础”的教学内容对许多新生来说已不在陌生，甚至早已掌握。现行非专业学生所学习的“大学计算机基础”课程教学内容主要包括:计算机基础知识(设及计算机发展史、计算机硬件组成及性能指标、计算机软件系统及层次结构、计算机常用外部设备工作原理及特性、进制及进制转换、字符及汉字编码、计算机病毒等)、计算机网络基础(设及计算机网络发展简史、计算机网络概念、数据传输方式或传输介质、计算机网络拓扑结构、网络协议、Internet概述、网络接入方式等)、Microsoft Office软件(Word、Excel、PowerPoint)操作。这些在中小学信息课程中不同程度学习过的内容，到大学继续学习会让学生产生厌学及抵触情绪，逃学、上课不听讲、作业抄袭等现象时有发生，教学效果不理想。

五、当前师范院校计算机教育面临的机遇与挑战

1.计算机科学由前沿高端向基础普及转型可以发挥高师院校的优势

“计算思维”的提出，使得计算机教育从“工具”教学向“思维”能力培养的转变，成为与“读、写、算”(简称3R)能力一样的人必须具备的思维能力。高师院校在科研环境、实验设备投入、实习基地建设等方面都远远不及以科研为主的高校，但却拥有一批教育理论扎实的师资队伍，如何使用合适的教法培养学生的“计算思维”能力相对于其他类型的高校有优势，但如何让教师先行具有“计算思维”的观念和能力、如何改革现行教材内容将是高师院校将面对的难题。

2.中小学将足够重视计算机教学，高师院校将打开就业局面

各中小学为了提高升学率，对于信息技术课程没有足够的重视，信息技术课程课时少、教学设备匮乏、课程评价体系不健全，以至一些学校的信息技术课程常被语文、数学等课程占用，信息技术课没有专职教师、高师院校无法在中小学正常开展教育实习等问题出现。计算思维可能是未来人类的一种与读、写、算类似的基本能力，其培养仅靠大学期间几门课的学习是难以完成的，应该从中小学生抓起，这就会涉及到当前中小学信息技术教育内容的改革与师资水平的提高。这无疑给高师院校计算机专业毕业生提供了更多的就业空间，但如何对在校师范生开展计算思维能力的培养，并让他们可以将这样的能力传播给中小学生，这些都给高师院校提出了挑战。

［1］王飞跃.从计算思维到计算文化［J］.中国计算机学会通讯，2007，3 (11):117－124.

［2］Jeannette M.Wing.Computational Thinking［J］.Communications of the ACM，2006，49(3).

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［4］美国国家科学基金CPATH 计划2009年项目申报说明［EB/OL］.

［5］美国国家科学基金CDI计划官方网站［EB/OL］.

［6］中国科学院信息领域战略研究组.中国至2050年信息科技发展路线图［M］.北京:科学出版社，2009.

［7］孙家广.计算机科学的变革［J］.中国计算机学会通讯，2009，5(2).

［8］刘克.主题报告和分组报告评述［J］.中国计算机学会通讯，2009，5 (2).

［9］徐志伟.21世纪计算机科学的研究热点［J］.中国计算机学会通讯，2009，5(2).

［10］九校联盟(C9)计算机基础教学发展战略联合声明［J］.中国大学教学，2010，(9).

［11］李晓明，蒋宗礼，王志英，杨波，陈平.积极研究和推进计算思维能力的培养［J］.计算机教育，2012，(5).

［12］教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会.高等学校计算机基础教学发展战略研究报告暨计算机基础课程教学基本要求［M］.北京:高等教育出版社，2009.

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