以培养计算思维能力为核心的“大学计算机基础”教学内容改革研究

李秦渝　王秀丽　郏伯荣

【摘要】计算科学已经成为推动社会文明进步和促进科技发展的重要手段之一，计算思维能力也随之成为每个大学生应该具备的基本技能。在“大学计算机基础”课程中加入相关交互设计原理的教学内容，可以培养学生的计算思维能力，帮助其构建“思维模型”，提高利用交互式产品解决问题的能力。

【关键词】计算思维 思维模型 大学计算机基础 教学内容改革

【课题项目】课题名称：以计算思维能力培养为核心的大学计算机基础教学模式研究；课题类别：甘肃省教育科学“十二五”规划课题；课题批准号：[2012]GSGXG046。

【中图分类号】G623.58 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）01-0141-01

1.引言

“大学计算机基础”是非计算机专业学生入学后接触的第一门计算机课程，其在高等院校基础教育方面的重要性不言而喻。该课程自20世纪90年代被高校普遍开设以来，经过二十多年的发展，形成了一套完整、经典的教学体系，教学内容几经沉淀，由最初的文化基础逐渐演变为现今的计算机应用基础，主要讲授计算机基础知识、基本原理，以及常用软件的使用。

随着信息技术的迅速发展，各领域信息化普及程度以及信息化水平逐渐提高，无处不在的计算机融入了我们的工作和生活。各类交互式产品层出不穷，使得各领域对信息技术能力要求越来越高，不仅局限于解决常规问题，还需要具备一定的计算思维能力，建立起 “用户思维模型”，在面对层出不穷的新技术和新问题时，会使用思维模型进行推理，找出如何有效执行任务的途径；当系统发生异常或者遇到不熟悉的系统时，也将使用它来考虑如何解决问题。而现有“大学计算机基础”课程没有提供这方面的教学内容。

2.计算思维

2.1计算思维及其重要性

2006年3月，美国卡内基·梅隆大学计算机系主任周以真教授在计算机权威杂志ACM上发表了《计算思维》一文，定义了计算思维是利用启发式推理寻求解答，也即在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法。她认为计算思维不仅仅属于计算机科学家，是每个人必须具备的基本技能，就如同所有人都具备“读、写、算”能力一样[1]。

如今计算科学已经与理论科学、实验科学并列，共同成为推动社会文明进步和促进科技发展的三大手段。几乎所有领域的重大成就无不得益于计算科学的支持，而无论哪个学科，具有突出的计算思维能力都将成为新时期拔尖创新人才不可或缺的素质[2]。

2.2计算思维能力培养国内外现状

“计算思维”这一概念由周教授清晰化、系统化以来，短短几年间就引起了国内外教育界和科学界的广泛关注和重视。

2007年，美国科学基金会投入巨资启动“大学计算教育振兴的途径”（CPATH）计划来进行计算教育的改革。2008年，美国国家计算机科学技术教师协会在网上发布报告——《计算思维：一个所有课堂问题解决的工具》，该报告获得微软公司支持。同年，ACM将周教授倡导的“计算思维”与“计算机导论”课程绑定在一起，并明确要求该课程讲授计算思维的本质[3]。2009年，CPATH计划的工作人员申报了“以计算思维为核心的课程改革”项目[4]。

在我国，西安交通大学于2010年7月举办了首届“九校联盟（C9）计算机基础课程研讨会”，旗帜鲜明地把计算思维能力的培养作为计算机基础教育的核心任务，并明确指出建立计算思维是培养复合型创新人才的重要内容[5]。少数专家学者已经开始进行小规模探索性的教学研究，但在培养过程中还没有系统的应用计算思维的系列方法[2，6]。

3.以培养计算思维能力为核心的“大学计算机基础”教学内容改革研究

“大学计算机基础”课程的教学对象是不同学科的学生，除了Office，WPS等通用软件之外，他们在各自的专业领域还会遇到层出不穷的交互式产品。研究表明[7]，如果使用者掌握了有关交互式产品的思维模型，那么在使用交互式产品的过程中，就会利用这个思维模型进行推理，找出如何执行任务，使得执行更为有效；当系统发生异常或者遇到不熟悉的系统时，也将使用它来考虑应该如何解决问题。

因此，培养学生“计算思维”能力的过程中，应帮助学生建立起利用交互式产品解决问题的思维模型。理想情况下，用户的思维模型应与交互设计人员开发的概念模型相符合[7]。在“大学计算机基础”课程中加入相关交互设计原理的教学内容，例如概念模型，交互范型等，有助于学生理解交互式产品的设计原理及其概念模型，从而构建出利用交互式产品解决问题的思维模型。同时在实践课中提供陌生的专业系统引导学生不断完善其思维模型，从而提高其在专业领域中利用计算机解决问题的能力。

4.结束语

目前计算思维能力的培养仍然处于探索阶段，还没有形成一套完整的方法体系。“大学计算机基础”作为非计算机专业学生的基础性必修课程，在教学内容中加入相关交互设计原理内容可以帮助学生构建使用交互式产品的思维模型，培养并提高学生的计算思维能力。

参考文献：

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

[2]陈国良，董荣胜.计算思维与大学计算机基础教育[J].中国大学教学，2011，1：7-11

[3]牟琴，谭良.计算思维的研究及其进展[J].计算机科学，2011，38（3）：10-15

[4]美國国家科学基金CPATH计划2009年项目申报说明[EB/OL].http：//www.nsf.gov/cise/ fun ding/cpath_faq.jsp#1.

[5]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，2010，9：4-5

[6]战德臣，聂兰顺，徐晓飞.“大学计算机”——所有大学生都应学习的一门计算思维基础教育课程[J].中国大学教学，2011，4：15-20

[7]Jennifer Preece，Yvonne Rogers，Helen Sharp.交互设计——超越人机交互[M].刘晓晖，张景等译.北京：电子工业出版社，2003.6