基于“技能—能力—思维”三层次的大学计算机基础教学

宁矿凤+曾喜良

摘 要： 在大学计算机基础教育中，越来越强调知识、能力、素质的协调发展。本文依托省级精品课程，就如何在大学计算机基础课程中贯彻落实计算思维的实际问题，提出了基于“计算思维”培养为核心，“技能-能力-思维"三层次的大学计算机基础教学模式。对课程内容进行了面向操作技能、知识能力、计算思维教学的内容重构与组织，探讨了计算思维理念与课程内容有机结合的新思路。

关键词： 技能； 能力； 计算思维； 大学计算机基础

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2017）06-74-03

University computer basic teaching based on three levels of "skill-ability-thinking"

Ning Kuangfeng， Zeng Xiliang

（Hunan International Economic University， Changsha， Hunan 410205， China）

Abstract： The university computer basic education emphasizes more and more on the coordinated development of knowledge， ability and quality. With the provincial excellent curriculum， aiming at the actual problem that how to implement the computational thinking in the teaching of basic computer course in university， a teaching mode of "skill-ability-thinking" three levels for university basic computer courses based on the core of "computational thinking" skill training is proposed in this paper. The course content is reorganized to that of the operation skills oriented， the knowledge ability oriented， and the computational thinking teaching oriented， and the new idea of organic combination of computational thinking concept with the course content is explored.

Key words： skills； ability； computational thinking； university basic computer

0 引言

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美国计算机权威杂志ACM提出并定义了计算思维[1]（Computational Thinking）的概念，她指出在信息社会中计算思维是人们思考与解决问题的基本技能之一，是每個人都应具有的思维能力。九校联盟（C9）[2-3]计算机基础课程研讨会上达成共识：肯定了大学计算机基础教学是通识教育的重要组成部分，提出要培养大学生用计算思维方法解决问题的能力，塑造复合型创新人才。而计算思维如何实施，复合型创新人才如何界定以及如何培养，一直是研讨热点。计算思维得到了国内计算机基础教育界的广泛重视，诸多高校也正在实践基于计算思维培养的大学计算机基础教学。本文基于作者从事非计算机专业大学计算机基础课程十多年教学实践经验，从“技能-能力-计算思维”三个层面探讨非计算机专业大学计算机基础课程的基于计算思维的教学内容重构、教学方法等。

1 “技能一能力一计算思维”三者在大学计算机基础课程中的理解

当今社会，计算机已不单纯是一种必须掌握的工具，我们要通过学习计算机课程，获得用计算机解决其专业领域问题的能力，并在获得能力的同时培养计算思维方法。周教授指出，计算思维是每个人为了在现代社会中发挥职能所必须掌握的基本技能，不仅仅属于计算机科学家，而是人类求解问题的一条途径。它被人们用来求解问题，管理日常生活，以及与他人进行交流和互动。

大学计算机基础课程最基本的要求是熟练掌握各种操作技能，在网络与信息技术如此发达的时代，学生可以通过网络平台的学习及课堂教学案例来获得这种技能，所谓熟能生巧，学生多操作，多做案例，即可提高技能。显然不能简单地理解“会使用”计算机就能培养“计算机思维”。要形成科学的方法关键是帮助学生发现问题并寻找解决问题的思路。

虽然社会快速发展，计算机技术日新月异，计算机构成的基本原理却并没有随着技术的进步而改变，二进制信息表示和处理器依然处于核心地位。因此不能单纯把技能性知识作为课程教学的重点，这不符合计算机学科本身的特点。技能学习可以产生立竿见影的效果，而知识需要逐步积累，能力需要逐步培养。知识能力和计算思维这两者并不能仅通过一门课程的学习获得，而需要长期积累和自我超越的过程。技能-能力-计算思维这三层关系如图1所示。

计算思维是人类的一种基本思维能力，它不是计算机的思维，也不意味着能为计算机编程，更不意味着机械重复的刻板能力，而是数学与工程思维的互补与融合。计算思维的根本目的是解决问题，其本质是抽象和自动化，即将所研究的问题抽象表示为形式化、程序化和机械化的对象，这个对象不依赖于背景知识，也不受制于工具功能和局限于问题本身，可以用于机器做自动批处理[4]。这种通过概括和迁移，内化到人的意识、行为和习惯中的心理机制就是计算思维能力，是人类求解问题的一条有效途径，一旦养成这种能力，即使面对陌生问题也有一定思维指向作用。通过大学阶段的计算机基础类课程学习，建立有关计算机系统的概念，了解计算机是如何处理问题的，是如何把对问题的求解归结为程序处理的，进而理解程序处理是计算机所独有的方法，也是科学研究处理分析数据所依赖的方法。即先通过大学计算机基础课程培养计算思维意识，有了意识，才能自觉地、主动地用计算思维分析问题和解决问题。再通过一系列面向应用的课程提高问题求解、系统设计以及人类行为理解的能力。

2 技能-能力-计算思维三层次如何在教学中融合

基于三层模式理论，课程融合启发式、探究式、讨论式、参与式等对教学方法进行创新，将教学分为理论教学与实践教学两部分。在理论课程教学设计中，先梳理出课程各章节中所涉及的计算思维知识单元，在课堂讲授知识点时，对典型案例尝试利用计算思维方式讲述，并对知识进行归纳和演绎，并采用以下三个层次有意识地融入计算思维，创新教学模式。对上机操作内容，结合实际应用中的业务需求设计案例，采用案例教学法，注重传授规律，加强实践。对于计算机理论部分，应用“转化”等方法将抽象概念简单化，在课堂教学中采用小组讨论、竞赛和情景活动来激发学生学习兴趣，培养团队合作能力，让学生学会查找资料，学会思考和总结，这本身就是一种能力的培养，教师侧重于科学地组织教学内容，使学生储备大量信息，逐步构建专业与信息融合的知识结构。

⑴ 以“计算机文化与生活”为切入点，通过介绍计算机发展过程中的典型事件和魅力人物，培养学生学习的情趣。通过引入与学生日常生活密切相关的计算机技术，讲解信息技术的编码知识以及各种数据在计算机中如何表示。通过大数据、云计算、物联网等知识，让学生掌握计算机、网络以及其他相关信息技术的基本知识。

⑵ 在办公软件应用模块中，通过“项目分析→知识点解析→任务实现→总结与提高（知识拓展）”教学模式，融入计算思维的基本概念，注重培养学生实际操作能力的同时，通过覆盖信息处理全过程的项目，培养学生信息查找、信息整理、信息处理以及信息分析的综合技能，提升学生信息处理的能力。

案例1 案例背景：某高校为了使学生更好地进行职场定位和职业准备，提高就业能力，该校学工处将于2013年4月29日（星期五）在校国际会议中心举办题为“领慧讲堂—大学生人生规划”就业讲座，特别邀请资深媒体人、著名艺术评论家担任演讲嘉宾，请根据上述活动利用Word制作一份图文并茂的宣传海报。案例的设计主要包含：页面设置、字体段落设置、图文混排、流程图制作。

案例2 案例背景：某高校成立一个摄影爱好者俱乐部，需制订一份“俱乐部活动策划书”，策划书设计主要包含Word 相关的所有主要操作及其综合应用：学生应从活动背景、活动目的、活动安排、活动流程以及注意事项等方面根据自己俱乐部的特点进行设计，要求页面设置合理、图文并茂、美观舒适，具有较強的吸引力和可观赏性；经费预算可作为附录页置于策划书内容页之后，经费项目开支情况采用表格形式来呈现；活动邀请函，使用邮件合并功能制作，内容简单清晰，能使被邀请人明确活动的主题、时间、地点等，并以相应的图片、LOGO 等素材修饰，使策划书具有较强的感染力和号召力。

⑶ 以计算思维为切入点，将计算思维与日常生活相结合，在每一堂课中重视“思想的教学”。通过“问题建模→问题分析→寻求方案→方案比较→方案实现”生动形象地向学生讲授计算思维的基本思想，从而培养学生利用计算思维解决专业领域中常规问题的能力。

在教学中我们尝试将教学班的学生分为由5-6人组成的学习组。例如针对今年的文科生，在大学计算机基础课程中，他们对算法、算法的评价标准、并行等概念，难以理解，于是我们在介绍经典排序算法时，先结合生活中的实际所需提出排序任务，成绩要排序，淘宝购物要排序，价格要排序，销售业绩要排序等等。每组学生先讨论排序的方案，然后在教师手上随机抽取数字组成一组参与排序的数字，开始用他们讨论的方案动态地演示排序过程，学生在参与这个活动的过程中会思考，会组织语言，会加强团队合作，那么在这个过程中，学生的能力就得到了锻炼和培养。接下来教师总结：不同的小组会有不同的方法，即采用的算法不同。执行了一系列解决排序这个问题的方法和步骤，这就是算法的概念。最后教师给学生播放国外优秀的教学资源“舞动的排序”算法，让学生更容易理解算法概念。综合各种算法，给出评价算法的两个基本标准：时间标准和空间标准。

又如在讲“顺序查找、二分查找”时，可以请学生上来演示翻字典，体会查找的过程。学生结合所用的方法和步骤概括出算法的步骤和思想。再如在介绍计算机网络IP地址时，引导学生先讨论自己的学号特点，学生可从学生的学号中判断出它所在的系、入学年份、所在班级等信息。再提出IP地址由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，我们从一台机器的IP地址可判断出其所在的网络。每个人的身份证号和生活中的邮政编码等都采用了相似的方式。再让学生结合生活经验讨论编码思想。

3 结束语

笔者认为，大学计算机基础课程与程序设计课程、计算机硬件、软件知识课程、信息素养课程不同。大学计算机基础课程的基本要求是日常使用计算机和文档处理的能力，强调的是计算思维训练和科学方法的培养，教学目的是：从培养学生科学认知能力出发，让学生理解和建立“信息、计算科学、智能”这三大核心科学概念[5-6]。在大学计算机基础课程教学中引进计算思维，是教育教学改革的新挑战，更是新机遇。计算思维的培养不能仅靠一门课程来完成，计算思维的培养应该贯穿计算机教学的所有课程中。教师应当在教授计算机知识和技术的同时，深刻解读计算思维的内涵，将其映射和融入到课程知识点和技能点结构体系中，通过有意识地加强思维教育来助推计算思维品质的提升，提高学生思考和解决问题的能力，使计算思维成为当代大学生的基本技能。

参考文献（References）：

[1] 何钦铭，陆汉权，冯博琴.计算机基础教学的核心任务是计算

思维能力的培养[J].中国大学教学，2010.9： 5-9

[2] 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.

[3] 费因.计算思维在《大学计算机基础》教学中的应用[J].北京

教育学院学报（自然科学版），2015.10：23-27

[4] 战德臣，玉王囊，徐晓飞.“大学计算机”——所有文学生都应

学习的一门计算思维基础教育课程[J].中国文学教学，2011.4.

[5] 陆江权，何钦铭，陈根才.从技能到能力，从基础到通识——大

学计算机基础课程十年建设之路与再认识[J].计算机教育，2008.13.

[6] 吴宁，崔舒宁.以计算思维能力培养为核心的大学计算机基础

课程教学内容改革研究[J].计算机教育，2012.7：107-110