论计算思维与大学计算机基础

李小红 唐红国 王德红 唐应杰

(1、2、3、4.安顺学院公共计算机教学部，贵州 安顺561000)

近年来，计算思维作为一个古老而又年轻的概念，正在科技界和教育界萌发、激荡和蔓延，在计算机教育界更是得到了强烈的关注，彻底更新和改变了一些被广泛认同的认识和理论，许多专家学者围绕其概念、内涵、本质、特征、教学实践等方面进行了大量的研究，引起了新一轮的信息技术教育改革，成为计算机教育研究的一个热点。计算思维的提出为大学计算机基础课程教育提供了一个新的视角，指明了新的改革路线，同时大学计算机基础教育为计算思维的培养提供了一个重要途径。

1 计算思维

2006年美国卡内基·梅隆大学(Carnegie Mellon University)的周以真(Jeannette M.Wing)教授发表的题为“ Computational Thinking”的文章中明确提出“计算思维”的概念后，越来越多的学者们渐渐意识到计算思维的重要性。2012年，教育部高教司批准了22项关于计算思维的研究项目，在国内外研究的基础上对我国中小学、大学怎么进行计算思维培养及相关理论进行研究。李廉、陈国良、董荣胜、李锋等不少专家学者从不同角度探讨计算思维的内涵、外延、本质。计算思维的定义目前还没有较为统一的定义，但关于其内涵，许多人比较认可周以真教授的观点，即计算思维是一种解决问题的思维过程，能够清晰、抽象地将问题和解决方案用信息处理代理(机器或人)所能有效执行的方式表述出来[1]。

2 大学计算机基础培养目标的嬗变

大学计算机基础自 20 世纪 80 年代作为高校课程后，经历了三次重大的改革，第一次始于1997年，教育部高教司颁发《加强非计算机专业的计算机基础教学的几点意见》(155号文件)，确立了计算机基础教学的三个层次的课程体系，把《计算机文化基础》作为大学计算机课程的入门教育内容，这个时期的培养目标是技能培养。第二次始于2004年，教育部明确把《大学计算机基础》作为大学生计算机基础教学的第一门课程，在《关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见暨计算机基础课程教学基本要求》中提出了1+X课程体系，将“大学计算机基础”作为“1+X”中的1来开设，此阶段的培养目标是计算机应用能力的培养。第三次始于2013年，教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会在《计算思维教学改革白皮书 》和《计算思维教学改革宣言》确定了大学计算机基础课程以“计算思维能力培养”为核心的教学改革目标[2]。第三次改革在培养计算机应用能力的基础上，增加了计算思维能力的培养，从这三次改革中，明显看出了大学计算机基础的培养目标经历了“技—能—思维”的一个转变过程，更加重视了学生运用知识和技能解决问题的思维能力培养，把大学计算机基础课程的教学目标提到了一个新的高度。

计算思维实质是灵活运用计算工具和方法求解问题，是一种解决问题的方法论，随着信息技术飞速发展及大数据时代的到来，计算思维成为了数字时代合格公民必备的素养之一，在这样的背景下，大学计算机基础课程已不可能只教会学生掌握几种软件的使用，更重要的是在教学中让学生学会善于思考、归纳、总结，掌握遇到问题时利用计算机、网络解决问题的方法，形成计算思维，因此计算思维能力的培养作为当前大学计算机基础培养目标是信息时代要求和必然结果。

3 地方高校大学计算机基础课程存在的主要问题

对照计算思维理论指导下的大学计算机基础课程的新要求，目前地方高校大学计算机基础课程主要存在以下几方面的问题：

3.1 教师对计算思维能力培养认识不足

计算思维的培养是一个长期的任务，其培养的效果不像技能培养那样立竿见影，导致一些教师认为计算思维的培养特别是在地方高校中的培养没有必要，还担心因效果不好，还要承担教学改革不利的风险，且由于目前没有很完善的考核计算思维的评价体系 ，大学计算机基础课的考核仍然在使用无纸化的机试方式进行考核，考核的内容也基本上是考操作，所以在实际的教学中还是以讲操作、讲步骤、学生跟随的方式在进行教学，不愿深挖教学内容中蕴含的计算思维，有意识的进行计算思维的培养。

3.2 大学生起点水平较差

无论是问卷调查的结果还是学生基础能力水平测试，都反映了大学生计算机知识和水平在入学前还是比较差的。在问卷调查中，学生答对Excel中average函数题的只有34.15%，有5.79 %的同学还不知道CPU是什么，7.31%的学生不知道键盘是输入设备。在问及高中《信息技术》类课程学业水平考试成绩时，只有5.56%的学生是A等次。通过对问卷的分析进校前学生都开设过信息类的课程，但学习内容不一致，有24.64%的学生选择了中学的信息技术课开设不正常，在对收集到的中学课表的分析中也发现有些学校信息技术类的课程由其他课程的教师担任，有时信息技术类课程中实际讲授的是中考、高考的考试科目的内容。在入学前的无纸化上机操作考试中主要考查Word、Excel、PowerPoint和文件及文件夹的复制这几个基本的操作，考核的结果也反映出地方高校大学生计算机的起点水平总体较低，起点水平高的学生较少。

3.3 学生不善于融会贯通、设计创新能力不足

由于长期受“应试教育”的影响，大多数学生习惯当“考生”而不是“学生”，大多数学生的学习目的是为了考高分，比较适应“灌输型”的教学方式，不善于融会贯通，创新、设计的能力不足。笔者在前几年的大学计算机基础课教学中发现，学生对按教师的要求一步一步完成编辑操作的任务都完成得较好，但完成项目设计类的任务时，普遍较差。在问卷调查中也反映了学生不能用已知的知识，分析、解决未知的问题，如：在Excel单元格A1到A3中分别输入三个数据1、2、3，在A4单元格中输入=average(A1:A3),其输出结果的考核中，有68.55%的学生回答不正确。大学计算机基础课程在大一开设，学生无论是认知习惯还是学习能力都未得到相应的培养，学习仍然是被动式的、应试的方式，这也给计算思维的培养带来了一定的困难。

4 计算思维培养的必要性

计算思维的概念最早是1996年由麻省理工学院教授Seymour Papert 提出的[3]，但直到2006年美籍华人周以真再次提出后才引起了人们的关注。在没有计算机之前，计算思维也实际存在，但计算思维这个概念近期才被如此鲜明地提出，受到人们的重视，其缘于计算机的广泛应用和社会渗透，具有一定的时代性和必要性。

4.1 信息社会发展的必然要求

科技发展正以令人难以想象的速度影响着整个人类，创设了高度信息化的社会环境，计算机已从理论上的图灵机变为现在影响人们工作、学习、生活的普适机器，计算机已不是专业人士的专利，已不局限于科学、军事领域的使用，它越来越成为人们工作、学习、认识世界的重要工具，它的普及使用，丰富了人们学习、生活的手段，拓展了人们的视野，改变了人们的日常行为方式，对人的认知结构和思维方式产生了巨大的影响，计算思维已成为人们解决问题、认识世界的基本能力之一，成为了继实证思维、逻辑思维之后的第三种科学思维方式。特别是大数据、云计算时代的到来，使得大量的信息都数字化和网络化，对数据进行分析，利用计算机、网络解决问题的能力已成为信息时代的一个重要素质，人们通过“数据”来衡量信息，并通过“计算”来处理信息、理解信息、创造价值，这些变革，强化了早就隐含在人类思维中的计算思维，也为计算思维的培养提供条件和可能，使计算思维有了用武之地，必然要求对学生进行计算思维的培养，形成计算思维能力，以适应信息时代的要求。

4.2 新时代对人才培养的要求

新时代对人才培养更加注重科技创新能力的培养，时代需要有担当、敢于创新、勇于创新的一代新人。计算思维强调思维方式的养成和训练，强调创造知识而非简单使用信息，强调灵活运用计算方法和工具进行问题的求解，而非工具的简单使用。近年来，把“计算思维”培养作为大学计算机基础及信息技术类课程的核心素养及新一轮教学改革的核心任务，正是顺应新时代对人才培养的新要求。

《九校联盟(C9)计算机基础教学发展战略联合声明》认为，大学复合型创新人才的培养一个重要内容即是要潜移默化地使大学生养成一种新的思维方式，即建立计算思维[4]。计算思维作为三大科学思维的一种，是人们求解问题的思维工具之一，基于计算思维的教育理念指导下的大学计算机科学教育应更加关注大学生的发展，注重其运用计算机科学的方法、思路、理论、基本概念，发现问题，对问题进行求解、进行设计的能力培养，这种培养理念更符合时代对人才培养的要求、更符合大学计算机基础课程的改革培养目标。

4.3 大学计算机基础课程自身发展的要求

计算机是一门发展速度较快的学科，大学计算机课程要反映时代性和前沿性，要与新时代发展接轨，承担起人才培养的任务。随着大数据、云计算时代的到来，大学人才培养的目标、社会对大学生计算机应用能力都有了更高的要求。大学计算机基础作为大学生入学的第一门计算机类课程，其人才培养模式、教学目标、教学理念、教学方法都应顺应时代的要求，进行改革，才能符合新时代对人才培养目标的要求，特别是计算机技术日新月异，那种认为大学计算机基础课程教学内容只是简单操作的“狭义工具论”的观点亟待改变，大学计算机基础课程需要找到一个能解决“快速发展的计算机技术与课程学时数减少”“学生案例操作能力与项目实践能力差”等矛盾的改革方案，计算思维的提出无疑给大学计算机课程改革指明方向、给出路径。

5 大学计算机基础与计算思维

5.1 计算思维对大学计算机基础教育改革提出了挑战

计算思维的提出为大学计算机基础课程提供一个新的视角和途径，同时也对大学计算机教育改革提出了挑战，之前的大学计算机基础课程注重知识和技能的培养，无论是教材，还是教学方法、教学资源都是围绕着技能的培养而构建，而计算思维的教育更注重思维能力的培养，目标和要求更高，且比起知识和技能的培养，思维是隐性的学习行为，思维隐蔽性更强，更加不可捉摸，思维的培养更加的困难。

从计算机能力的培养到计算思维的形成有较大的跨度，对教学各环节的实施者、组织者、检验者的教师提出挑战、提出了较高的要求，教师首先必须摒弃之前根深蒂固的“狭义工具论”思想，改变把操作步骤演示给学生的教学方法，挖掘、整理出隐含于大学计算机课程中的计算思维的内容，构建计算思维在大学计算机基础课程中的表达体系，才能有效实施计算思维的培养，使计算思维的培养落到实处，这些无论对教师的意识、教学技能、教学态度都提出了新的要求，要求教师不断加强内涵发展。

由于受“应试教育”的影响，较多的学生习惯了知识的灌输，习惯跟着教师一步一步的操作，习惯照着要求完成教师设计好的项目，教师和学生过多关注“怎么做”而较少关注“为什么这么做”，所以计算思维的培养对学生、教师都提出了挑战，教师怎么在基本知识、技能的教育中融入计算思维的教育，促进学生内在能力的提升，形成计算思维能力将是一个巨大的挑战。

5.2 大学计算机基础是培养计算思维的重要途径

《九校联盟(C9)计算机基础教学发展战略联合声明》中确立了大学计算机基础课程教学的核心任务及改革目标是“计算思维能力的培养”，明确指出：大学计算机基础课程的教育是培养大学生综合素质和创新能力不可缺少的一个重要环节，是复合型、创新型人才培养的重要组成部分[4]。这从一个侧面说明了大学计算机基础课程是培养大学生计算思维能力的一个非常重要途径。虽然“计算思维”不同于“计算机思维” 但计算思维离不开计算机，与计算机紧密相关，大学计算机基础作为面向非计算机专业大学生开设的一门通识课程，受众面极广，是大学生入学的第一门计算机类课程，教学内容中也隐含了较多的计算思维，无疑是培养学生计算思维的一个重要途径。

基于计算思维指导下的大学计算机基础课，可通过讲授方式的变化、教学内容的重组、计算思维生活化的方式，把之前无意识的计算思维教学变为显性的教学，例如：在讲授“数字与编码”这一内容时，改变以前只着重讲授各进制转换的教学方式，加强计算机在处理信息过程中语义怎么符号化，符号怎么计算化，计算怎么0、1化，0、1怎么自动化的讲解，帮助学生构建抽象、自动化的计算思维模式。

地方高校的大学计算机思维培养，学生的计算机基础水平相对较低，可借鉴李锋、鲍宇等学者提出的“分层培养”的模式[5-6]。为了让学生便于理解，采用把“计算思维”生活化的方式，比如：提前把第二天要上课的课本资料装入书包，这体现了“缓存”的思维，先引入再逐渐深入讲解，从而达到计算思维培养的目的。

6 结语

计算思维培养的重要性已得到大家的认同，但计算思维内涵丰富，隐蔽性强，作为大学计算机基础课一线教师，只有加强对计算思维与大学计算机基础教育的认识，加强自身内涵发展，才能完成以计算思维为核心的、以培养学生善于发现问题、解决问题而不是只着眼于几个常用软件操作为目的的学习目标，才能更好地体现大学计算机基础课程的新价值，实现大学复合型、应用型、创新型人才的培养目标。