地方本科院校文科类专业学生计算思维能力培养研究

罗俊 樊洪斌 陈雪刚 章才能

摘要：针对当前地方本科院校的文科类专业计算机教学现状，提出了基于计算思维的计算机基础教学方法。在教学中引入案例，拓展学生计算思维；鼓励学生参加中国大学生计算机设计大赛，强化文科类计算思维能力，在学科竞赛中，在参赛过程中逐步培养计算思维能力。实践表明，通过这两种方法，有助于提高文科类专业学生的计算思维能力。

关键词：计算思维；地方本科院校；文科计算机

中图分类号：G424 文献标识码：A 文章編号：1009-3044（2018）07-0135-02

1 引言

随着国内外信息技术的迅猛发展和信息化的全面推进，云计算、大数据、物联网、人工智能等计算机新技术渗透和应用至各行各业中，无处不在的计算机使计算思维成为人们认识问题和解决问题的重要思维方式之一。一个人若不具备计算思维能力，将在从业竞争中处于劣势。计算思维能力是计算机专业学生必须具备的能力，也是所有受教育者应该具备的能力。

《大学计算机基础》课程是普通高等学校面向非计算机专业大学生开设的第一门计算机基础课程，在信息技术高速发展的今天，它在高校基础教育的重要性是不言而喻的。文科类专业《大学计算机基础》培养目标不能仅局限于计算机的基本操作及常规应用，更应培养学生利用计算思维解决所学专业实际问题的能力，从而适应经济和社会可持续发展的需求。各高校不断缩减《大学计算机基础》课程的课时，而教学内容不断丰富与更新，如何在有限的学时让学生掌握并主动应用计算机于各专业领域成为计算机基础课程教学改革亟需解决的问题。

2 计算思维

2006年3月，美国卡内基·梅隆大学周以真（Jeannette M. Wing）教授在美国计算机权威期刊《Communications of the ACM》杂志上首次提出计算思维（Computational Thinking）：：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等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[1]。

2010年7月19-20日在西安交通大学举办了首届“九校联盟（C9）计算机基础课程研讨会”，《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》提出了“以计算思维为核心的大学计算机基础课程教学改革”。2017年7月24-26日，第六届“计算思维与大学计算机课程教学改革研讨会”在成都召开，浙江大学教授何钦铭结合《大学计算机课程教学基本要求》白皮书，阐述了计算机基础教学中计算思维培养重点和在课程教学中如何落地问题，对42个计算思维核心概念和分类做了系统性阐述。

3地方本科院校文科类专业计算机教育现状

地方本科院校文科类专业计算机教育普遍存在如下情况：

1）文科类学生计算机实践操作与创新能力不足。目前地方本科院校由于近年来不断扩招，机房资源严重不足，导致计算机基础教学呈现教学内容相对陈旧、重理论轻实践等问题。大多数文科类学生学习计算机的目的仅仅是为了应付考试，学习动力不足，难以将计算机与所学专业课程相融合，缺乏应用计算机知识来解决本专业领域实际应用问题的实践操作技能，创新能力不足。

2）文科类学生思维能力相对较弱。文科类学生的数理知识储备较少，其学习方法以记忆为主，基本从事实与现象中产生感性认识，不擅长抽象思维、逻辑推理和关联思维。文科类专业课程以记忆为主[2]，各个章节之间耦合度相对较低，但计算机基础课程的各个章节之间衔接紧密，如果前面的章节不能很好地掌握，后续课程内容将无法理解。

4 计算思维在文科类计算机基础教学中的实施

4.1引入案例，拓展思维

针对学生学时少的情况，为达到好的教学效果，在教学内容上进行优化重组，采用案例教学法进行计算思维教学，将计算思维蕴含在案例中，让案例蕴含着计算思维。笔者借用“1000瓶酒中找出1瓶毒酒”这一案例，取得了较好的教学效果。

问题：一共有1000瓶酒，其中一瓶有毒。如果一只老鼠喝了有毒的酒，会在一天后死亡。如果给一天时间，让你判定哪瓶酒有毒，至少需要几只老鼠？

分析：由于时间是限定的，一只老鼠不能喝两次，也不能等待其他老鼠喝酒后的结果发生了再决定下一步的喝酒策略。因此：一、只能同时喝酒，故不能采用像二分法这样的方法求解；二、喝的酒可以是混合的（即几瓶酒混合在一起）；三、根据老鼠死活的情况判断哪一瓶有毒。

思路：喝酒后每一只老鼠只有2种状态：死和活，n只老鼠就有这n个死或活的状态，由此联想到对应二进制的0或1状态。那么，正如使用n位二进制可以表示2n个不同的数值，采用n只老鼠的死活状态的组合就可以反映2n种不同的可能性。目前需要判断1000瓶酒的毒性，根据2n=1024，我们可以试着去用10个老鼠去尝试。

方法：

（1）编号：将1000瓶酒一一编号：1、2、...、678、...、1000

（2）二进制：将编号转换成10位的二进制0000000001、0000000010、...、1010100110、...、1111101000

（3）倒酒：关键，把每一瓶酒倒入自己二进制编码中为1的杯子中。例如，第678瓶酒倒入第1、3、5、8、9杯子中。

（4）喝酒：让10个老鼠分别吃一杯酒

（5）判断：看老鼠怎么个死法。若第1、3、5、8、9个老鼠死了，则可得到二进制序列：1010100110，可判定第678瓶酒有毒。

4.2 以赛促学，强化计算思维能力培养

随着计算机渗透到各学科和专业中，计算机在文科教学中扮演着越来越重要的角色。为

了推动高校文科类计算机基础课程建设，激发学生学习计算机知识技能的兴趣和潜能，培养学生运用信息技术解决实际问题的综合实践能力、创新创业能力，展现文科计算机教学成果，使文科类学生也有充分展示其计算机应用与创作才智的平台，从2008年至今，中国大学生计算机设计大赛已成功举办10届[3]。参赛内容分为软件应用与开发类、微课与课件类、数字媒体设计类普通组、数字媒体设计类专业组、计算机音乐创作类、数字媒体设计类中华民族文化组、软件服务外包类等九大类组[3]。

中国大学生计算机设计大赛每类参赛作品都来源于现实生活，学生需对具体应用领域进行创新构思、抽象与建模，这正是计算思维中设计系统和求解问题的体现。作为第二课堂教学，中国大学生计算机设计大赛等学科竞赛对计算思维的培养起到了推波助澜作用。

学生在竞赛中协同工作、取长补短，极大地激发了学习计算机知识和技能的兴趣，培养学生自主学习的能力和习惯，提高了运用计算机解决实际问题的能力，在参赛过程中逐步培养计算思维能力。

5 结束语

我校已将计算思维应用于文科类计算机基础教学中，在2016年中国大学生计算机设计大赛荣获三等奖2项；在2017年中国大学生计算机设计大赛荣获二等奖4项、三等奖10项。计算思维虽然逐渐成为人们解决问题和处理日常事务等方面的有效途径之一，但计算思维在地方本科院校文科类计算机基础教学中的推广和应用任重道远，还需不断探索。

参考文献：

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

[2] 刘琴.文科大学计算机基础教育现状分析[J].计算机时代，2015（7）：75-77.

[3] 中国大学生计算机设计大赛组委会.中国大学生计算机设计大赛2017年参赛指南[M].杭州：浙江大学出版社，2008.