本站原创摘 要：目前,在社会信息化程度不断提高等原因的推动下,非计算机专业大学计算机公共基础教育的现状越发令人担忧.而且在全球大环境下,能够运用计算机科学所赋予的计算方法等手段解决难点问题的卓越人才是国家迫切需要的.恰恰这种解决难点问题的能力培养与计算思维进课堂的理念相对接.而计算思维理解的深入、能力的深化必须借助计算机科学的相关知识.本文中笔者给合自己的看法对计算思维的定义、与计算机的关系以及计算思维如何体现在计算机基础教育中进行了阐释.
关 键 词：计算思维；非计算机专业；计算机；基础教育
一、计算思维与计算机的关系
计算思维是一种思维方式,是建立在计算机理论基础知识之上的思维方式,是在了解计算机的计算方法与工作方式的前提下,使用计算机这一工具,计算这一手段,通过约简、嵌入、转化、仿真、抽象和分解等方法使困难的问题得以简化,最终求出结果或得到结论的一种思维方式.但计算思维又绝不仅仅是人在迎合计算机的思维方式.计算思维是人的思维方式,通过这种思维方式引导计算机工作以达到其目的的一种思维方式.而且计算思维是随着计算机相关产业的发展而出现的一种思维方式,因此也是一种新的思维方式.
二、计算思维与非计算机专业计算机基础教育的关系
1.计算思维存在的普遍性.计算思维涉及运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为.由于计算机及其相关产业具有普遍性,那么计算思维也不应该仅仅是学习或从事计算机专业人士的一种技能.计算思维并不区分专业与领域,尤其应该将其融入到处于思维活跃期的各专业大学生的解析能力当中.周以真教授在对计算思维的阐述中提到两点,一点是“计算思维是一种根本技能,是每一个人为了在现代社会中发挥职能所必须掌握的”；另一点是“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”.自然,它应当有效地融入每一堂课之中.各专业学生进入大学所能接触到的计算机类课程就是非计算机专业公共基础课,其责任首当其冲.
2.计算思维在计算机基础教育中的主导作用.孙家广院士指出“计算机科学界最具有基础性和长期性的思想是计算思维”.2010年7月,教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会在西安会议上,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.
美国科学基金会（N）2005年底至2006年初鉴于计算机教育中出现的问题组织多领域专家分区域进行了研讨,得出的报告中就涉及“大学第一年计算机课程的构建问题”以及“多学科的融合问题”.计算机公共基础课是非计算机专业学生系统掌握计算机相关知识的首要渠道,教学的重点应放在如何教会学生计算思维,让他们能熟练地运用于本学科中.计算思维在课程中的融入与渗透不仅会让学生掌握一种解决问题的良好的思维方式,同时会帮助学生在大学学习过程中逐步形成优良的专业素质和职业素养,使学生对个人的专业发展有明确的定位.各种情况均说明只有大学非计算机专业计算机基础课程才能做到将计算思维的能力传递给各专业的学生.因为其既是一门给出计算机科学基础概念及相关知识的计算机课程,又是一门面向不同专业的课程.
三、大学非计算机专业计算机基础教育现状分析
对于非计算机专业大学计算机公共基础教育的现状,各位专家学者早就提出了其中存在的问题,而且,在社会信息化程度不断提高等原因的推动下,原有问题日益严重与激化,新的问题也在不断涌现,笔者认为主要的问题可归纳为以下两点.
1.对“计算机公共基础课程”重视程度不足的问题.随着计算机的全面普及以及计算机嵌入式设备的发展,大家对计算机越来越熟悉,计算机再也不是遥不可及的高端设备,而变成了老少皆宜的“家用电器”,大家操作起来都得心应手.相应的,学校的教育教学主管部门和学生甚至任课教师都越来越轻视该课程.计算机基础课程不应被轻视,因为计算思维的推广与普及必须借助计算机科学这一平台.教育工作者尤其应该从战略高度将计算思维从计算机应用能力上提升出来,作为人的一种基本技能来教学.这样必然大大提升计算机科学的地位,也必然大大提升与计算机科学相关的课程的地位.
2.课程定位与课程内容设置不合理的问题.这一问题也是上一问题出现的原由,一般来讲都是将计算机工具化,这样必然使计算机科学受到轻视,与计算机科学相关的课程也必然受到轻视.计算机公共基础课从国家层面对这门课程的定位就是基础课程,也就是与数学、物理相同地位的基础课程.既然是基础课程,课程的教学方法就应该像数学与物理一样,以讲授学科的基础概念为主.现在绝大多数非计算机专业计算机基础课包含的内容多而杂,网络也讲一点,硬件也讲一点,人工智能、数据库也讲一点,除此之外就是主要以OFFICE办公软件的应用为主.此外,再附以一门高级语言,教会学生学会诸如求“1～100的累加和”等程序.大学计算机教育用了一年甚至两年的时间做的是社会培训或学生自学就能快速完成的工作.很显然,理论薄弱而只求作为简单工具使用,这种认知必然对计算机科学的认识淡化,无助于对计算技术中最重要的核心思想与方法的掌握.
四、计算机基础教育中融入计算思维的构想
针对非计算机专业大学计算机公共基础教育目前存在的问题,各地学校也都进行了积极的教学改革.例如“分层次教学”、“任务驱动教学”、“加大实验课时”等多种教学改革方案,也收到了一定的成果.但可以想见,上述提到问题的最好解决方案就是在课程中融入计算思维.目前,国家对于在计算机教学中体现计算思维是充分认可并满怀期待的.西安会议上已经确定了以计算思维为核心的计算机基础课程的教学改革方案,余下的工作就是各级教育部门与教育工作者如何在计算机课程的教育教学中进行实施与推进.
周以真教授对计算思维定义中的阐述中涉及的很重要的内容就是计算思维是考量如何运用计算机科学相关知识去更简单、更有效、更快速地求解问题,得出最佳的结果.因此绝大多数教师都在无意识地、潜移默化地在教学中融入了计算思维的内涵.只不过由于计算思维的提出与受重视的时间并不长,大家没有意识到而已.那么如何在计算机基础教育中融入计算思维这一问题的主要工作就在于将计算思维教育战略高度化、意识形态化以及系统化.但这一融入具体如何实施是一项巨大的系统工程,笔者结合相应学者的研究资料对该问题进行了系统的思考,并在所讲授课程中进行了简单的实验,可表述如下.
1.讲授内容的调整.在课程教学中要想更好地体现计算思维,需要对课程定位、教学大纲、教学日历以及教学内容进行调整.由于这需要学校教务部门的审批无法全面铺开,但在教学过程中还是应该尽量系统地培养学生的计算思维能力.在《计算机文化基础》课程中较为具体与形象地给学生讲授计算思维的基本内容,使学生了解人与计算机能力的局限性,了解计算思维解决问题的一般步骤,理解计算在问题解决过程中所发挥的作用.而压缩了诸如同一知识点重复训练的多个EXCEL案例.在程序设计课程中拿出更多的课时进行算法设计以及程序执行过程等的讲授,而相应地转变了以往对每个命令及语句的具体训练.
2.作业及实验任务的调整.在课堂上更多地给学生预留出思考的时间.对于实验任务的设置也更明显地体现计算思维.例如,对理工类的学生,教师将从问题抽象化描述、问题表示、模型建立、寻求解决方案、算法设计、机器实现等步骤一一进行引导,增加学生体会计算思维本质内容的机会,鼓励学生发展更广阔的思维,更多样的解决问题的方法,这也增强了学生以更简单有效的方法完成任务的愿望.
3.区别对待不同类型、不同层次的学生.在教学中对于理工类学生加强系统设计与算法设计的训练,对于文史类学生较理工类学生在更多考量美学的基础上偏重工作中的实际应用.对于本科学生也较专科学生给出了较多的基础理论内容,并给予了更深层次的引导.
虽然计算思维在笔者的课程教学中无论质与量的体现都很薄弱,但这无疑是一个良好的开端.对于计算思维如何更好地在非计算机专业计算机基础教学中体现,并达到其应达到的效果是一个系统化、长态化的复杂工作.同时也是与教育相关的部门、组织与个人息息相关的.不断学习、探索、实践与总结是唯一解决之路.