高职院校计算机基础课程教学面向计算思维改革的探讨

邱苏林

（云南司法警官职业学院，云南 昆明650211 ）

增强计算思维能力的培养，已成为当前大学计算机基础教学改革的主旋律。2010年7月，九校联盟（中国首批“985 工程”建设高校）在西安交通大学召开计算机基础课程研讨会,会议讨论了新形势下我国高水平研究型大学如何增强计算思维能力的培养和提高计算机基础教学的质量，并发表了计算机基础教学发展战略联合声明，确定了以计算思维能力培养为核心的计算机基础课程的教学改革。2010年11月，陈国良院士在第六届大学计算机课程报告论坛上第一次正式提出了将“计算思维能力培养”作为计算机基础课程教学改革切入点的倡议。随后，一些高水平研究型大学围绕计算思维能力培养开展了大量的研究和实践工作，并在2012年7月西安交大召开的“第一届计算思维与大学计算机课程教学改革研讨会”上做了展示与交流。

然而，我国一流大学讨论发表的C9 联合声明在其他类型、层次的高校中有无普遍指导或参考价值？ 研究型大学的基于计算思维能力培养的课程改革方案是否适用于应用型大学、高职院校？作为高职院校的计算机教师，面对“以计算思维能力培养为核心的计算机基础课程的教学改革”的提法，认识上仍存有很多疑惑：计算思维概念抽象、晦涩难懂，学生能理解、接受吗？ 高职院校计算机基础教学的能力培养目标是否要由计算机应用能力转向计算思维能力？ 高职院校的学生应培养什么样的计算思维能力？ 这些是从事高职院校计算机基础教学的教师应该认真思考的重大问题。

1 计算思维不是悬空的抽象概念、并非高不可攀

2006年3月，美国卡内基·梅隆大学周以真教授在美国计算机权威刊物《Communications of the ACM》上对计算思维进行了清晰系统的阐述。她认为，计算思维是运用计算机科学的基础概念（即思想和方法）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]。这一概念对高职院校非计算机专业的学生来说，似乎显得晦涩难懂，高不可攀。但仔细分析可以发现，计算机基础课程中很多概念、知识中都蕴含着计算思维方法。

介绍计算机的产生、发展历程以及计算机技术对人类社会发展进步带来的影响，让学生了解学科发展，认识计算机学科之美，激发学习使用计算机的愿望，让学生理解和建立“信息、计算、智能”这三大核心科学概念，知道哪些问题是计算机可以解决、哪些是计算机不能够解决的。

“计算机中数的表示，即数字、字符、汉字、声音、图像等在计算机中如何表示”，蕴含的计算思维是现实世界的各种信息只有转换为0 和1 的形式，才能成为计算机可以处理的“计算对象”，进而为基于计算环境的问题求解提供可能。计算机进行问题求解首先需要解决问题的表示。

操作系统是计算机系统的管理者，它按照一定的策略管理和调度计算机的软硬件资源，提高计算机资源的使用效率。这其中包含了如何高效实现资源的共享与分配、系统效率与验证等方法。

计算机网络系统是十分庞大而复杂的，网络设计者并不是设计一个单一的、巨大的系统，而是采用分层结构体系，对系统功能进行分解，然后定义出各个组成部分的功能，从而达到总体目标。这体现了采用抽象和分解控制庞杂的任务或进行巨大复杂系统设计的计算思维方法。网络上如何控制数据传输的正确性、完整性采用的容错技术、校验技术也是计算思维的典型方法之一。

从上述分析不难看出，计算思维就体现在一系列知识点和概念中，这些思维反映了计算、计算机的原理，高职院校的学生能够深刻地理解。

2 高职院校计算机基础教学仍应以计算机应用能力培养为核心，同时注重计算思维的培养

高等职业教育重点培养发展型、复合型和创新型的应用型专门人才。高职院校计算机基础教育的目标是使学生具备在各个领域的计算机综合应用能力。计算机应用并非简单地使用工具，而是计算机的熟练、综合、有效地使用。计算机应用技术涉及到基本原理、共性技术和方法。

高职院校计算机基础课程教学存在这样一个矛盾：越来越多的学生接触、学习和使用计算机较早，对大学开设的计算机基础课程所讲授的内容缺乏学习的积极性；但是对于计算机基础课程教授的Windows、Office 软件、网络的应用，有相当多的学生只掌握了其中较少的功能，应用能力不强。多数学生入校前对计算机的应用仅限于上网浏览或简单的文字处理，学生对计算机的认识大多停留在“计算机是工具甚至是玩具”的层面上，仅掌握基本的知识、技能，而对计算机组成、原理等缺乏深入系统的理解，没有达到能力、方法的高度。高职院校学生计算机知识能力与社会需求存在一定的差距。

计算思维的培养是以计算能力的培养为基础的，一定要在能力培养的基础上进一步培养思维[2]。当前计算机基础教育面向应用的研究和落实做得还不够，还需要花大力气去做，我们不应当认为计算机应用的问题已解决，要转向计算思维了[3]。计算思维能力的培养分类分层是必然选择，要弄清楚计算思维对不同人群的要求[4]。高职学生大多是高考录取成绩较低的学生，他们在学习基础、接受能力等方面与本科院校学生有一定的差距，培养目标也不同于研究型、应用型大学。因此，高职院校计算机基础教学层次上的计算思维能力培养应有别于以上院校，有别于计算机科学与技术专业的能力培养要求，应该面向计算机应用需求，培养学生基本的计算思维能力。

当前高职院校计算机基础教学仍然要以计算机综合应用能力培养为核心。在提高计算机应用能力的同时，注意培养计算思维能力，通过注重计算思维能力的培养促进计算机综合应用能力的提高。应用能力的培养和计算思维的培养并不矛盾，二者是相辅相成的。

3 研究计算思维对深化高职院校计算机基础教学具有积极意义

3.1 有利于纠正对课程认识的偏差，确立计算机基础课程在大学教学中的地位

长期以来，高校计算机基础教学模式以计算机应用技能培养为主，这在一定程度上形成了“计算机会用即可”、“计算机基础课程就是讲解软件工具的使用”等片面观点。学生在学习计算机基础课程的过程中，可能更关注计算机知识与应用技能的学习，满足于会使用各种各样的软件。从教师到学生对计算机基础课程认识上存在的偏差对高校计算机基础教学造成了巨大的冲击：计算机基础课程学时被压缩，甚至成了可有可无的课程，计算机基础课程在大学教学中的基础地位有所动摇。

出现这些问题的根本原因是对计算机学科的内涵特征的把握出现了偏差，缺乏类似“计算思维”等先进理念的指导。因而，对计算机基础课程的认识、定位、课程设计上有失片面。

计算机是一种具有计算功能的工具，但其科学基础并不是机器本身，而是数学科学、工程学、逻辑学等。国际计算机权威组织ACM 公布的《CC2002 计算机科学教学指导草案》提出了在计算机科学与技术学科中重复出现的12 个基本概念[5]。这些概念描述了该学科具有普遍性、持久性的重要思想、原则和方法，描述了贯穿于认识和实践过程中问题求解的12 个基本方面。CC2002教程认为，这12 个基本方面是人们认识和实践计算机科学与技术过程中经常用到的基本概念，它们表达了计算机科学与技术学科特有的思维方式。Richard m. Karp 教授提出的“计算透镜”（computational lens） 理念也提出要将计算作为一种通用的思维方式[6]。

计算机为不同专业领域提供了解决专业问题的有效方法和手段，而且提供了一种独特的处理问题的思维方式；不仅是工具，而且是可以启发人们思考问题的科学方法。通过使用这种工具可以培养学生的信息素养、掌握蕴含在计算机知识中的思维方法。图灵奖得主Edsger Dijkstra 在著名的“工具影响思维论”中指出：“我们所使用的工具影响着我们的思维方式和思维习惯，从而也将深刻地影响着我们的思维能力。”[7]计算机对各个学科的发展产生深远的影响。近年来出现的计算生物学( 生物信息学)、计算社会科学等就是将计算思维和计算技术用于各学科领域形成的一些跨学科的新学科，它们的出现改变了有关专业的科学工作者的思维方式。

基于以上分析，高校计算机课程的设置不仅为了让学生掌握计算机技术，而且为了培养具掌握计算机学科的核心思维和方法。通过计算机课程的学习培养科学思维能力，养成计算思维的素质和能力。这样一来，计算机课程就与数学课程、物理课程一样有特定的教学目的，其重要性也就不言而喻。

3.2 有助于增强学生的计算机综合应用能力

计算机科学与技术学科包括科学与技术两个方面。科学侧重于研究现象、揭示规律；技术则侧重于研制计算机和研究使用计算机进行信息处理的方法与技术手段。科学是技术的依据，技术是科学的体现，科学与技术相辅相成、相互作用，二者高度融合是计算机科学与技术学科的突出的特点，主要表现为理论性和实践性紧密结合的特征。计算机课程的教学组织应该从学科的本质特点出发。一方面，挖掘计算机学科的基本概念和方法，计算机解决问题的思路，讲知识的同时，注重贯通这些知识的思维，促进计算机技术的应用；另一方面，基于一定的操作应用理解技术背后的学科思维方法。

课程应从思维而非细节的角度，使学生对计算机本身及其应用方式有一个全面的了解和理解，从而有助于培养学生在实际中综合应用计算机的能力。教学中，应挖掘计算思维，有意识培养计算思维，促进学生素质能力的提升。

[1] J.M.Wing. computational Thinking [J]. Communications of the CM,2006,49(3):35.

[2] 李廉. 计算思维——概念与挑战[J].中国大学教学,2012(1).

[3] 谭浩强. 研究计算思维，坚持面向应用[J].计算机教育,2012(21).

[4] 冯博琴. 对于计算思维能力培养“落地”问题的探讨[J].中国大学教学,2012(9).

[5] 黄国兴，等.中国计算机科学与技术学科教程2002[M].北京：清华大学出版社，2002.

[6] Karp r m. understanding science through the computational lens[J]. Journal of computer science and technology,July 2011,26(4).

[7] 王飞跃. 从计算思维到计算文化[EB/OL]. [2012-09-15]. http://www.docin.com/p-71046882.html.