计算机面向计算思维的课程教学方法

摘 要：大学计算机课程讲授计算思维已经成为普遍的共识。然而限于基础-学时-内容的矛盾，人们对面向计算思维的课程内容体系仍旧存在一些困惑。大学计算机课程应该讲授的最小的课程内容集合是什么？本文结合计算学科对非计算机专业人员未来的影响，论证性地提出了大学计算机面向计算思维的课程内容最小集合以及扩展集合，试图破解在计算机课程教学内容体系方面的困惑。

关键词：计算思维；大学计算机；教学内容；教学方法

1 知识与思维

计算机知识中的最小集合，其内容覆盖面却是很宽的。如果单纯以灌输知识的方式进行讲授，则其内容肯定讲授不完。例如“符号化-计算化-自动化”知识单元中的每个知识点，如果按知识来介绍，则每个知识点都可能需要几个学时，仅仅一个二进制和编码就可以讲授很多的内容。但换个角度，从思维的角度来介绍二进制，只需让学生理解任何信息都可以用 0 和 1 来表示，即可由计算机来处理，便可压缩掉很多的内容，而更关注于知识的贯通，关注于由各个知识点贯通起来所形成的思维即“语义符号化→符号计算化→计算 0（和）1 化→0（和）1 自动化→分层构造化→构造集成化”，关注于理解如何将现象符号化，进一步 0 和 1 化，然后即可由计算机硬件和软件予以识别和执行。 因此，“知识”随着“思维”的讲解而介绍，“思维”随着“知识”的贯通而形成，“能力”随着“思维”的理解而提高。这种教学内容的取舍方法和教学方法对大学计算机第一门课程应是很重要的。

2 大思维与小技巧

毫无疑问，计算机学科充满了太多的“小技巧”。毫不夸张地说，任何一个表示方法或者算法都是充满技巧性的，对学生也是有吸引力的，学生急于想知道为什么是这样或那样的。还是以“符号化-计算化-自动化”为例，为什么几个门电路可以形成“加法器”呢？为什么符号可以参与运算而且结果还能正确呢？几轮的教学实践证明，这些技巧是可以促进学生进一步思考的，也可以激发学生产生想做一做的冲动，正确引导便可能调动学生学习的积极性。

然而，大学计算机第一门课程还是应更多地关注计算学科中经典的计算思维，而这种计算思维目的是启发大学生在信息环境下的创造性思维，即所谓的“大思维”。面对这种大思维的介绍，必然会有许多的小技巧被舍弃或者被略讲，仅做到可以使学生能听得懂即可，而不必过多介绍细节性内容。我们应引导学生既关注小技巧，又要更着眼于大思维。

3 宽度教学与深度教学

通识教育课程应着重培养学生的思维。思维的特性决定了它能给人以启迪，给人创造想象的空间，并可能潜移默化地被融入到未来的创新活动中。如何使学生更好地理解思维——宽度教学与深度教学相结合的教学是必要的。针对计算思维通识教育，宽度教学是指能够从社会/自然生活中的广义计算讲起，进一步讲解到计算技术与计算系统中的计算，要能够将社会/自然生活中的概念、原理映射到计算技术与计算系统中的概念、原理。通过这种映射，一方面使学生易于理解和接受计算学科的概念和原理（通过对比社会/自然生活中的概念和原理来理解），另一方面可使学生理解计算机科学家是如何借鉴现实中的概念进行抽象和自动化的，进而还可强化学生通过类比跨学科事物进行抽象和自动化的能力培养。如果仅仅停留在宽度教学的层次，那也只是使学生基本理解了思维相关的概念，并不能使学生对相应的思维有深入的理解和体验，即所谓的计算思维的浅层次理解。为了强化计算思维的深层次理解，还需要深度教学。所谓深度教学，是指在学生理解了思维相关的基本概念后，能够进一步探讨思维的一些深层次内容，如思维的本质和思维的应用。通过思维的本质性探讨，强化思维理解的深度，进而强化思维对学生的影响；通过对应用的抽象，强化思维理解的深度，进而强化思维的作用和价值。

计算思维教学应能从宽度教学延展到深度教学，把计算思维讲清楚、讲透彻，对学生的进一步学习和未来的工作奠定一个坚实的基础。

4 思维与实用

有些同学和教师习惯于以“实用性”来评价一门课程，认为计算思维是没有实用价值的，而“如何拆装机器“”如何使用计算机语言编写程序”“如何使用一个软件完成诸如编排文档、表格计算”等则是实用的，作者也曾经有过这样的认识，此即“狭义工具论”的观点。但经过多年的教学实践后发现，类似前述的所谓实用的内容既是容易掌握的，也是不容易掌握的。说其容易掌握，是指如果我们理解了相关的“思维”，则对具体操作的掌握是容易的，各种软件、硬件、网络等计算系统莫不是遵循某种思维而设计和实现的。说其不容易掌握，是指蕴含在硬件、软件中的思维如果不理解，则对为什么这样操作就不容易理解。因为计算机语言、软件、硬件都是不断在演变的，其操作也都是在不断变化的。但万变不离其宗，其根本的思维如果能够理解，则可以收到事半功倍之效。

5 原理与案例

相比于经典的数学、物理学科而言，计算机学科可能是不断产生新概念、新原理的学科。诸多概念和原理既源于社会与自然，同时由于其进行了抽象以适合于不同层次的计算系统，形成了许多新概念、新原理。这些新概念、新原理对于计算机学科知识的掌握是必要的，对于能够像计算机科学家一样思考也是必要的。

然而在课程中若仅仅讲授这些新概念、新原理，或者以概念讲概念、以概念讲原理，则对于初学者而言可能有些困难，虽然这些概念、原理记住了，可能记住的只是一个名词，而其背后蕴含的思考、蕴含的思维却被忽略了，而这种思维比这个名词更重要。

能否通过案例来解决这个问题呢？通过案例的引导与讨论，不仅能够把概念、原理阐述清楚，而且能够将概念、原理的抽象过程展现出来，案例驱动、寓理于例，通过社会/自然及生活中的案例和计算技术与计算系统的案例对比，在案例和讨论中引出计算学科的术语、概念和原理，引导学生对计算思维从一个较浅的理解层次逐步过渡到较深入的理解层次。

6 互联网教学与课堂教学

当前出现的以 MOOC（Masive Open Online Course）为代表的互联网教学手段对于解决基础-内容-学时的矛盾提供了有效的手段。MOOC 通过短视频网上在线学习、翻转课堂、在线互动讨论、在线考评等手段，可有效支持学生不受时间、空间、师资等方面的限制，重复观看视频、随时随地在线互动讨论以加深课程内容的理解，这可有效弥补课堂教学的不足。同时，课堂教学若能结合 MOOC 技术，释放课堂的能量，加强与学生的互动和深度交流，则可起到宽度教学与深度教学相结合的效果。宽度教学由视频完成，深度教学则由课堂教学来实现，如此可有效地保证教学质量的提升。关于这方面内容不在这里深入讨论了。

经过多年的努力，人们已经认识到面向计算思维的大学计算机课程应该成为和大学数学课程、大学物理课程一樣地位的经典课程，然而受限于诸多因素，该门课程在人们心目中并未达此地位。这说明大学计算机课程仍需要改革，仍需要做出艰苦的努力，其中之一是必须破解“基础-内容-学时”的矛盾。本文提出的大学计算机课程教学内容体系，给出了大学计算机课程教学内容的最小集合和扩展集合，并探讨了相关的教学方法，为破解这一矛盾给出了一种可行的、有效的解决方案。作者相信，通过从事大学计算机通识教育的所有教师的共同努力，大学计算机课程必然会成为和大学数学课程、大学物理课程一样的经典课程。

参考文献

[1] 李廉. 以计算思维培养为导向深化大学计算机课程改革[J]. 中国大学教学，2013（4）.

[2] 教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会. 关于申报大学计算机课程改革项目的通知[Z]. 2012.

[3] 战德臣， 聂兰顺， 徐晓飞.“大学计算机”——所有大学生都应学习的一门计算思维通识教育课程[J]. 中国大学教学，2011（4）.

[4]战德臣， 聂兰顺. 计算思维与大学计算机课程改革的基本思路[J]. 中国大学教学， 2013（2）.

作者简介

郭春梅（1977-），女，江西省遂川县人，本科学历，职称：讲师，研究方向：计算机。