计算文化视角下“大学计算机基础”课程改革初探

徐奕奕+唐培和+唐新来

摘要：当前大学计算机基础教育正面临着以“计算思维”能力培养为目标的新变革，但教什么、如何教仍是一个挑战。本文梳理了计算文化的基本概念、研究现状，计算文化的“表”（外显的生存现象、生存方式）和“里”（内隐的方法论和价值观改变）之间的关联，提出了一种新颖的、计算文化视角下的计算机基础教学改革方案。首先基于计算的思想、方法、观点等的演变，计算机发展过程中典型的人物与事迹，以及当前热点计算文化现象的剖析，对已有知识点进行论域重组，提炼成可供课堂使用的“案例”。在课堂上，由表及里、由浅入深地，运用“案例”教学法把知识点和能力培养串起来，从而完成教学。为期三年的试点结果表明，本模式能较好地融入前沿性和时代性，激发学生对计算的热爱，且能在提升计算能力的同时，有效地培养计算思维。

关键词：计算文化；计算思维；论域重组；计算机基础教学

近年来，“大学计算机基础”作为计算机基础教育的“第一门”课程，在传统教学理念、教学内容与教学方法中如何融入前沿性和时代性，激发学生兴趣，培养计算思维能力，成为教育界正在深入思考的重大问题。为了避免“教学改革轰轰烈烈，课堂改革冷冷清清”的尴尬局面，很多具体的、细致的改革策略在各种计算机相关会议中开始讨论，并逐步应用于具体实践。上海交通大学、南方科技大学、西安交通大学、深圳大学、哈尔滨工业大学、清华大学等学校纷纷展开改革实践活动。[1][2]广西科技大学也在计算思维教学研究的“破冰”期做了大量工作。[3][4]总的说来，主要的策略大致可分为方法推动式、内容重组式、全面更新式三种。[5]其中，方法推动式强调让学生潜移默化地掌握“计算思维”，这无疑是最佳选择，就跟环境塑造人的道理是一样的，但必须认识到“潜移默化”是需要较长时间和过程的。内容重组式则强调以计算思维为主线来重新组织已有知识点和教学内容，该方法在执行时往往看重计算学科核心知识的重新组织，容易落入繁杂和细致的知识点中，反而容易偏离“计算思维”的教育培养理念。而现阶段，在国内很多高校中，计算思维教育尚在起步，且许多一线教师尚未能很好地理解和把握计算思维的本质；“大学计算机基础”原有教学内容与教学目标更适合实验课教学；“大学计算机基础”理论课时十分有限。因此，找到一种全新的教学模式，把需要学生“悟”的东西“讲”出来、“讨论”出来，激发学生学习兴趣，留给学生学习余地是值得尝试的。本文基于“全面更新式”的教学法，提出并尝试从“计算文化”视角来对“大学计算机基础”进行颠覆式革新与实践。

一、计算文化与计算文化研究的窘境

（一）计算文化

目前，随着计算时代的到来，以计算机为中心的“计算”之内涵越来越多。计算正在加速地把科技转化为生产力，改变着人类认识世界和改造世界的方法和途径[6]；计算不仅是知识体系、科学语言、技术工具，也成为人们认识事物、研究问题的一种新视角、新观念和新方法，而且正在试图成为一种全新的世界观。计算不仅是一门科学，也逐渐形成为一种文化，即“计算文化”。计算文化作为一种文化现象，是当今整个科学技术与社会发展关系的缩影，它突显了新的精神空间和美学维度、充满了人类的创造力和想象力，饱含着人类新时代的理想和夙愿。

近年来，“计算文化”逐渐成为各界有识之士关注的热点。早在1992年，RDreyer Berg指出了计算机的发明对人们心理和社会文化的影响，提出了“计算文化（Computational Culture）”的概念。2003年Peter Denning在Communications of The ACM上发表了“伟大的计算原理”一文[7]，并提出了对计算文化的思考——计算已成为人们认识事物、研究问题的一种新视角、新观念和新方法，而且正在试图成为一种全新的世界观；计算不仅是一种重要的“工具”或“方法”，更是一种思维模式；计算不仅是一门科学，也是一种文化，即“计算文化”；计算不仅是一些知识，也是一种素质，即“计算素质”。2006年，美国卡内基-梅隆大学教授周以真系统地提出了计算思维的概念。

2012年以来，陈国良院士在许多场合谈到“计算文化”，并明确提出当今大学计算机教育三要素：传承计算文化，弘扬计算科学，培养计算思维。陈院士指出，计算文化（Computational Culture）就是计算的思想、方法、观点等的演变史。它通过计算和计算机科学教育及其发展过程中典型的人物与事迹，体现了计算对促进人类社会文明进步和科技发展的作用以及它与各种文化的关系，并认为对计算文化的研究是一件十分有意义和极具挑战的事情。[8]2013年，王飞跃发表了“面向计算社会的计算素质培养：计算思维与计算文化”一文，指出“计算文化”一词，在国际上已开始有少数的学者提起，但还没有与计算思维相联系，也没有达成共识或形成趋势”[9]。当然，由于文化本身具有的多样性和复杂性，人们很难就文化给出一个准确的、清晰的定义，计算文化也不例外。但总的来说，本文认为，计算文化指的是计算带来的个人以及集体在物质和精神上的进步。

（二）计算文化研究窘境

尽管人们越来越多地认识到计算文化的存在，肯定计算作为文化存在具有越来越醒目的价值，但仍鲜有专家、学者对其进行系统研究。如计算文化核心价值是什么、计算文化涵盖的研究内容是什么？计算文化美在哪里？计算文化的特质是什么？等等。本文经过研究，认为主要的原因如下。

1.计算过度形式化、抽象化，使人错误地觉得计算只是单纯的学科研究领域的事情。或者说，计算只是计算机科学家、数学家、少数天才脑子里想象出来的“自由创造物”。计算的发展是科学家的事，无需社会推动，其进步也无需人类文化的哺育。

2.认为计算作为科学研究的三大方法之一，自然是与科学研究与技术创新相关，与文化无关。

3.大部分专家关注计算的科学价值、应用价值，很少有人关注其理性价值，更少有人发现计算之美，乃至传承、弘扬计算文化。endprint

4.对计算文化本身的研究确实充满了挑战。首先，先进的计算文化作为一种文化现象，属于典型的交叉学科下的产物。研究计算文化需对以计算机为中心的“计算”的内涵充分理解，如计算的思想、精神、方法、观点、语言，以及它们的形成和发展等等，而且需要在自然的、人工的和社会的三大系统中去进行拓展。最后还要对其进行阐述、归纳、整理、提升。其次，从计算文化的兴起到繁荣，其时间堕距较传统文化而言明显缩短，但其内容却变化较多且十分丰富。这也使得对其进行系统研究需要大量的时间和精力。

5.即使是在高校，我们看到传统的计算机教育，普遍仍是在讲技术、不讲文化，只谈物质的设备，较少涉及非物质的文化。各高校开设的计算机基础课程中对“计算文化”的传播可谓蜻蜓点水，相谈甚少。

因而，在计算思维真正进入计算机基础教学的实战期，组织有丰富一线教学及其改革经验，且知识面较广、专业知识扎实的教学团队，研究计算文化并以计算文化为视角进行教学改革，不仅有实践意义，本身也颇具理论研究价值。

二、高等学校教师聘任合同不符合行政合同的实质标准

“风起于清萍之末”，计算的需求促使计算工具进步、计算方法更新乃至计算理论完善，从而形成了新的学科，并带来了全新的物质文明。这其中，我们能看到、听到、感受到的各种显式的进步，这些技术性、物质性、精神性的各种外化，就是计算文明，而不为人察觉、却影响人类本质力量的内在性因素则是计算文化。

同时，正如马斯洛所说，工具会影响思维，计算工具也会影响人类思维。计算思维正是建立在计算过程的能力和限制之上，尝试运用计算机科学的基础概念、用计算的方法来解决问题的方法论，是一种能够把问题及其解决方案表述成为可以有效地进行信息处理的形式之思维过程。[10]同时，计算文化是计算带来的现象和映射，也是对计算的反思和超越。计算文化作为一种先进的文化正潜移默化地影响我们每一个人，也会促进计算工具的进步，并使得计算思维成为时代性的、主要的、根本的、且越来越重要的思维方式和手段。图1展示了上述这一过程的相关联系。

三、 计算文化与大学计算机基础教学相融合

显然，计算文化并非计算机文化，也并非互联网文化，而是自成系统、独具特色的文化。具体来说，计算文化包含两部分，一部分是相对外显的生存现象、生存方式——人在掌握计算工具、提高计算能力的过程中行为方式和社会关系等发生的根本性改变；另一部分则是内隐的价值观，表现在人们在计算带来的新变革下对于人性、自然和社会的重新诠释，这也是计算文化的精髓所在。

因而，从计算文化的视角来改革大学计算机基础教学有其独特的优越性。通过具传播性、通识性、先进性的外显的计算文化，像链子一样把整体教学过程如珍珠一样串起来，可以把看似不相关的通识教育、人文教育、技能教育、知识传授和思维训练有机结合起来。具体的教学内容上采用计算文化指引下的论域、论题案例重组，如图2所示。

在具体教学过程中，我们打破常规，从两个方面进行切入。一方面，把计算的思想、方法、观点等演变史以故事化、生活化的方式“论域”重组并“案例化”，特别是将计算机科学家电光火石般的灵感、独特的智慧或是巧妙解决问题的方式提炼出来，展示给学生（以MOOC方式）。另一方面从学生身边的或者是当前的文化热点现象着眼，引导学生自主抽象出问题，并围绕问题的抽象、分析和问题的解决为核心展开教学。[11]在大背景清晰、目标明确的氛围下，引入计算机问题求解，并不会忽视知识的学习，而是能更好地把看上去不在一个纬度、不相关的知识点有机（纵向）联系起来。

四、小结

我们知道，计算思维的培养并不是等同于学习计算机科学的原理和技术，更多的是要考虑在复杂情况下、面对的数据量激增的情况下，对解决问题方案的规模、效果、效率、经济和社会性等的正确理解。基于“计算文化”视野下对案例进行合理提取和分析，考虑了“从现象到本质”、由表及里的自主探究，且课堂上选用完整度高的案例来进行问题分析和求解，课堂外用MOOC的方式揭秘计算机科学家的灵感和智慧。为期三年的教学实践表明，全新、立体化的教学模式对吸引学生兴趣、培养计算思维能力确实获得了较好的效果。实践证明，不仅操作可行，且能构建教与学良好互动的生态环境，完成教学目标。

综上所述，作为大学计算机基础改革的重要内容，我们将在后续的实践中不断探索、总结，最终找到并提炼可遵循的、规律性的东西，再服务于计算思维教学。通过这样的改革，以期真正体现“大学计算机基础”作为计算机基础教育的“第一门课程”的重要地位，激发学生对计算的热爱，掌握计算能力，拥有计算思维，理解并传承计算文化。在未来的改革和实践中，实现教学模式从传统狭义工具论到经典范式的转变，从而建构“计算思维导论”经典教学新体系。

参考文献：

[1]李廉计算思维——概念与挑战[J]中国大学教学，2012（1）：7-12

[2]牟琴，谭良计算思维的研究及其进展[J]计算机科学，2011（3）：10-15

[3][11]唐培和，徐奕奕计算思维导论[M]桂林：广西师范大学出版社，2012：1-6

[4]唐培和，徐奕奕，李威龙关于计算思维教学改革面临的思考[J]工业和信息化教育，2013（6）：82-86

[5]徐奕奕，唐培和，孙自广，等非计算机专业“计算思维导论”课程教学改革初探[J]工业和信息化教育，2013（6）：90-94.

[6]Denning P，Comer D E，Gries D，et alComputing as a Discipline：Preliminary Report of the ACM Task Force on the Core of Computer Science[J]Acm Sigcse Bulletin，1988，20（1）：41-41

[7]陈国良，张龙，董荣胜，等大学计算机素质教育：计算文化、计算科学和计算思维[J]中国大学教学，2015（6）：9-12

[8][9]王飞跃面向计算社会的计算素质培养：计算思维与计算文化[J]工业和信息化教育，2013（6）：4-8endprint