徐秋红，陈志泊，蔡娟，韩慧，孙俏，徐艳艳
（北京林业大学 信息学院，北京100083）
摘要：针对现今大学计算机基础教学渐渐落后于时代需求，对学生也越来越缺乏吸引力的现状，分析当今社会环境对教学的影响，提出以培养计算机思维能力为目标的大学计算机基础教学方式及教学内容。
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关键词 ：大学计算机基础；教学现状；计算思维；多元化
第一作者简介：徐秋红，女，副教授，研究方向为计算机科学与技术，shinestar1129@126.com。
0 引言
随着计算机技术的飞速发展，以及互联网应用的无处不在，早已将我们身边的一切事物都卷入到科技革命高速运转的车轮之中，一切都在改变，向着更精准、更智能、更快速的方向转变着。大学计算机教育也在这30多年中不断地成长和变化，无数教师在这场教育的战场上拼搏和前行，但似乎我们总感到力不从心。
1 现状分析
十几年来，大学计算机基础课一直是作为高校的非计算机专业学生的公共基础课，其教学目标一直定位于向学生普及信息技术知识和推广计算机的应用。为了实现这个目标，教师们在课程体系、教学内容、教学手段及教学方法上，一直进行着不断地研究和革新。但是，随着时代的进步，特别是计算机技术、互联网技术、虚拟和仿真技术的快速发展和广泛应用，现今大学计算机基础课的内容渐渐落后于时代需求，大学计算机基础课程对学生来说也越来越缺乏吸引力。
1.1 所面对的教育对象的现状
现在的大部分大学生已经是出生于1995年以后的年轻人，他们一出生就开始接触大量的电子设备，电视、计算机、手机，以及日常的家用电器等电子设备在他们的手中如同玩具一般平常，他们对电子设备操作的快速上手和熟悉程度是令成年人惊讶的，对他们而言，电子设备的操作方式理应如此，设备体现的效果也是理所当然。所以使用电子设备（如手机或计算机）处理文本、做一个计算、上网查询、打游戏、电子导航等，已经成为了他们的习惯。对他们而言，这是不需要加以训练的。这正是我们今天面对的教育对象的现状，他们已经是名副其实的互联网一代了。
1.2 大学计算机基础教学的现状
我国的10年义务教育早已将计算机的基本应用操作作为普及性知识，并在全国各省市的中小学教育中开设了相关的常识性课程，所以大部分的大一新生入学时，都已经了解过或掌握了一些计算机的基本操作技能，倘若今天我们在大学的计算机课程中依然以计算机初级教育为起点，或是还在采用重复性的教学内容，那么一定会让大部分的学生感到倦怠。早在4、5年前，我们周围就已经出现过许多质疑的声音，大学的计算机基础课是否应该适时地取消？到目前为止，我们也看到了这样的现实，要么有的学校干脆撤销了计算机基础课，要么有的学校内部的一些专业已经将计算机基础课程排除在四年制课程体系之外了。这不得不让我们冷静地思考大学的计算机基础教学是不是真的没有存在的必要了？
2 重新认识计算机教育的新需求
跟上时代潮流，才能处于不败之地！通过分析大学计算机基础教育的现状，不难发现，我们30年来不断地改革教学内容、教学方式及教学手段，都是在不断地适应时代变化的需求。到目前为止，我们已经完成了教育的第一步：唤醒人们对新技术革命的认识。现在我们必须迈入第二步：让人们参与到新技术革命的进程之中。那么，如何让每一个人都能顺利地参与其中，将自己的生活、工作和学习适应于今天的变化，这就要培养人们“计算思维”的意识和习惯。
2.1 充分认识计算思维是现代人类应该具备的基本思维能力之一
什么是计算思维呢？美国卡内基·梅隆大学（CMU）Jeannette M. Wing （周以真）教授在她的《Computational Thinking（计算思维）》一文中指出：“计算思维是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，它涵盖了反映计算机科学之广泛性的一系列思维活动。计算思维是每个人的基本技能，不仅仅属于计算机科学家。除了阅读、写作和算术之外，我们应当将计算思维加入到每个孩子的解析能力之中”[1]。
自20世纪80年代的微机普及到家庭开始，计算机就已经从专门的计算科学领域跨入到其他更广泛的学科和社会的各行各业之中，随之而来的是形成了大量的新型学科，这些新型学科产生的一个共同特征是都建立在与计算机技术、网络技术的深刻融合之上，那么如何让学生理解实现这一融合的初始动力，就需要用计算思维来解释。计算思维正在成为像普通的算术思维一样的人类必要的思维形式，它是认知的需要，也是今天和未来的人类生活和工作的必备能力。
2.2 培养计算思维能力才是大学计算机基础教育的意义所在
计算机技术的广泛应用和互联网的全球化，使得天才和普通人的差距逐渐变得模糊，在互联网上，所有人都有机会参与其中，人人都可以平等地发表言论，互联网上出现的许多询问都会在瞬间得到答案，更多的难题也会在成千上万人积极迅速的应答中迎刃而解。人与人交流更容易，工作场所更灵活，学习过程更便捷，生活方式更多样，可以预想到，当大学生们经过4年学习离校后，他在从事专业研究和工作时，也必须顺应本行业的计算机技术嵌入及互联网应用，否则将被时代无情地抛弃。
今天的学生几乎都会使用计算机和手机，但是他们未必了解计算机和手机功能的实现原理，或是这些功能所代表的独特的技术特征，也就是说，他们只知其然，而不知其所以然。而大学的计算机教育应该向学生讲清这其中的基本原理，讲清世界的事物之所以可以运用计算机技术和网络技术进行有效管理，其实质是该事物已经通过数字化存在于计算机中，计算机对这些数字的处理目的是要再作用于该事物，并将该事物以对人类更直观更有益的方式来显现。那么如何将事物数字化，如何规划和设计处理过程，如何在时间和空间之间权衡处理过程的效率，如何在最坏的情况下实施预防和保护，如何进行系统的自我恢复，如何利用海量的数据来加快计算和做到精准计算等，这都涉及计算思维的范畴。
3 计算机基础教育如何实现培养计算思维能力的过程
大学计算机基础教学始终是随着时代发展而处在不断的改革之中，其中教学内容或多或少的包括计算思维、数学思维、实证思维的内容，只是我们在教学中从来没有刻意的要区分它们，而今天我们特别强调计算机基础教育要培养学生的计算思维能力时，这就需要我们在教学环节中，注重研究如何重整相关的教学内容、如何建立合理的教学方案，如何实施有效的实践活动来帮助学生掌握计算机思维的能力。这也是现实社会发展的需要。
3.1 教学内容要通过不断更新来追随时代的变化
在计算思维能力培养的教育中应该注重两个方面的教育，一个是教育学生正视现实，同时要眺望未来；另一个是教育学生形成开放型思维的习惯。
3.1.1 让学生了解计算机技术和互联网技术的发展对其他领域的发展有着引领的作用
在现代社会中，计算机和互联网对人类生活的影响既全面又彻底，人类对物质的需求和占有的欲望所表现的行为之一——购物，其变化就很好的表现出这种影响的深刻性。在近10年的时间里，计算机和互联网已经将人们从商场拉到键盘前，甚至只要动一动手指就能够完成整个购物过程。选购商品变得越来越便捷，大量投其所好的广告精准地预测着人们的购物习惯和购物需求，这都得易于大数据时代的特征。我们要让学生了解大数据是如何产生的，以及大数据的特征和价值体现在哪里，要让学生了解大数据、数据仓库、数据挖掘技术之间的关系，要让学生了解大数据时代将对人类的思维变革、商业变革、社会的管理变革带来什么样的影响。
3.1.2 建立开放型思维习惯，理解数学的形式化思维与工程思维融合是培养计算思维能力的核心所在
正像第三次工业革命掀起的电力应用发展，至今早已让人类处在了无处不在的电力环境之中，我们几乎在应用电力的同时不再能感知电力的存在，而计算机和互联网也将步其后尘，开辟未来无处不“计算”的新天地[2]。在这一新天地中，我们将占有多少自创技术的前沿阵地？我们将会拥有多少自主创造的新领域？这是值得每个中国青年学生深思的。
若要在当今时代的技术创新中处于领先的地位，首先就要了解新技术的真实内含，要了解计算机中那些“理所当然”的功能的内在工作方式和基本原理，了解那些“理应如此”的效果所包含的计算机科学的技术及方法。未来各种学科专业的创新都必定要与计算机技术和互联网技术相结合，而在结合点中寻找切入点是非常关键的。为了寻找切入点，就要充分认识事物的处理作用于计算机就是数据计算，那么被处理的事物中，哪些是可以“计算”的和进行怎样的“计算”都是要由研究者思考和决定的。
我们应该在大学中提倡计算机科学教育，普及计算机技术基础知识，让每个学生理解事物中什么是可以计算的，如何建立和寻找事物中存在的可计算的特征，让学生掌握对事物进行有效计算的基本方法，努力培养学生具备在未来进行创新的基本能力，以实现国家整体的创新性研究和发展。
3.2 研究建立新型的教学实验环境和实验方法
计算机基础课程的内容大致分为计算机的信息表示、计算机系统结构、网络技术、多媒体技术、数据库管理技术、程序设计方法及计算机安全等多个内容，若要从这些不同的内容中提炼出表现计算机技术和网络技术的概念和原理，仅凭老师在课堂中的讲解来让学生领会和听懂是远远不够的，特别是在解释计算机的运行原理或操作系统内部独特的技术特征时，那些不可见或不易见的内容往往令学生很迷惑。
由于受到环境、可用资源和师资水平的限制，我们的计算机基础课一直实行200~300人同时上课的大班课形式，实验室对非计算机专业学生的计算机基础课仅可以满足提供台式微型机作为实验机，而且台式微型机能直接支持的只有软件应用，所以只能在实验课上做一些使用软件环境的操作性的实践，基本谈不上真正的“实验”。那么如何为计算机基础教学建立合适的实验环境，以及采用什么样的操作方式来完成计算思维能力的训练，这将是今后我们必须不断探索和尝试的工作。目前，有的高校正在尝试采用虚拟现实技术和仿真技术来设计和开发与之完全匹配的实验内容[3]，实现向学生提供一个可以实际动手的实验机会。
为了形象地描述计算机原理和计算机技术中不易直接呈现的内容，我们还应该考虑采用动画、三维视频影像的方式去组建一系列专门匹配教学内容的资料片来辅助教学。由于各个学校的资源差异较大，应该组建和推广校与校之间的教学资源共享平台。
3.3 尝试建立和选择多元化的教学形式
3.3.1 教学形式和授课方法的多元化
在大学的计算机基础教育中注入培养学生计算思维能力的教育内容，将使过去从知识技能型教学，转向思维型教学，因此在教育方式和教学方法上也要考虑从单向灌输方式转为双向的互动方式；教学中可以尝试让学生讨论自身专业与计算机技术相关性分析等内容；还可以开设一些特殊的讲座来补充教学内容。
计算思维能力的培养单靠计算机基础一门课是无法完成的，应该建立合理的系列课来系统地完成这个重任，从学校的计算机教育层面上应该为学生的学习提供更大的自由度和选择空间，增强学生对教学内容的自主选择。
3.3.2 课程设计、课程实践、课程实验和实习训练的多元化
大学计算机基础教学内容广泛，应该根据不同内容去设计和实施不同形式的教学活动。因为计算思维的本质是抽象和自动化，为了契合培养学生计算思维能力的教学目标，教学活动中应该至少安排一次课程实习，学生以小组为单位参与实习，每个小组通过成员的分工合作来完成一个完整的系统设计类实习内容，让学生真实的体验解决一个具体实际问题时，如何开展问题分析、综合、抽象、推理、判断、设计、自动化处理、检验等一系列过程，以达到最终的目标，以及学会组员彼此间相互协作、交流沟通的方法和技巧。
3.4 师资建设中强调更新教育理念
目前，由于大多数正在从事计算机基础教学的教师对计算思维的理解还处在逐步认识的阶段，而且现在也还没有一个成熟的针对计算思维教育方法的现成模式，因此，不断地探索和尝试、不断地交流和总结将是我们未来主要的工作状态和工作方式。
大学的计算机基础课内容多、学时少，授课对象都是非计算机专业的大一新生，教学目标是提升学生认知世界的另一种能力——计算思维能力，要讲好这个课程，是非常不容易的。它需要讲课的教师必须具备较全面的计算机技术知识、互联网技术知识，以及其他相关领域的知识，并能够较好的将两种或两种以上领域的知识相互溶合，同时还要求该教师应该从事过系统设计，具有实际操作的经验，具备较好的思维贯通能力和良好的表达能力。
计算机科技领域是一个发展变化最快的领域之一，也是一个与其他领域的技术相关度最密切的领域，这就直接导致了与计算机相关的概念、思想、技术、产品、行业等也在不断地去陈出新，这就要求从事计算机基础教学第一线的教师必须始终关注科技发展的动向，随时不断地学习和充实自身的学识，不断地更新教育理念，以确保能够适应不断变化、不断提升的教学要求。
4 结语
我国30多年来的快速经济发展，迅速地消耗了国家有限的自然资源，今后如果要确保国家经济的可持续发展，就必须完成转型升级，要走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的新型道路，这些都要依靠科技创新。今日世界盛行的计算机技术、互联网技术正在提供着有利的发展平台，我们必须抓住这个机遇，走出自己的创新之路，培养适应时代需求的新型人才，而计算思维能力的具备正是这一征程的原动力。
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参考文献：
[1] 王飞跃. 从计算思维到计算文化[EB/OL]. [2012-2-9]. http：//www.douban.com/group/topic/27344368/author=1.
[2] 王伟. 计算机科学前沿技术[M]. 北京： 清华大学出版社， 2012： 8-10.
[3] 李凤霞， 嵩天， 赵三元. 大学计算机基础课程的基础性与实验教学[C] //大学计算机课程报告论坛论文集 2012. 北京： 高等教育出版社： 1-3.
（编辑：白杰）