计算思维在大学计算机基础教学中的应用探索
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）28-0138-02
一、引言
计算机学科对于社会的发展具有非凡的意义。现在社会计算机的应用范围越来越广，几乎普及到了社会的各个领域，因此大学计算机课程也越来越重要，正因为它的重要性及普及性，也使得大学计算机基础的教育内容及教学方法存在很多问题。目前，我国大学计算机课程的传统教学方法与教学内容存在知识陈旧、与实际应用需求脱节等问题。一方面，随着中小学开始普及信息技术知识，使得高校计算机基础课程的部分教学内容与中小学信息技术课程内容存在一定的重复现象，造成学生学习兴趣不大；另一方面，当前的教学模式主要侧重计算机基础知识的讲授，缺乏对计算思维方面的培养。本文基于大学计算机基础教学中的十年教学实践，探讨了如何将计算机基础教学由简单的知识传授转为以计算思维为引导的教学方式方法，以有效提升学生解决计算问题的能力。
二、大学计算机基础课程教学存在的弊端
大学计算机基础课程在高校基础教育中具有不可替代的作用，这是众所周知的。随着科学技术和经济的快速发展，计算机技术在各行各业开展迅速并且应用越来越广泛，几乎在各个领域普及。这就要求从事各个行业的人群都要适当地掌握计算机技术，这样才能适应时代的发展，不会被社会淘汰。由此可见，大学计算机基础课程对非计算机专业人群掌握计算机技术来说至关重要，不但要培养大学生对计算机的使用，更要了解计算机的计算思维。然而，目前在大学计算机基础课程教学中出现了如下一些不容忽视的问题。
1.大学计算机基础课程与中小学信息技术课程部分内容存在重复的问题。当前与信息技术相关的基础课程正在向中小学普及，进入大学的新生已具备了一定的计算机基础知识和操作能力。根据调研结果，有98.15%的学生在上大学之前使用过计算机，但有74.8%的学生对计算机的使用仅停留在上网聊天的水平，这导致学生对大学计算机基础课程缺乏兴趣，同时其对计算机基础课程的认识和掌握程度仍然比较薄弱。
2.前期大学计算机基础课程教学侧重于对基本知识的传授，即教学生如何使用计算机，而忽略了计算机思维的培养。很多非计算机专业的学生仅仅学习如何使用电子文档、电子表格或者简单的Windows操作等。这些内容又和中小学的信息技术课程有一定的相似性，学生难免会在学习的过程中产生一些厌烦情绪，由于对所学知识有一定的熟知程度，造成学生缺乏学习兴趣，要么逃课要么睡觉的局面。事实证明，不只是我国的计算机基础教学课堂存在这样的问题，国外的计算机基础教学课堂同样如此，一些学生在课堂学习中抄袭和作弊，很多非计算机专业的学生不能培养计算思维方式并从中体验计算的快乐感。学生无法从计算机基础教育的过程中了解新的知识，也无法体会学习的乐趣。
3.大学计算机基础课程主要集中在一年级上课，对于非计算机专业的学生来说，二年级以后虽然有少量的选修课，但也仅仅是和专业课不相关的操作性课程，与专业课的学习联系很少。对学生来说，学习计算机就是单纯的学习计算机基础知识和操作方法，缺乏实际应用环节。导致学生实践能力较弱且应用能力不足，尤其是偏远山区学生从未接触过计算机，基础原本较差，单纯的学习计算机的操作反而可能对学生以后掌握计算机形成障碍。
三、计算思维与素质培养
人类科学思维的基本方式之一就包含了计算思维，它属于思维科学的一个领域。目前被广泛认可的计算思维概念是由美国卡内基?梅隆大学周以真教授提出的，即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，它包括了涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。计算思维的本质是抽象和自动化，它主要反映了计算的根本，也就是什么能被有效地自动执行。
大学计算机基础教学是计算思维培养的关键，在课程构建与素质培养方面需要紧紧围绕计算思维这个重要内容。首先，计算思维的认识领域，我们应从定义、本质和它对其他学科的影响进行引导，帮助学生树立对计算思维的正确认识和学习。其次，在对计算思维的应用方面，要从具体学科的根本问题出发，培养学生利用计算思维解决问题的一般步骤，通过辅以相应的计算机软硬件基础、算法基础、程序设计语言等，使学生深刻理解计算思维在解决问题过程中所发挥的作用。最后，在教学方法方面，培养学生计算思维的方法是多样的，一般以经典案例为基础更容易被学生所接受，强化对基础概念的理解，目的是提高学生的计算思维能力。
四、大学计算机基础教学中运用计算思维设计案例
为了方便理解计算思维概念，从计算思维的视角为计算机基础课程设计教学内容。以信息编码为例，传统教学中，它们是一个死的知识点，对它的说明主要是二进制与其他非二进制的转换过程，完全是一个数学化的过程，对于理工科的学生来说，这种简单的数学化转变过程可讲可不讲。但从计算机思维的角度来说，它是计算机工作的一个重要过程。它对于学生理解计算机是如何工作的具有很大作用。这里以“信息的编码”部分的教学为例，分析说明相关教学内容的设计过程。
（一）问题的提出
计算机是处理信息的机器，也即处理0和1的机器。但自然界的信息丰富多彩，有数值、字符、声音、图像、视频等。如何才能实现计算机自动处理的功能呢？我们需要解决的核心问题是：现实世界中的信息如何表示才能被计算机识别，并存储识别的信息，根据数字计算要求进行执行，最后给出结果。在每一部分，通过提出适当的问题，选择最佳的方案进行解决。 （二）解决思路
解决上述核心问题的最重要思路就是信息编码。不论是数值信息还是非数值信息，计算机只能识别0和1，换句话说，只要能表示成0和1的数据，就能够被计算。因此可以总结这一过程为：物理世界/语义信息―符号化―信息编码（也即是0和1）―数字计算―软硬件实现。即：任何事物只要能够表示成0和1，就能被计算机所处理。
（三）现有的信息编码
根据现实世界中信息的不同种类，采用不同的信息编码形式。数值信息采用机器码和BCD码；非数值的字符信息大多采用ASCII码来表示。而我国的汉字字符繁多又比较复杂，编码比拼音文字困难，因此在不同的场合要使用不同的编码形式，主要有国标码、输入码、内码、字形码等。图形图像与视频又相对于前面提到的编码相对复杂，各种对应不同的编码方式。
从上例中不难看出，计算思维教学的内容设计讲述的是实现的思维而不是实现的细节，知识存在于思维的讲解与练习之中。
五、结语
周以真教授提出的计算机思维，正在无形中改变着大学计算机基础教育的教学模式，为了使学生掌握这个有效的工具，在大学计算机基础教育的教学过程中，教师应根据教学内容改变教学思路和教学方法，设计不同于传统教学的案例，引导学生正确理解计算思维，并能把计算思维活学活用到各个领域。期望通过大学计算机教学对学生计算思维的培养，以提高学生的创新意识和创新能力。本文在课程教学中以计算思维为引线，以“信息编码”为案例探索了大学计算机基础教学中培养计算思维的思路和教学内容设置，让学生深入体会计算思维并能够使用计算思维解决实际问题。
