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摘要：计算思维是人类求解问题的一条途径，计算思维能力，不仅是计算机专业人员应该具备的能力，而且也是所有受教育者应该具备的能力，本文从大学的“计算机基础”课程的理论教学、软件教学、实践教学三方面探讨计算思维的培养。
关键词：计算思维；计算机基础；教学
中图分类号：G642 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2015）10-0100-03
“计算思维”（computational thinking）[1][2]是美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在2006年3月美国计算机权威期刊Communications of the ACM杂志上首先给出的，周教授认为：计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、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。2010年周教授又给出了计算思维的正式定义，认为：计算思维是与形式化问题及其解决方案相关的一个思维过程，其解决问题的表示形式应该能有效地被信息处理代理执行。[3]
在CNCC 2011特邀报告中，中国计算机学会（CCF）会士、中国科学院院士、中国科技大学及深圳大学教授陈国良认为，计算思维不仅仅是计算机科学家应该具备的能力，并且是每一个人都应该热心地学习和运用的一种普遍的认识和一类普适的能力。[4]
计算思维的意义
计算思维中的“计算”是广度的含义，理解为人类求解问题的方法和途径。随着全球信息化的发展，网络（包括物联网）延伸到社会的各个角落，“计算机”变得无处不在、无事不用，并且目前数据的积累变得容易化、简单化，使计算思维越来越成为人们认识问题和解决问题的重要思维方式之一。[5]
计算思维也不同于人们追求的数学思维、实证思维，计算思维蕴含着一整套解决一般问题的方法与技术[6]；计算思维反映了计算机学科最本质的特征和最核心的解决问题的方法；计算思维也为不同专业提供了独特的处理问题的思维方式及解决专业问题的有效方法和手段。
计算思维能力的培养
计算思维实际上是一个思维的过程，计算思维能力是从计算思维的角度进行思考的能力。在教学中培养计算思维能力，能提高学生创新和发明的能力，提升学生的信息素养，使学生能够对获取的各种信息通过自己的思维进行深层次的加工处理后产生新信息。[7]目前，在计算机教学中加强计算思维能力的培养已得到越来越多的高校教师的理解和支持，并且在教学中进行了不断尝试和探索。下面笔者就在大学“计算机基础”课程的理论教学、软件教学和实践教学中有目的、有意识地实施计算思维能力的培养这一问题谈一些自己的体会和想法。
大学“计算机基础”课程教学是面向高校新生、全校性、第一层次的计算机基础知识和基本技能的普及教育，但随着目前中小学阶段计算机基础教学普及率的逐渐提高以及电脑的家庭化程度越来越高，大多数学生对计算机的初级应用已经有所了解，如果在大学阶段再重复地进行教学，既浪费了教学时间又影响学生的学习兴趣，针对这种现状，大学“计算机基础”课程教学的培养目标，不仅在于强化计算机基础知识和应用技能，更重要的应是在此基础上培养学生的计算思维能力。
1.理论教学
大学“计算机基础”课程理论部分主要包括了信息与计算机基础知识、网络基础知识、数据库基础知识等内容，这部分内容涉及面广、概念术语多，但由于受学时和学生的基础限制，又较难展开，进行深入讲解。可如果在介绍基础知识的同时，有意识地设置一些问题，采用问题驱动的方式，引导学生有效思考、积极讨论，鼓励学生回答问题并探索解决问题的方法，能使学生通过思考问题和解决问题，逐步养成计算思维。
挖掘大学“计算机基础”课程的教学内容，笔者发现其中很多知识点和案例隐藏着计算思维的思想，从这些知识中引出思考点，在教学中将知识传授转变为基于知识的计算思维培养，能使学生逐步建立起基于计算思维的知识体系。比如，①十进制数转化为二进制，采用整数部分“除二取余”、小数部分“乘二取整”的方法，教师在传授方法的同时，引导学生进一步思考二进制整数部分为何从后往前或从下往上表示，而小数部分却从前往后或从上往下表示，并且如何利用计算机存储特点实现进制转化？②CPU（中央处理器）中的计算器有一个以2为模的加法器，但加法器也可作减法运算，它的原理是什么？③在计算机硬件中，高速的CPU的工作频率和内存存取速度不匹配，科学家是如何解决这一问题的，里面包含了一种什么思想？并且进一步举例说明提前预置缓冲思想在其他领域的应用。④介绍操作系统几大功能模块的作用时，从计算思维的角度讲解功能模块是如何管理资源的，从中可以介绍一些如哲学家进餐、理发师睡觉等问题，这些问题也是操作系统文化中脍炙人口的经典问题。⑤综述程序设计语言时，面向过程与面向对象是解决问题的两种不同的思想和方法，通过举例比较分析，启发学生用不同的角度去审视事物和问题，冲破惯性思维，从中树立一种新的思考问题的思路和方法，从而拓展学生看问题的视角和思维。
2.软件教学
目前大学“计算机基础”课程中软件教学内容约占整个教学计划的二分之一，主要的软件学习包括Word、Excel和PowerPoint等，而这三个通用应用软件也是学生今后学习、工作必备的工具。在软件教学中，通常强调的是工具使用的方法，也就是操作的具体步骤和过程，即操作技能的学习，而刻板的操作技能意味着简单的机械重复，但计算思维是根本的、不是刻板机械的技能。所以，在软件教学中，在进行操作技能学习的同时，也要重视“软件中思想的教学”，即软件的结构、共性的、基本概念的学习及其实用性的体现，一方面灵活运用概念提高操作能力，另一方面通过案例实用性提高学生学习的兴趣。例如，可以从以下几个方面入手：①概念是基础。因为Office版本在不断升级，界面、操作方法等内容会不断更新变化，唯有概念性的内容变化较少，由于概念一般相对稳定，所以掌握了概念，也就提高了学生学习和适应新知识的能力。②概念的应用。软件中的概念的理解有助于对操作的掌握和灵活运用，如在Word中只要理解和掌握了“节”和“域”这两个概念及其操作，则Word软件大多数高级应用就可以把它看作是“节”和“域”的应用。③概念的迁移。概念的迁移包括纵向迁移（版本的升级）和横向迁移（Word、Excel、PPT有一些相通相似的概念），这些概念在Office不同的软件中具有相同或相似的含义和操作，如模板、样式、页眉页脚、批注、宏等一些概念和操作。④概念的区别。例如，在PowerPoint中注重了解母板、模板、主题、版式、背景等一些概念术语的区别，理解了这些概念，才能灵活操作和运用。 3.实践教学
大学“计算机基础”课程的上机实践也是教学过程中的一个重要环节，由于实践课时的删减，一部分实践内容须安排学生课后去完成，学生完成任务的过程，既是求解问题的过程，也是计算思维逐步养成的过程。实践教学可从以下几方面入手：①任务的布置。教师在布置任务时有目的地布置一些递进性题目和开放性题目，递进性题目渐进辅垫引导学生进行自主学习，开放性题目发挥学生的发散思维和创新思维。②方法和技巧传授。每种软件都有自己的操作特点和常用的方法和技巧，如Excel，只有充分理解了Excel的函数、公式、数组各自的含义、操作方法、表达式和输入规则等，才能在此基础上灵活运用、举一反三。③搜索工具的使用。充分利用网络资源搜索自己需要的信息进行学习，这是网络时代学生获取知识的一种重要途径，同时也培养了学生的信息检索能力。④组建学习QQ群。通过社交媒体使学生之间、师生之间实时互动、互相学习、互相探讨。⑤建设一个大学“计算机基础”课程在线助学管理平台。通过该平台实现在线学习、布置作业、作业管理、发布消息、留言等功能。
结束语
大学“计算机基础”课程是一门既有理论又有实践的学科，在“计算机基础”课程教学中培养学生的计算思维能力，是一个新的课题。对教学各个环节进行有针对性和系统性的组织和设计，能进一步提升和丰富教学的内涵和意义，这既是培养学生计算思维能力的重要途径，也是大学“计算机基础”课程教学改革的目标之一。
参考文献：
[1]Jeannette M. Wing. computational thinking[J].Communications of the ACM， march 2006.
[2]Jeannette M. Wing. computational thinking and thinking about computing philosophical transactions[J].series a， July 2008.
[3]Jancanny， LarrySnyder， Jeannette M. Wing. Demystifying CT for non-computer scientists[J].Work in progress， 2010.
[4]陈国良.计算思维[J].中国计算机学会通讯，2012（1）.
[5]李晓明，蒋宗礼，等.积极研究和推进计算思维能力的培养[J].计算机教育，2012（5）：1.
[6]蒋宗礼.计算思维之我见[J]中国大学教学，2013（9）.
[7]李波.计算思维与大学计算机基础[J].中国大学教学，2012（7）.
关键词：计算思维；计算机基础；教学
中图分类号：G642 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2015）10-0100-03
“计算思维”（computational thinking）[1][2]是美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在2006年3月美国计算机权威期刊Communications of the ACM杂志上首先给出的，周教授认为：计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、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。2010年周教授又给出了计算思维的正式定义，认为：计算思维是与形式化问题及其解决方案相关的一个思维过程，其解决问题的表示形式应该能有效地被信息处理代理执行。[3]
在CNCC 2011特邀报告中，中国计算机学会（CCF）会士、中国科学院院士、中国科技大学及深圳大学教授陈国良认为，计算思维不仅仅是计算机科学家应该具备的能力，并且是每一个人都应该热心地学习和运用的一种普遍的认识和一类普适的能力。[4]
计算思维的意义
计算思维中的“计算”是广度的含义，理解为人类求解问题的方法和途径。随着全球信息化的发展，网络（包括物联网）延伸到社会的各个角落，“计算机”变得无处不在、无事不用，并且目前数据的积累变得容易化、简单化，使计算思维越来越成为人们认识问题和解决问题的重要思维方式之一。[5]
计算思维也不同于人们追求的数学思维、实证思维，计算思维蕴含着一整套解决一般问题的方法与技术[6]；计算思维反映了计算机学科最本质的特征和最核心的解决问题的方法；计算思维也为不同专业提供了独特的处理问题的思维方式及解决专业问题的有效方法和手段。
计算思维能力的培养
计算思维实际上是一个思维的过程，计算思维能力是从计算思维的角度进行思考的能力。在教学中培养计算思维能力，能提高学生创新和发明的能力，提升学生的信息素养，使学生能够对获取的各种信息通过自己的思维进行深层次的加工处理后产生新信息。[7]目前，在计算机教学中加强计算思维能力的培养已得到越来越多的高校教师的理解和支持，并且在教学中进行了不断尝试和探索。下面笔者就在大学“计算机基础”课程的理论教学、软件教学和实践教学中有目的、有意识地实施计算思维能力的培养这一问题谈一些自己的体会和想法。
大学“计算机基础”课程教学是面向高校新生、全校性、第一层次的计算机基础知识和基本技能的普及教育，但随着目前中小学阶段计算机基础教学普及率的逐渐提高以及电脑的家庭化程度越来越高，大多数学生对计算机的初级应用已经有所了解，如果在大学阶段再重复地进行教学，既浪费了教学时间又影响学生的学习兴趣，针对这种现状，大学“计算机基础”课程教学的培养目标，不仅在于强化计算机基础知识和应用技能，更重要的应是在此基础上培养学生的计算思维能力。
1.理论教学
大学“计算机基础”课程理论部分主要包括了信息与计算机基础知识、网络基础知识、数据库基础知识等内容，这部分内容涉及面广、概念术语多，但由于受学时和学生的基础限制，又较难展开，进行深入讲解。可如果在介绍基础知识的同时，有意识地设置一些问题，采用问题驱动的方式，引导学生有效思考、积极讨论，鼓励学生回答问题并探索解决问题的方法，能使学生通过思考问题和解决问题，逐步养成计算思维。
挖掘大学“计算机基础”课程的教学内容，笔者发现其中很多知识点和案例隐藏着计算思维的思想，从这些知识中引出思考点，在教学中将知识传授转变为基于知识的计算思维培养，能使学生逐步建立起基于计算思维的知识体系。比如，①十进制数转化为二进制，采用整数部分“除二取余”、小数部分“乘二取整”的方法，教师在传授方法的同时，引导学生进一步思考二进制整数部分为何从后往前或从下往上表示，而小数部分却从前往后或从上往下表示，并且如何利用计算机存储特点实现进制转化？②CPU（中央处理器）中的计算器有一个以2为模的加法器，但加法器也可作减法运算，它的原理是什么？③在计算机硬件中，高速的CPU的工作频率和内存存取速度不匹配，科学家是如何解决这一问题的，里面包含了一种什么思想？并且进一步举例说明提前预置缓冲思想在其他领域的应用。④介绍操作系统几大功能模块的作用时，从计算思维的角度讲解功能模块是如何管理资源的，从中可以介绍一些如哲学家进餐、理发师睡觉等问题，这些问题也是操作系统文化中脍炙人口的经典问题。⑤综述程序设计语言时，面向过程与面向对象是解决问题的两种不同的思想和方法，通过举例比较分析，启发学生用不同的角度去审视事物和问题，冲破惯性思维，从中树立一种新的思考问题的思路和方法，从而拓展学生看问题的视角和思维。
2.软件教学
目前大学“计算机基础”课程中软件教学内容约占整个教学计划的二分之一，主要的软件学习包括Word、Excel和PowerPoint等，而这三个通用应用软件也是学生今后学习、工作必备的工具。在软件教学中，通常强调的是工具使用的方法，也就是操作的具体步骤和过程，即操作技能的学习，而刻板的操作技能意味着简单的机械重复，但计算思维是根本的、不是刻板机械的技能。所以，在软件教学中，在进行操作技能学习的同时，也要重视“软件中思想的教学”，即软件的结构、共性的、基本概念的学习及其实用性的体现，一方面灵活运用概念提高操作能力，另一方面通过案例实用性提高学生学习的兴趣。例如，可以从以下几个方面入手：①概念是基础。因为Office版本在不断升级，界面、操作方法等内容会不断更新变化，唯有概念性的内容变化较少，由于概念一般相对稳定，所以掌握了概念，也就提高了学生学习和适应新知识的能力。②概念的应用。软件中的概念的理解有助于对操作的掌握和灵活运用，如在Word中只要理解和掌握了“节”和“域”这两个概念及其操作，则Word软件大多数高级应用就可以把它看作是“节”和“域”的应用。③概念的迁移。概念的迁移包括纵向迁移（版本的升级）和横向迁移（Word、Excel、PPT有一些相通相似的概念），这些概念在Office不同的软件中具有相同或相似的含义和操作，如模板、样式、页眉页脚、批注、宏等一些概念和操作。④概念的区别。例如，在PowerPoint中注重了解母板、模板、主题、版式、背景等一些概念术语的区别，理解了这些概念，才能灵活操作和运用。 3.实践教学
大学“计算机基础”课程的上机实践也是教学过程中的一个重要环节，由于实践课时的删减，一部分实践内容须安排学生课后去完成，学生完成任务的过程，既是求解问题的过程，也是计算思维逐步养成的过程。实践教学可从以下几方面入手：①任务的布置。教师在布置任务时有目的地布置一些递进性题目和开放性题目，递进性题目渐进辅垫引导学生进行自主学习，开放性题目发挥学生的发散思维和创新思维。②方法和技巧传授。每种软件都有自己的操作特点和常用的方法和技巧，如Excel，只有充分理解了Excel的函数、公式、数组各自的含义、操作方法、表达式和输入规则等，才能在此基础上灵活运用、举一反三。③搜索工具的使用。充分利用网络资源搜索自己需要的信息进行学习，这是网络时代学生获取知识的一种重要途径，同时也培养了学生的信息检索能力。④组建学习QQ群。通过社交媒体使学生之间、师生之间实时互动、互相学习、互相探讨。⑤建设一个大学“计算机基础”课程在线助学管理平台。通过该平台实现在线学习、布置作业、作业管理、发布消息、留言等功能。
结束语
大学“计算机基础”课程是一门既有理论又有实践的学科，在“计算机基础”课程教学中培养学生的计算思维能力，是一个新的课题。对教学各个环节进行有针对性和系统性的组织和设计，能进一步提升和丰富教学的内涵和意义，这既是培养学生计算思维能力的重要途径，也是大学“计算机基础”课程教学改革的目标之一。
参考文献：
[1]Jeannette M. Wing. computational thinking[J].Communications of the ACM， march 2006.
[2]Jeannette M. Wing. computational thinking and thinking about computing philosophical transactions[J].series a， July 2008.
[3]Jancanny， LarrySnyder， Jeannette M. Wing. Demystifying CT for non-computer scientists[J].Work in progress， 2010.
[4]陈国良.计算思维[J].中国计算机学会通讯，2012（1）.
[5]李晓明，蒋宗礼，等.积极研究和推进计算思维能力的培养[J].计算机教育，2012（5）：1.
[6]蒋宗礼.计算思维之我见[J]中国大学教学，2013（9）.
[7]李波.计算思维与大学计算机基础[J].中国大学教学，2012（7）.