原创《基于计算思维的大学计算机基础教学》
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一、引言
自2006年周以真（Jeannette M.Wing）教授提出了计算思维的概念起,国外的大学开始在基础课程中增加计算思维的内容.2010年以来我国高校也在探讨如何提高计算机基础的教学质量问题,此时计算思维进入了人们的视野.目前我国高校都在积极改进计算机基础课程体系,修订教学内容,将计算思维作为计算机基础教学改革的一个重点.近两年我校也在大力提倡教师们对各专业的基础课程进行改革,加入计算思维的内容,尝试将计算思维引入课堂教学.
二、什么是计算思维
周以真（Jeannette M.Wing）教授指出“计算思维是涵盖了计算机科学领域中所采用的最广泛的心理工具,是对问题解决、系统设计、人类行为理解的综合能力反映”[1].我们在与计算机有关的课程教学中也经常这样对学生们说,把你们自己当成计算机去运转,这实际就是所谓的计算思维了.在日常的学习生活中,学生们在遇到某个难题时,首先是分析问题,对问题进行建模,然后开始考虑哪些方法可以解决这个问题,其中哪种方案是最佳方法,经过层层分析,这个难题就可以转换成我们知道如何解决的问题了,这个过程就是计算思维.
三、计算机基础教学现况
我国大多数高校要求大学生进校首先必修《计算机基础》课程.这门课程的目标是引导学生使用计算机,以期在将来的学习工作生活中能够利用计算机去解决各种问题.随着互联网的广泛发展,这门课程还要帮助学生学会利用计算机在广博的互联网信息中搜索出自己所需的各种资料.在现行的计算机基础课程中,办公自动化的内容占了一半,这些内容主要是为了培养学生良好的交流表达能力和团队合作能力.虽然我们在教学中已经在运用计算思维的方式培养学生的各种能力,但是并没有重视学生计算思维的培养,没有有意识地去培养学生的计算思维.
四、如何在计算机基础教学中引入计算思维
虽然我们这几年一直在说教学中要引入计算思维,但是在日常教学中并没有真正做到引入,那么该如何引入呢？我校近几年实行计算机基础的分层分级教学,将学生按专业分成计算机基础A、B、C三种级别,再按照对计算机了解的层次分为高级、中级、初级三个层次教学.我通过在高级班的教学中进行实践,认为我们可以从抽象思维、信息处理思维、并行思维以及共性思维四个方面来培养学生的计算思维能力.
1.抽象思维.计算机的体系结构就是一个抽象思维的体现,这一体系结构（即冯·诺依曼结构）是现代计算机的设计基础,这种抽象结构体现了计算机设计的透明性,见图1.
我们在教学中引导学生将5大部分与实验操作中正在使用的微机对照起来,引导学生从现实世界转向抽象世界.例如我们将现实的键盘鼠标抽象为输入设备,将显示器打印机抽象为输出设备等.
2.信息处理思维.计算机是不能够直接处理我们日常工作生活中的各种信息的,为了使计算机可以处理这些信息,我们设计了各种编码,这些编码可以将英文字符、我国汉字、声音、图形、视频等这些现实的信息通过输入设备传送给计算机.比如英文字母是ASCⅡ码,中文汉字是我国的国标码（GB2310-80）,这些编码都是由0和1组成的不同序列.计算机收到这些代码序列后,开始进行分析处理,按照我们的需求进行分解合并,将需要保留的代码进行存储,将需要给其他人的代码进行传输,计算机处理完后,我们要看到结果,这时,计算机就按照输入的逆过程再将0和1的序列转换成我们能够理解的信息,通过电信号在屏幕上或者通过打印机打印出来.这个键盘输入与屏幕输出的过程就是信息处理思维.我们可以看到从输入开始,转换电信号,再查编码,然后编译为计算机可以执行的0和1的代码,最后解码输出显示,这一系列的信息处理过程.对于声音视频也是一样,先将信息采集后按照一定的规则进行量化,量化后就可以编码了,到了编码这一步就可以输入计算机了.以上过程就是信息处理思维的体现,同理其他国家的各种信息也是按照这样的方式来设计的,这样学生就很容易理解何为信息处理思维了.
3.并行思维.学生们在使用计算机时通常不会只做一件事,一般大家都是同时运行多个软件,比如在练习打字时还挂着,开着网页,甚至有些学生还用耳机连着计算机听音乐,这就是并行思维了,虽然只有一台计算机,但是感觉上所有的工作都在同步进行.这些任务即所谓的多道程序都是由操作系统安排的,它把计算机的处理器（CPU）按时间片分成小部分,每个任务轮流占据时间片使用计算机,计算机速度很快,所以我们感觉不到是在分别使用,这样系统资源可以得到充分利用.
4.共性思维.在《计算机基础》课程中,办公自动化OFFICE套件的学习占了一多半的课时,我们在使用中可以感觉到操作窗口都非常类似,我们在这3种软件中设置格式、处理文字图片时都有熟悉的感觉.再比如我们在操作系统中使用的命令,在办公自动化软件中一样用,例如剪切、复制、粘贴的快捷操作.此类方法也可以扩展到其他软件中来体会共性思维.同学们可以分析原因,查找共性,多问问为什么.
五、结束语
《计算机基础》这门课程主要是面向非计算机专业的学生,对于这些学生的计算思维的培养,需要教师将理论与实际结合在一起,让学生形象地感受到计算思维就在身边.这个过程需要教师引导学生们去实践总结,从形象到抽象.
以上内容是我在教学中引导学生理解计算思维的范例,这是我在计算机基础教学实践中对引入计算思维的尝试,由于探讨的深度和广度所限,教学中还有很多值得探讨的思维方式并没有引入到教学实践中,尤其是在实验操作中没有明显地强化计算思维,这在以后的教学中还将逐渐完善.
计算机基础论文参考资料：
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