计算思维理念助推文科类“多维”知识体系课程建设
陈淑鑫+潘海珠+李君
[摘 要]计算思维理念可以助推文科类“多维”知识体系课程的建设。可以以构建主义教学中的协作学习思想融合计算思维理念，探索培养文科类学生信息综合应用人才的“多维开放”知识体系创新教学模式，结合高校文科类专业特点与教学实践，提出多维度的“知识”理论教学体系和开放性的教学环节设计，着力提升学生自主获取知识能力和独立探究能力。
[关键词]计算思维;多维教学;知识体系;自主学习
[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）01-0119-02
随着当今社会各行业态势的迅猛发展，我国正由高等教育大国向高等教育强国的转变发展[1]，传统的“三中心”（教师、课堂、书本）教学模式已不能适应信息社会的需求。教学中，学生是素质教育的主体，教师发挥着主导作用，教师通过信息媒介更新知识结构，补充学术储备，拓展教育视野。学生掌握计算机工具获取多门类知识，将信息技术应用到本专业，并提升信息综合素养。西北大学耿国华教授曾在《以计算思维为指导，提升大学文科计算机教学质量》[2]一文中指出：“中华文化、专业文化、计算文化，共同撑起了信息时代大学生的知识体系。”文中阐述2006年美国卡内基·梅隆大学周以真教授给出的定义：计算思维（Computational Thinking）系“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，涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动”。
一、“多维”协作学习提升文科类教学计算思维素养
文科类教学涉及知识面广，学生需多渠道地获取知识。近年来，以协作学习（CL）为核心的“多维”教学模式在美国等西方国家已经取得实质性进展，其教育教学思想能够改善课堂学习气氛，对提高学生学业成绩等起到了积极的作用，已经广泛应用于美国、德国、英国、澳大利亚、日本等国家的教学。信息技术既能向学习者提供信息传输通道，还能以超文本、超链接方式，组织管理各种教学信息和学科知识，如Internet上的知识库、信息库等。美国麻省理工学院（MIT）率先发起开放课程运动供所有人免费使用，从本科生到研究生教育的全部课程约1800门向全球开放。密歇根大学所创建的媒体联合体（MediaUnion），创造了多维的学习共享空间，也是大学公共服务体系与教学科研的集成、创新的典范，强调以学生和学习为中心，并以知识的创造为重点，提供了多样化的协同学习空间，明确“多维”教学与科研改革的目标。
二、计算思维拓展文科计算机基础课程内容与教学定位
教指委在《关于申报大学计算机课程改革项目的通知》中指出，大学计算机的教学总体目标要求是“普及计算机文化，培养专业应用能力，训练计算思维能力”。因而文科计算机教育应注重四个方面：
1.训练计算思维，具备使用计算机技术去解决问题的能力;
2.适应信息环境，会利用网络媒介包括手机、电脑、幕课（MOOC）等;
3.掌握相关工具，驾驭专业领域相关知识技能的获取工具;
4.培养一代新人，掌握计算机文化、中华文化、专业文化的时代新人。
针对文科学生的计算机教育需求，务必正确定位，高等教育阶段需讲究切入方法，通过搜索引擎实现信息即时再现，使信息记忆全球化，网络实时书写和阅读交互融为一体，文科专业与信息技术学科相互交叉渗透，培养信息的获取与处理应用能力。贯穿计算思维，提高信息素质，重心在培养信息技术与文学素养能力，构建思维方法。
三、计算机基础教育构建文科计算思维教学平台
恩格斯曾说过：“思维是宇宙中物质运动的基本形式之一，是地球上最美的花朵。”可见人的思维素质比文化素质更为能动[3]，高校在人才培养计划方案中明确导向计算机基础教育，着重点放在培养学生利用计算机工具解决本专业实际问题的能力。例如艺术专业学生开设“智能化音乐制作”课程，熟练使用计算机相关软件进行艺术设计和制作;财会专业学生开设流行的财务管理软件及制作报表和数据统计;文历类、电影及主播专业学生要能够制作演示影音流媒体类应用软件。文科类学生普遍认为通过这些课程的学习，既扩大了自己的知识面，更重要的是又提高了思维能力。为此，在大学文科类课程体系中，要开设计算机工具理论课及实验课，较好地培养文科生科学研究的方法论和认识论，形成计算思维能力。
（一）深入浅出，激发计算思维动力
“计算”这个原本是数学专业的概念已经泛化到人类各知识领域，并已上升至科学及哲学领域，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。“计算”的本质究竟是什么？18世纪30年代以来，人们从哥德尔（K.Godel，1906-1978）、丘奇（A.Church，1903-1995）、图灵（A.M.TUI-ing，1912-1954）等数学家的工作中逐渐弄清楚什么是计算，什么是可计算的，什么是不可计算的等等根本性问题。从一个简单的加法计算“2+3”得“5”，引入加法计算：就是从一个符号串x变换成另一个符号串y。从浅显的数字加减乘除，引申到方程的求解、函数的微分积分等。如果符号串X是a的平方，而符号串Y是2a，从X到Y的计算就是微分。计算在本质上还包括定理的证明推导，设X表示一组公理和推导规则，Y是一个定理，则从X到Y的一系列变换就是定理Y的证明。此思维就如同文科学生用X代表一个英文句子，而Y为含意相同的中文句子，那么从X到Y就是把英文翻译成中文的过程。
（二）导学设疑，挖掘计算思维推理能力
“计算”的观念正在渗透到宇宙学、文史学乃至社会科学等诸多领域。计算已经成为人们认识自然、生命、思维和社会的一种普遍方法，而且正在试图成为一种全新的世界观。文科学生逻辑推理思维能力较弱，遇到问题时通常会咨询其他人的解决方法，文科类学生的空间、感知抽象图形、音感、艺术绘画等方面的思维能力较强，教师需从学生的学习和生活经验出发，将具体、形象、直观的概念作为思维起始点的载体。文科类学生不太喜欢主动去思考问题，往往是很被动地接受和记忆，这种学习习惯非常不利于创新能力的培养。教师在计算机系列实验课上设计可感知的算法，构建启发学生思维，引起思维共鸣的有效途径。用如“闰年问题”作为分析人们日常生活经验的判定方法，找到思维的起始点，用 “为什么四年一闰，百年不闰”引起思维共鸣，学生运用算法的解析拓展、思考更为深入的天干地支算法。
（三）自主求索，培养计算思维创新和移植
社会进步的重要标志之一就是创新，培养文科学生思维的移植性和创造性是十分必要的。思维的发散性和创造性是以较丰富的知识为依据，沿着不同方向去思考，探求不同方向答案的思维方法。文科学生的理论面广，引导学生把计算思维巧妙的与设计思想方法和高新技术融合再移植。比如阐述面向对象程序设计中，类和对象的概念表述尤为重要，若只单纯讲解定义“类是对象的抽象，对象是类的具体实例”以及“对象（Object）：含有数据（对象的属性Attribute）又含有对数据的操作代码”，就很枯燥，不妨举例说明。如将“家具”进行类定义，类中椅子就是对象，而对于椅子又可划分为三条腿的、四条腿的、办公用的、会议用的等等可称其为属性，让学生真正的体会到类实例化后便生成对象。程序设计方法学习“类”的定义格式一般分为“说明部分”和“实现部分”。“说明部分”定义说明该类中的成员，包含数据成员的说明和成员函数的说明。“实现部分”用来对成员函数进行定义。学生接受以上相关定义很抽象，实际教学中可移植地将其描述为：说明部分描述使用者“干什么”，而实现部分描述使用者“怎么干”，这样学生会较容易地理解类的定义方法。善于利于思维移植讲授抽象不易理解的知识点，培养学生勤于思考的习惯，能在受到启发下自主学习，进行联系实践，学生思维的创造性就会得以实现，也可以促进思维的移植性。
四、探索“多维”计算机基础课程实践教学框架
在计算机基础课中，运用计算思维组建协作学习小组，并明确小组的角色和分工。小组成员需要在协作组进行分组原则交流，小组成员可以协作学习特定内容，完成特定专业任务，过程中需要协作资源库提供协作学习任务，掌握基本素材、相应功能的软件等，学习结束后，小组成员进入教学总结评价阶段。通过自测和考试等常规手段考查学习目标的完成情况，而小组协作程度的评价则可以通过协作时记录的相关协作信息来考评;通过测试后的成绩会被记录下来，并存储到协作档案中;教学总结评价完成以后，通知学生协作学习过程结束;逐步积累每次协作中的成果，整合每次实践知识应用到专业领域。
本文运用计算思维理念在实际教学过程中让讲授者和学习者共同营造“多维”知识体系学习环境，知识的掌握和计算思维的培养相得益彰。将计算思维应用到文科类教学实践中将是以后教学改革的导向，能使学生多维地掌握基本理论与解决问题的方法，真正将知识作为载体实现思想、方法的传授，提高科学与创新素养，锻炼学生自立、合作、创造性的学习素养与能力。
[ 注 释 ]
[1] 国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）[EB / OL].www.gov.cn，2010-07-29.
[2] 耿国华.以计算思维为指导，提升大学文科计算机教学质量[J].中国大学教学，2013（10）：12.
[3] 薛磊，孙玉强，顾晓清.基于计算思维的项目教学法的研究与实践[J].教育与职业，2012（32）：149.
[责任编辑：钟 岚]
[摘 要]计算思维理念可以助推文科类“多维”知识体系课程的建设。可以以构建主义教学中的协作学习思想融合计算思维理念，探索培养文科类学生信息综合应用人才的“多维开放”知识体系创新教学模式，结合高校文科类专业特点与教学实践，提出多维度的“知识”理论教学体系和开放性的教学环节设计，着力提升学生自主获取知识能力和独立探究能力。
[关键词]计算思维;多维教学;知识体系;自主学习
[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）01-0119-02
随着当今社会各行业态势的迅猛发展，我国正由高等教育大国向高等教育强国的转变发展[1]，传统的“三中心”（教师、课堂、书本）教学模式已不能适应信息社会的需求。教学中，学生是素质教育的主体，教师发挥着主导作用，教师通过信息媒介更新知识结构，补充学术储备，拓展教育视野。学生掌握计算机工具获取多门类知识，将信息技术应用到本专业，并提升信息综合素养。西北大学耿国华教授曾在《以计算思维为指导，提升大学文科计算机教学质量》[2]一文中指出：“中华文化、专业文化、计算文化，共同撑起了信息时代大学生的知识体系。”文中阐述2006年美国卡内基·梅隆大学周以真教授给出的定义：计算思维（Computational Thinking）系“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，涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动”。
一、“多维”协作学习提升文科类教学计算思维素养
文科类教学涉及知识面广，学生需多渠道地获取知识。近年来，以协作学习（CL）为核心的“多维”教学模式在美国等西方国家已经取得实质性进展，其教育教学思想能够改善课堂学习气氛，对提高学生学业成绩等起到了积极的作用，已经广泛应用于美国、德国、英国、澳大利亚、日本等国家的教学。信息技术既能向学习者提供信息传输通道，还能以超文本、超链接方式，组织管理各种教学信息和学科知识，如Internet上的知识库、信息库等。美国麻省理工学院（MIT）率先发起开放课程运动供所有人免费使用，从本科生到研究生教育的全部课程约1800门向全球开放。密歇根大学所创建的媒体联合体（MediaUnion），创造了多维的学习共享空间，也是大学公共服务体系与教学科研的集成、创新的典范，强调以学生和学习为中心，并以知识的创造为重点，提供了多样化的协同学习空间，明确“多维”教学与科研改革的目标。
二、计算思维拓展文科计算机基础课程内容与教学定位
教指委在《关于申报大学计算机课程改革项目的通知》中指出，大学计算机的教学总体目标要求是“普及计算机文化，培养专业应用能力，训练计算思维能力”。因而文科计算机教育应注重四个方面：
1.训练计算思维，具备使用计算机技术去解决问题的能力;
2.适应信息环境，会利用网络媒介包括手机、电脑、幕课（MOOC）等;
3.掌握相关工具，驾驭专业领域相关知识技能的获取工具;
4.培养一代新人，掌握计算机文化、中华文化、专业文化的时代新人。
针对文科学生的计算机教育需求，务必正确定位，高等教育阶段需讲究切入方法，通过搜索引擎实现信息即时再现，使信息记忆全球化，网络实时书写和阅读交互融为一体，文科专业与信息技术学科相互交叉渗透，培养信息的获取与处理应用能力。贯穿计算思维，提高信息素质，重心在培养信息技术与文学素养能力，构建思维方法。
三、计算机基础教育构建文科计算思维教学平台
恩格斯曾说过：“思维是宇宙中物质运动的基本形式之一，是地球上最美的花朵。”可见人的思维素质比文化素质更为能动[3]，高校在人才培养计划方案中明确导向计算机基础教育，着重点放在培养学生利用计算机工具解决本专业实际问题的能力。例如艺术专业学生开设“智能化音乐制作”课程，熟练使用计算机相关软件进行艺术设计和制作;财会专业学生开设流行的财务管理软件及制作报表和数据统计;文历类、电影及主播专业学生要能够制作演示影音流媒体类应用软件。文科类学生普遍认为通过这些课程的学习，既扩大了自己的知识面，更重要的是又提高了思维能力。为此，在大学文科类课程体系中，要开设计算机工具理论课及实验课，较好地培养文科生科学研究的方法论和认识论，形成计算思维能力。
（一）深入浅出，激发计算思维动力
“计算”这个原本是数学专业的概念已经泛化到人类各知识领域，并已上升至科学及哲学领域，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。“计算”的本质究竟是什么？18世纪30年代以来，人们从哥德尔（K.Godel，1906-1978）、丘奇（A.Church，1903-1995）、图灵（A.M.TUI-ing，1912-1954）等数学家的工作中逐渐弄清楚什么是计算，什么是可计算的，什么是不可计算的等等根本性问题。从一个简单的加法计算“2+3”得“5”，引入加法计算：就是从一个符号串x变换成另一个符号串y。从浅显的数字加减乘除，引申到方程的求解、函数的微分积分等。如果符号串X是a的平方，而符号串Y是2a，从X到Y的计算就是微分。计算在本质上还包括定理的证明推导，设X表示一组公理和推导规则，Y是一个定理，则从X到Y的一系列变换就是定理Y的证明。此思维就如同文科学生用X代表一个英文句子，而Y为含意相同的中文句子，那么从X到Y就是把英文翻译成中文的过程。
（二）导学设疑，挖掘计算思维推理能力
“计算”的观念正在渗透到宇宙学、文史学乃至社会科学等诸多领域。计算已经成为人们认识自然、生命、思维和社会的一种普遍方法，而且正在试图成为一种全新的世界观。文科学生逻辑推理思维能力较弱，遇到问题时通常会咨询其他人的解决方法，文科类学生的空间、感知抽象图形、音感、艺术绘画等方面的思维能力较强，教师需从学生的学习和生活经验出发，将具体、形象、直观的概念作为思维起始点的载体。文科类学生不太喜欢主动去思考问题，往往是很被动地接受和记忆，这种学习习惯非常不利于创新能力的培养。教师在计算机系列实验课上设计可感知的算法，构建启发学生思维，引起思维共鸣的有效途径。用如“闰年问题”作为分析人们日常生活经验的判定方法，找到思维的起始点，用 “为什么四年一闰，百年不闰”引起思维共鸣，学生运用算法的解析拓展、思考更为深入的天干地支算法。
（三）自主求索，培养计算思维创新和移植
社会进步的重要标志之一就是创新，培养文科学生思维的移植性和创造性是十分必要的。思维的发散性和创造性是以较丰富的知识为依据，沿着不同方向去思考，探求不同方向答案的思维方法。文科学生的理论面广，引导学生把计算思维巧妙的与设计思想方法和高新技术融合再移植。比如阐述面向对象程序设计中，类和对象的概念表述尤为重要，若只单纯讲解定义“类是对象的抽象，对象是类的具体实例”以及“对象（Object）：含有数据（对象的属性Attribute）又含有对数据的操作代码”，就很枯燥，不妨举例说明。如将“家具”进行类定义，类中椅子就是对象，而对于椅子又可划分为三条腿的、四条腿的、办公用的、会议用的等等可称其为属性，让学生真正的体会到类实例化后便生成对象。程序设计方法学习“类”的定义格式一般分为“说明部分”和“实现部分”。“说明部分”定义说明该类中的成员，包含数据成员的说明和成员函数的说明。“实现部分”用来对成员函数进行定义。学生接受以上相关定义很抽象，实际教学中可移植地将其描述为：说明部分描述使用者“干什么”，而实现部分描述使用者“怎么干”，这样学生会较容易地理解类的定义方法。善于利于思维移植讲授抽象不易理解的知识点，培养学生勤于思考的习惯，能在受到启发下自主学习，进行联系实践，学生思维的创造性就会得以实现，也可以促进思维的移植性。
四、探索“多维”计算机基础课程实践教学框架
在计算机基础课中，运用计算思维组建协作学习小组，并明确小组的角色和分工。小组成员需要在协作组进行分组原则交流，小组成员可以协作学习特定内容，完成特定专业任务，过程中需要协作资源库提供协作学习任务，掌握基本素材、相应功能的软件等，学习结束后，小组成员进入教学总结评价阶段。通过自测和考试等常规手段考查学习目标的完成情况，而小组协作程度的评价则可以通过协作时记录的相关协作信息来考评;通过测试后的成绩会被记录下来，并存储到协作档案中;教学总结评价完成以后，通知学生协作学习过程结束;逐步积累每次协作中的成果，整合每次实践知识应用到专业领域。
本文运用计算思维理念在实际教学过程中让讲授者和学习者共同营造“多维”知识体系学习环境，知识的掌握和计算思维的培养相得益彰。将计算思维应用到文科类教学实践中将是以后教学改革的导向，能使学生多维地掌握基本理论与解决问题的方法，真正将知识作为载体实现思想、方法的传授，提高科学与创新素养，锻炼学生自立、合作、创造性的学习素养与能力。
[ 注 释 ]
[1] 国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）[EB / OL].www.gov.cn，2010-07-29.
[2] 耿国华.以计算思维为指导，提升大学文科计算机教学质量[J].中国大学教学，2013（10）：12.
[3] 薛磊，孙玉强，顾晓清.基于计算思维的项目教学法的研究与实践[J].教育与职业，2012（32）：149.
[责任编辑：钟 岚]
