计算思维和任务驱动在大学文科计算机基础课程中的应用研究
熊福松
摘要：针对当前高校的文科专业计算机教学现状，文章提出了基于计算思维和任务驱动相结合的方法。在理论教学中通过设计好的内容组织框架充分培养学生的计算机思维，而在实验教学中通过对任务的分析、设计，培养学生的问题求解能力和学习能力。实践表明，通过这2种方法的相结合，有助于提高大学生的计算思维能力及认知学习能力。
关键词：计算思维；任务驱动；文科计算机
1 研究背景
计算机基础教学在我国高等学校开设已有超过20年的历史。这20多年里计算机的应用有了飞速的发展，可以说计算机已渗透到如今的各行各业。各个行业对计算机的依赖程度和要求越来越高。不能很好地掌握计算机的相关知识和应用，就很难胜任日后的工作。随着计算机技术以及互联网多媒体技术的快速发展，在计算机基础课程的教学中已经不能再像以前一样，仅仅介绍一些计算机简单的知识，而是要通过这门课的教学来培养学生对计算机的认知能力、利用计算机解决问题的能力、基于网络的协同能力和信息社会终身学习的能力。这些都对教师提出了新的要求，因此计算机基础教学的培养目标，不仅仅要强化基础知识和应用技能，更重要的是在此基础之上培养学生用计算机解决和处理问题的思维和能力，理解计算机在问题解决过程中所发挥的作用，展现计算机思维方式，强化实践能力。
2 文科专业教学的特点
与理工科学生相比，文科专业的学生在数理知识、逻辑思维上都有一定的局限性，且新生在计算机知识及应用中掌握的程度差异很大，甚至有些学生可以说是“零起步”。这就使得在教学中会偏向以介绍和使用应用软件为主，而忽略计算机原理等相关理论知识的讲解，进而导致难以满足学生未来计算能力的需求，难以跨越由通用计算手段学习到未来的专业计算手段应用与研究之间的鸿沟。然而如果培养的是计算思维，计算思维与其他学科的思维相互融合，便可促进各学科学生创造性思维的形成。
从上述分析可以看出，计算思维对文科专业学生的创造性思维的培养是非常有用的，尤其是对其创新能力的培养是必要的。因此，在教学手段和课程内容的设计上要进行改革，要挖掘上述思维，让同学不仅有计算思维，更要使学生能用计算思维去分析和解决问题。
3 计算思维融入教学
大多数高校使用的计算机基础教材中，每一章节讲述的内容其实都是计算机专业的学生所要学习的一门课程，所以计算机基础课程实际上囊括了计算机专业学生所要学习的很多门专业课程。要把这么多门专业课程的相关知识灌输给学生，并让学生掌握这些基本概念，无疑是非常难的。近年来，许多高校对大学计算机基础课程教学内容进行了大力度的改革，突破了过去那种以计算机应用技能培养为主的教学模式，取而代之的是更多地教授计算机系统知识，更加突出课程的基础性，围绕计算思维的核心思想，梳理和删减现有课程教学内容。笔者在结合前人的研究基础上，以讲解计算机二进制为例，介绍如何在教学中融入计算思维的培养。
首先，在讲解二进制之前，引入一个思考题，是前美国微软公司副总裁李开复先生在北京招聘大学生的面试题，题目如下：“现有1000个苹果，分别装到10个箱子里，要求可随意拿到任何数目的苹果但不拆箱，是否可行？若可以，每个箱子放的苹果数分别是多少？若不行，请说明理由？”。
有的学生在思考问题过程中，会猜测到答案是1，2，4，8，16…，但是他们不能解释为什么是这个答案。为了解释为什么是这个答案，笔者开始二进制的讲解，学生带着这个好奇心以及前期对问题的分析思考，很容易理解二进制的原理。
在学生理解了二进制的基础上，再次分析这个问题，实际上这就是二进制数的问题。我们把10个箱子编号，分别为1，2，3，…，10号，10个箱子，就相当于10位二进制数，1号箱子就相当于这个10位二进制数的最小位（10进制数称为个位），2号箱子就相当于倒数第二位（10进制数的十位），以此类推。通过前面对二进制的学习，很容易知道10位二进制数表示的范围是0～210～1，也就是0～1023。任何数目的苹果（1～1000）就肯定在这个范围之内了。例如你要345个苹果，那么只需要将345转化为10位二进制数0101011001，实际上只要取出二进制数中数字为1所对应的箱子，也就是1号箱子、4号箱子、5号箱子、7号箱子和9号箱子，这5个箱子所对应的苹果总数就是345个，而二进制数中0的数字所对应的箱子就表示不需要。讲到这里，道理其实就很简单了，因为1号箱子实际代表的就是1个苹果，4号箱子代表的是8个，5号代表16个，7号代表，64个，9号代表256个。这时，学生就会恍然大悟。
这个问题实际上就是利用计算机科学的基础概念进行问题分析求解的一个思维活动，其本质就是计算思维的应用。在大学计算机基础教学过程中，这种计算思维的案例随处可见，教师要有意识地将计算思维应用到教学中，让学生主动利用计算思维去分析、解决问题，提高学生的计算思维，以便日后应用到各自的专业中。
4 任务驱动实验方案
任务驱动教学法通过对事先设计好的任务进行分析、设计和实施，把教学的内容贯穿于任务中，学生在完成任务期间，逐步掌握所学知识，从而提高学生的创新能力和运用所学知识分析、解决问题的能力。在大学信息技术基础课程中体现“任务驱动”教学法，就是让学生在一个个典型的任务的驱动下，引导学生由简到繁、由易到难、循序渐进地完成一系列任务。在这个过程中，学生是主体，强调的是学生的自主学习。
下面以苏州大学计算机基础课程的具体教学实施为例，介绍任务驱动法在课程教学中的应用。本课程教材选用清华大学出版社出版，由苏州大学计算机学院李海燕等老师主编的《大学计算机基础》。整个课程教学安排18周，共72学时，其中36学时教授理论知识，36学时为上机实验教学。上机实验共分18次，其中1次期中上机考试，1次复习，1次期末上机考试，剩下15次的上机实验，我们设计了15个教学任务，内容以Windows操作系统、Word文档处理、Excel数据处理、Powerpoint幻灯片制作、Frontpage网页制作以及Access数据库应用为主。生通过对这些实际的工作任务的分析、设计及实施，可以循序渐进地提高学生的计算机操作能力、分析问题能力、解决问题的能力，以及对计算机科学的新的认知，从而可以促进学生的计算思维的养成，与理论教学相辅相成。基于任务驱动的大学计算机基础课程教学内容安排如表1所示。
5 结语
针对现在大学计算机基础教学中存在的问题及当前信息技术教育的现状，本研究的目标是探索一种适合高校文科计算机基础课程特点的教学方法，探讨计算思维和任务驱动教学法在大学文科计算机基础课程教学中的具体实施流程，验证任务驱动教学法在大学信息技术课程中实施的可行性，促进高校信息技术教育发展，为大学文科计算机基础课程教学改革提供可操作性的经验。
本文所提及的教学方法已用于苏州大学文正学院汉语国际教育和法学2个文科专业的教学，通过跟踪调研和问卷调查结果显示，学生对教学的实施非常满意，对这门课程的学习兴趣以及教学效果都有了较为显著的提高。
