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大學計算機基礎教學經過多年的教學實踐在人才培養和應用等方面都取得了驕人的成績，但也存在很多不盡人意之處。由于教學理念及認識上的偏差，在教學中往往將教學重點放在對計算機基本概念的抽象講解和各類常用/流行軟件的使用說明上，忽略了對學生運用計算機科學處理實際問題應具備的計算思維及綜合能力的培養。而計算思維本身蘊含有強大的創新能力，因此應將其作為培養創新型人才的一個重要環節。為此，由清華大學等九所985高校于2010年7月在西安舉辦的首屆計算機基礎課程研討會上明確提出大學計算機基礎教學應將培養學生“計算思維”作為教學的核心任務。 一、計算思維與計算機教學改革 美國卡內基•梅隆大學計算機系主任周以真(JeannetteMWing)教授在美國計算機權威雜志ACM(《CommunicationoftheACM》上發表并定義了計算思維(ComputationalThinking)。她指出:“計算思維是運用計算機科學的基本概念去求解問題、設計系統和以及人類行為理解的涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。”同時就該理論提出計算思維具有的六大特征，其中，最主要特征“是人的，不是計算機的思維方式;是思想，不是人造物;面向所有的人，所有地方”。針對周以真教授的這一定論，國內外許多專家、學者進行了大量的探索和研究，其中以桂林電子科技大學董榮勝等國內學者結合國內研究現狀，認為將周以真教授的“計算思維是運用計算機科學的基本概念……”改寫為“計算思維是運用計算機科學的思想與方法……”更能適合我們的計算機科學與技術的教學與研究。計算思維采用了抽象和分解來迎接龐雜的任務或者設計巨大復雜的系統。由此可以認為計算思維是通過約簡、嵌入、轉化和仿真等方法，把一個看來困難的問題重新闡釋成一個我們知道怎樣解決的問題。因此，它不再屬于計算機科學家的專利，而是每個人在未來必須具備的基本技能。 將計算思維運用到計算機科學領域是近十年來提出的一種新的學術思想，已引起國際國內學術界的廣泛重視。早在2007年美國科學基金會(NSF)就啟動了“大學計算教育振興的途徑”(CISEPathwaystoRevitalizedUndergraduateComputingEducation，CPATH)計劃，并投入巨資進行美國計算教育的改革。經過兩年的研究，在申報的2009年項目提出了更為具體的以計算思維為核心的課程改革計劃。CPATH計劃的啟動不僅引起美國教育界的關注，也引起美國科學界的關注。2008年，美國科學基金會(NSF)還啟動了一個涉及所有學科的、以計算思維為核心的重大基礎研究計劃“計算使能的科學發現與技術創新”(Cyber－EnableDiscoveryandInnovation，CDI)，進一步將計算思維的培育擴展到美國的各個研究領域。而由李國杰院士任組長的中國科學院信息領域戰略研究組在撰寫的《中國至2050年信息科技發展路線圖》中也指出:計算思維的培育是克服“狹義工具論”的有效途徑，是解決其他信息科技難題的基礎。孫家廣院士在《計算機科學的變革》一文中明確提出:(計算機科學界)最具有基礎性和長期性的思想是計算思維。由此不難看出，計算思維在國家振興、技術創新以及人才培養等方面所發揮的重要作用。 二、農業院校大學生“計算思維”意識培養對策 作為農業院校基礎性課程教學之一，計算機基礎教學的核心任務是培養學生運用計算機科學處理問題時應具備的一種科學的的思維方式，并能將這種思維有效地運用到處理專業問題的實踐中。作為科學思維的三大支柱之一，計算思維在培養人們運用計算科學解決各種實際問題方面正發揮著不可替代的作用。長期以來，由于人們對計算思維在計算機基礎教學中的作用認識不足，錯誤地認為講思維等同于講理論、講理論不實用，技能與操作才是實用的東西。計算機基礎教學就是講授各類軟件工具的使用以及簡單的程序設計與開發，因此，在授課環節中主要講授抽象的概念、枯燥的原理、簡單的結論和操作，而忽略了在處理問題過程中應具備的分析問題的思路(如何化繁為簡，變抽象為具體、直觀)、解決問題的步驟和方法、科學論證和檢驗結論正誤等正確思維方式的培養，以這種方式組織教學不僅不能使學生了解和掌握解題思想和處理方法，而且不利于學生潛能的釋放和發揮，更不利于創新思維和能力的培養。因此只有改變觀念，將計算思維思想引入到農業院校計算機基礎教學中，引導學生學會和運用計算思維思想和方法去解釋和運用抽象的概念、枯燥的原理和紛繁復雜的邏輯關系有效地處理和解決各種實際問題，以克服“狹義工具論”對教學的影響，并從中提升個人綜合創新意識和創新能力。真正把培養學生“計算思維”能力作為教學核心。 (一)更新教學理念，在教學中將知識傳授貫穿于“計算思維”培養的過程始終 眾所周知，對于非計算機專業學生而言，學習計算科學的目的在于運用計算機技術作為支持各學科研究及創新的計算手段，而大多數農林院校的計算機基礎教學仍停留在以抽象的理論知識和簡單的應用講解為主的層次上，究其原因，除學時有限教學資源不足等客觀因素外，更主要的還是認識上的問題，沒有充分認識到計算思維在學生學習和應用計算科學處理專業問題方面以及在創新人才培養過程中所發揮的作用。因此，在教學中必須強化學生計算思維意識的培養，真正實現將計算思維培養貫穿于知識的傳授之中。 1.力求實現思維與知識的完美統一 所謂知識，就其內容來看是客觀事物的屬性與聯系的反映，是客觀世界在人腦中的主觀映像。它是人們認識世界客觀事物的惟一途徑。同樣，人們認識計算機科學也是學習通過計算機知識這一視角實現和完成的。作為一種人造實體，計算機的知識體系是由系統組成及應用等方面的內容組成，而這些內容極具思維抽象、邏輯性極強等特點，是由一系列極為復雜、高度抽象的知識構成。因此，如何將這些知識以一種具體、形式化思維方式傳授給學生乃是非計算機專業教學中亟待解決的關鍵問題。這種方式傳遞給學生的信息不是某個具體問題實現的細節，而是認識和處理這類問題應具備的正確的思維方式。如在講授數據處理知識時，可以“數據的數字化表示→數字編碼(譯碼)→數據的存儲→數據的處理→數據的顯示輸出”這樣的思維方式詳細介紹數據處理所運用的知識要點，由于這種教學思想比較接近生活、具體、鮮活、很容易被學生所理解和接受，并使學生能在思維的培養過程中很快掌握相關的知識，而且能建立一種科學、正確認識和處理問題的思維。一旦學生掌握這一思維之后，便可以很容易地將其推廣至任何類型的數據處理，從而為其將所學知識運用到專業問題的處理提供了一個更為廣泛的思維和創新空間。#p#分頁標題#e# 2.確保思維是可實現的、可見的 在處理實際問題時必須具備正確思維，一定要保證這種思維是可見、具體，而非抽象的;是可實現的，而非虛無飄渺。下面以算法設計為例闡明思維的可實現性。算法是指對問題求解過程的一種描述，是為解決一個問題或一類問題給出的一個正確的、有限長的操作序列。在選擇算法時，一個正確的思維首先要保證它是可實現的，在此基礎上盡量使系統資源(時間及空間)的占用率最小、程序代碼簡潔、明了、易讀。在計算機系統中，用戶申請使用系統資源通常是通過各種進程實現，而系統中的各類資源一般都是臨界資源。因此，用戶在使用這些資源時一般采用競爭方式并通過進程的運行予以實現。故在設計這些進程的算法及代碼編寫時一定要確保所采用的算法是可實現的、是確定的。例如，某用戶在某一時刻申請資源，使用完畢后應及時釋放所用的資源。因此，從進程算法的設計層面上看必須實現兩個主要動作:一是測試并獲取資源;二是釋放資源，并且二者需按嚴格的邏輯順序以“原子操作”方式運行，原子操作(atomicac-tion)是指在操作系統中所有的動作要么全做，要么全不做;而從設計思維方式來看，不管采用何種代碼設計，必須確保上述兩個主要動作的實現。反之，若改變代碼的邏輯結構，或只執行其中的一個動作都不能保證用戶操作的實現。上述這種可實現思維體現在:首先要保證所選算法是正確的;其次應確保對應代碼的邏輯結構合理，最后要以原子操作方式執行。 (二)以培養“計算思維”為中心，強化創新意識為目標，改進和加強實驗教學 由于計算機學科是一門探索(研究)性、操作性極強的學科，很多應用無前人經驗可借鑒，只能靠不斷的探索、積累。正因如此，也為人們探索計算機學科的奧秘和應用提供了無限的空間。同時更是培養“計算思維”意識和提高處理實際問題的綜合能力的最佳方式。但長期以來由于受到傳統教育思想的影響，人們錯誤地把計算機實驗教學看成是理論教學的附屬體和驗證工具，忽視了其具有的探索和研究機制以及在培養人們創新、創造方面的職能。因此必須重新審視改進和加強計算機實驗教學內容。首先要破除實驗教學依附于理論教學的陳規，逐步形成與理論教學統籌協調的觀念，確定其相對獨立于理論教學的地位，并從以下三個層次安排實驗內容。 1.保留必要的基礎規范性實驗 用于滿足學生對基本理論的驗證和基本技能的培養要求。這類實驗主要包括驗證性實驗、認識性實驗和感知性實驗，具體實驗內容可以課堂講授為主安排一些輔佐驗證理論知識的內容，以提高學生對內容的認知。 2.結合各自專業的需要，有選擇地增設綜合性實驗 這類實驗在內容的安排上應以構造處理問題的計算模型為主，實驗實例可選取既有一定的針對性又不乏能夠反映基本原理性的問題。目的在于培養學生初步具備處理問題的綜合能力及運用計算機處理問題所需要的“計算思維”意識。問題不一定“大而全”，只要能充分體現計算思維思想并經過有限次的操作能夠完成即可。如農林院校各專業常用的田間(生物)統計的計算機模型、簡單的農林資源管理方面的小型系統設計等問題。 3.探索研究開發性實驗 為進一步培養和提升學生運用“計算思維”意識處理專業問題的創新綜合能力。作為第三層次可增設一些具有研究開發性質的實驗，旨在通過實際操作提高實際處理問題的動手能力和初步的科研能力，培養敏銳的思維能力。這類實驗應具有結果的不確定性、實現手段的多樣性及創新性等特點。實驗內容的來源除由教師根據培養目標安排之外，也可由學生結合專業需求自行確定、設計并完成。