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大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)經(jīng)過多年的教學(xué)實踐在人才培養(yǎng)和應(yīng)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(xué)理念及認(rèn)識上的偏差，在教學(xué)中往往將教學(xué)重點(diǎn)放在對計算機(jī)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(xué)生運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)處理實際問題應(yīng)具備的計算思維及綜合能力的培養(yǎng)。而計算思維本身蘊(yùn)含有強(qiáng)大的創(chuàng)新能力，因此應(yīng)將其作為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的一個重要環(huán)節(jié)。為此，由清華大學(xué)等九所985高校于2010年7月在西安舉辦的首屆計算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會上明確提出大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)應(yīng)將培養(yǎng)學(xué)生“計算思維”作為教學(xué)的核心任務(wù)。   一、計算思維與計算機(jī)教學(xué)改革   美國卡內(nèi)基•梅隆大學(xué)計算機(jī)系主任周以真(JeannetteMWing)教授在美國計算機(jī)權(quán)威雜志ACM(《CommunicationoftheACM》上發(fā)表并定義了計算思維(ComputationalThinking)。她指出:“計算思維是運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的基本概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和以及人類行為理解的涵蓋計算機(jī)科學(xué)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(jī)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(nèi)外許多專家、學(xué)者進(jìn)行了大量的探索和研究，其中以桂林電子科技大學(xué)董榮勝等國內(nèi)學(xué)者結(jié)合國內(nèi)研究現(xiàn)狀，認(rèn)為將周以真教授的“計算思維是運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的基本概念……”改寫為“計算思維是運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的思想與方法……”更能適合我們的計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的教學(xué)與研究。計算思維采用了抽象和分解來迎接龐雜的任務(wù)或者設(shè)計巨大復(fù)雜的系統(tǒng)。由此可以認(rèn)為計算思維是通過約簡、嵌入、轉(zhuǎn)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(jī)科學(xué)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(yùn)用到計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域是近十年來提出的一種新的學(xué)術(shù)思想，已引起國際國內(nèi)學(xué)術(shù)界的廣泛重視。早在2007年美國科學(xué)基金會(NSF)就啟動了“大學(xué)計算教育振興的途徑”(CISEPathwaystoRevitalizedUndergraduateComputingEducation，CPATH)計劃，并投入巨資進(jìn)行美國計算教育的改革。經(jīng)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(guān)注，也引起美國科學(xué)界的關(guān)注。2008年，美國科學(xué)基金會(NSF)還啟動了一個涉及所有學(xué)科的、以計算思維為核心的重大基礎(chǔ)研究計劃“計算使能的科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)創(chuàng)新”(Cyber－EnableDiscoveryandInnovation，CDI)，進(jìn)一步將計算思維的培育擴(kuò)展到美國的各個研究領(lǐng)域。而由李國杰院士任組長的中國科學(xué)院信息領(lǐng)域戰(zhàn)略研究組在撰寫的《中國至2050年信息科技發(fā)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(chǔ)。孫家廣院士在《計算機(jī)科學(xué)的變革》一文中明確提出:(計算機(jī)科學(xué)界)最具有基礎(chǔ)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(shù)創(chuàng)新以及人才培養(yǎng)等方面所發(fā)揮的重要作用。   二、農(nóng)業(yè)院校大學(xué)生“計算思維”意識培養(yǎng)對策   作為農(nóng)業(yè)院校基礎(chǔ)性課程教學(xué)之一，計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)處理問題時應(yīng)具備的一種科學(xué)的的思維方式，并能將這種思維有效地運(yùn)用到處理專業(yè)問題的實踐中。作為科學(xué)思維的三大支柱之一，計算思維在培養(yǎng)人們運(yùn)用計算科學(xué)解決各種實際問題方面正發(fā)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(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的作用認(rèn)識不足，錯誤地認(rèn)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(jī)基礎(chǔ)教學(xué)就是講授各類軟件工具的使用以及簡單的程序設(shè)計與開發(fā)，因此，在授課環(huán)節(jié)中主要講授抽象的概念、枯燥的原理、簡單的結(jié)論和操作，而忽略了在處理問題過程中應(yīng)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(xué)論證和檢驗結(jié)論正誤等正確思維方式的培養(yǎng)，以這種方式組織教學(xué)不僅不能使學(xué)生了解和掌握解題思想和處理方法，而且不利于學(xué)生潛能的釋放和發(fā)揮，更不利于創(chuàng)新思維和能力的培養(yǎng)。因此只有改變觀念，將計算思維思想引入到農(nóng)業(yè)院校計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會和運(yùn)用計算思維思想和方法去解釋和運(yùn)用抽象的概念、枯燥的原理和紛繁復(fù)雜的邏輯關(guān)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(xué)的影響，并從中提升個人綜合創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。真正把培養(yǎng)學(xué)生“計算思維”能力作為教學(xué)核心。   (一)更新教學(xué)理念，在教學(xué)中將知識傳授貫穿于“計算思維”培養(yǎng)的過程始終   眾所周知，對于非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生而言，學(xué)習(xí)計算科學(xué)的目的在于運(yùn)用計算機(jī)技術(shù)作為支持各學(xué)科研究及創(chuàng)新的計算手段，而大多數(shù)農(nóng)林院校的計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)仍停留在以抽象的理論知識和簡單的應(yīng)用講解為主的層次上，究其原因，除學(xué)時有限教學(xué)資源不足等客觀因素外，更主要的還是認(rèn)識上的問題，沒有充分認(rèn)識到計算思維在學(xué)生學(xué)習(xí)和應(yīng)用計算科學(xué)處理專業(yè)問題方面以及在創(chuàng)新人才培養(yǎng)過程中所發(fā)揮的作用。因此，在教學(xué)中必須強(qiáng)化學(xué)生計算思維意識的培養(yǎng)，真正實現(xiàn)將計算思維培養(yǎng)貫穿于知識的傳授之中。   1.力求實現(xiàn)思維與知識的完美統(tǒng)一   所謂知識，就其內(nèi)容來看是客觀事物的屬性與聯(lián)系的反映，是客觀世界在人腦中的主觀映像。它是人們認(rèn)識世界客觀事物的惟一途徑。同樣，人們認(rèn)識計算機(jī)科學(xué)也是學(xué)習(xí)通過計算機(jī)知識這一視角實現(xiàn)和完成的。作為一種人造實體，計算機(jī)的知識體系是由系統(tǒng)組成及應(yīng)用等方面的內(nèi)容組成，而這些內(nèi)容極具思維抽象、邏輯性極強(qiáng)等特點(diǎn)，是由一系列極為復(fù)雜、高度抽象的知識構(gòu)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(xué)生乃是非計算機(jī)專業(yè)教學(xué)中亟待解決的關(guān)鍵問題。這種方式傳遞給學(xué)生的信息不是某個具體問題實現(xiàn)的細(xì)節(jié)，而是認(rèn)識和處理這類問題應(yīng)具備的正確的思維方式。如在講授數(shù)據(jù)處理知識時，可以“數(shù)據(jù)的數(shù)字化表示→數(shù)字編碼(譯碼)→數(shù)據(jù)的存儲→數(shù)據(jù)的處理→數(shù)據(jù)的顯示輸出”這樣的思維方式詳細(xì)介紹數(shù)據(jù)處理所運(yùn)用的知識要點(diǎn)，由于這種教學(xué)思想比較接近生活、具體、鮮活、很容易被學(xué)生所理解和接受，并使學(xué)生能在思維的培養(yǎng)過程中很快掌握相關(guān)的知識，而且能建立一種科學(xué)、正確認(rèn)識和處理問題的思維。一旦學(xué)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(shù)據(jù)處理，從而為其將所學(xué)知識運(yùn)用到專業(yè)問題的處理提供了一個更為廣泛的思維和創(chuàng)新空間。#p#分頁標(biāo)題#e#   2.確保思維是可實現(xiàn)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(xiàn)的，而非虛無飄渺。下面以算法設(shè)計為例闡明思維的可實現(xiàn)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(xiàn)的，在此基礎(chǔ)上盡量使系統(tǒng)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(jī)系統(tǒng)中，用戶申請使用系統(tǒng)資源通常是通過各種進(jìn)程實現(xiàn)，而系統(tǒng)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(jìn)程的運(yùn)行予以實現(xiàn)。故在設(shè)計這些進(jìn)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(xiàn)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(yīng)及時釋放所用的資源。因此，從進(jìn)程算法的設(shè)計層面上看必須實現(xiàn)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(yán)格的邏輯順序以“原子操作”方式運(yùn)行，原子操作(atomicac-tion)是指在操作系統(tǒng)中所有的動作要么全做，要么全不做;而從設(shè)計思維方式來看，不管采用何種代碼設(shè)計，必須確保上述兩個主要動作的實現(xiàn)。反之，若改變代碼的邏輯結(jié)構(gòu)，或只執(zhí)行其中的一個動作都不能保證用戶操作的實現(xiàn)。上述這種可實現(xiàn)思維體現(xiàn)在:首先要保證所選算法是正確的;其次應(yīng)確保對應(yīng)代碼的邏輯結(jié)構(gòu)合理，最后要以原子操作方式執(zhí)行。   (二)以培養(yǎng)“計算思維”為中心，強(qiáng)化創(chuàng)新意識為目標(biāo)，改進(jìn)和加強(qiáng)實驗教學(xué)   由于計算機(jī)學(xué)科是一門探索(研究)性、操作性極強(qiáng)的學(xué)科，很多應(yīng)用無前人經(jīng)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(jī)學(xué)科的奧秘和應(yīng)用提供了無限的空間。同時更是培養(yǎng)“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(tǒng)教育思想的影響，人們錯誤地把計算機(jī)實驗教學(xué)看成是理論教學(xué)的附屬體和驗證工具，忽視了其具有的探索和研究機(jī)制以及在培養(yǎng)人們創(chuàng)新、創(chuàng)造方面的職能。因此必須重新審視改進(jìn)和加強(qiáng)計算機(jī)實驗教學(xué)內(nèi)容。首先要破除實驗教學(xué)依附于理論教學(xué)的陳規(guī)，逐步形成與理論教學(xué)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的觀念，確定其相對獨(dú)立于理論教學(xué)的地位，并從以下三個層次安排實驗內(nèi)容。   1.保留必要的基礎(chǔ)規(guī)范性實驗   用于滿足學(xué)生對基本理論的驗證和基本技能的培養(yǎng)要求。這類實驗主要包括驗證性實驗、認(rèn)識性實驗和感知性實驗，具體實驗內(nèi)容可以課堂講授為主安排一些輔佐驗證理論知識的內(nèi)容，以提高學(xué)生對內(nèi)容的認(rèn)知。   2.結(jié)合各自專業(yè)的需要，有選擇地增設(shè)綜合性實驗   這類實驗在內(nèi)容的安排上應(yīng)以構(gòu)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(yǎng)學(xué)生初步具備處理問題的綜合能力及運(yùn)用計算機(jī)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(xiàn)計算思維思想并經(jīng)過有限次的操作能夠完成即可。如農(nóng)林院校各專業(yè)常用的田間(生物)統(tǒng)計的計算機(jī)模型、簡單的農(nóng)林資源管理方面的小型系統(tǒng)設(shè)計等問題。   3.探索研究開發(fā)性實驗   為進(jìn)一步培養(yǎng)和提升學(xué)生運(yùn)用“計算思維”意識處理專業(yè)問題的創(chuàng)新綜合能力。作為第三層次可增設(shè)一些具有研究開發(fā)性質(zhì)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(yǎng)敏銳的思維能力。這類實驗應(yīng)具有結(jié)果的不確定性、實現(xiàn)手段的多樣性及創(chuàng)新性等特點(diǎn)。實驗內(nèi)容的來源除由教師根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)安排之外，也可由學(xué)生結(jié)合專業(yè)需求自行確定、設(shè)計并完成。