计算思维视角下的学生信息通晓能力培养

于清，阿里甫·库尔班，加米拉·吾守尔

（新疆大学 信息科学与工程学院，新疆 乌鲁木齐 830046）

摘要：当今计算机技术高速发展，信息过载，大学计算机基础教育面临很多挑战。文章在分析目前教学中存在问题的基础上，引出计算思维和信息通晓的概念，阐述如何将其融入计算思维，改进教学方法，指出学生信息通晓能力的变化，探寻一条新形势下计算机基础教学的可行之路。

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关键词 ：计算思维；信息通晓能力；约简；嵌入

基金项目：2009年校级“计算机文化基础”精品课程建设项目。

第一作者简介：于清，女，副教授，研究方向为机器翻译、自然语言处理，yuqing0131@126.com。

0 引言

计算机基础是非计算机专业本科生必修的一门大学公共课程，随着信息技术的发展，该门课程的教学理论和教学目标不断变化。自20 世纪 90年代至今，新疆各高等院校计算机基础课程的教材升级至第4版，现更名为“计算机与信息技术基础”，然而即便如此，这门课程仍然面临危机。

一方面，手机、手持终端在智能化方面突飞猛进，便捷地访问网络资源有了依托平台；微博、微信、QQ等社交软件蓬勃发展，信息传播速度更快，范围更广，增进了人群间信息互动；目前，大学生入校“三大件”，手机、电脑、单反相机成为流行趋势，学生轻轻滑动手指，便可拥有丰富的信息，这些严峻挑战着教材内容。另一方面，MOOC正在全球兴起，为学生提供了一种新型的知识获取渠道，它逐步打破校园围墙，实现优质资源共享。传统教学模式陷入深刻反思，如何提高教学质量，比以往任何时期都更加迫切和重要。

在高度信息化的今天，计算机技术日新月异，广泛融入各个学科，基于计算机技术的信息技术在社会发展中的作用日益突显，不掌握信息技术，将无法应对激烈的竞争。C9 会议[1]不仅肯定了大学计算机基础教学是通识教育的重要组成部分，而且提出要培养大学生用计算思维方法解决问题的能力，塑造复合型创新人才。然而计算思维如何落地，复合型创新人才如何界定以及如何培养，一直是研讨热点。

1 计算思维和信息通晓

1.1 计算思维能力

2006年3月，周以真教授提出计算思维，即指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等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。这一定义高度概括且抽象，图灵奖获得者艾兹格则说：“我们所使用的工具影响着我们的思维方式和思维习惯，从而也将深刻地影响着我们的思维能力。”

纵观历史发展，人类在劳动中创造出最原始的工具，在使用过程中不断滋生新灵感，改进工具新工具和新思维相互影响，相互促进，直到今天强大的计算机工具诞生，可见计算机本身凝结着人类的智慧思维。反之，沉淀的成功方法（即计算思维方法）则应用于生活，指导着人类进一步改进工具。

人类需求增长进一步激发了人类的思维，计算机软硬件功能将更加强大，更多成功方法会浮出水面，计算思维的内涵将不断扩充。也许某天人类创造出与自己没有任何区分的机器人，那就彻底实现了利用计算机解决各种问题的理想。然而就目前而言，周教授提出的计算思维方法可简单概括为：约简、嵌入、转化、仿真、递归、并行、抽象分解、预防、保护、冗余、容错、纠错、启发、规划、调度、缓存等[2]。

陈国良院士意识到计算思维的重要性，于2010年10月，在“第六届大学计算机课程报告论坛”上提倡将计算思维引入大学计算机基础教学中。自此，如何在计算机基础教学中培养大学生的计算思维能力，使大学生学会用计算思维去思考问题和解决问题成为探讨主题。

同时，教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会确定进行以计算思维为导向的大学计算机课程改革。具体内容包括：科学设计大学计算机课程的教学内容，形成反映计算思维特征的科学的知识体系、合理的知识结构；创新教学方法和教学模式；在大学计算机课程中探索计算思维能力培养，深入体现专业化与信息化融合，注重多学科渗透，使大学计算机课程成为大学课程体系中最重要的基础课程之一[3]。

1.2 信息通晓能力

计算机基础课程教学经历过两次重大改革，从早期以计算机技能培养为目标，过渡到培养计算机应用能力，到如今以计算思维为导向。随着计算机影响力的不断深化，社会对人才需求的标准也逐步升高，由计算机素养到信息素养，直至今天的信息通晓能力。

信息通晓即指在新兴技术推动下，在信息素养理论基础上出现的一种有着更高能力内涵的术语，它包含了信息素养、信息技术技能、批判性思维、信息交流技能等，成为当今社会表征个人综合能力的新标准[4]。

印第安纳大学图书馆与信息科学联合院主席Daniel Callison强调：信息通晓适用于学习、工作、生活的各个领域；涵盖所有与信息、技术相关的技能；基于问题解决的建构主义学习理论，采用以学生为中心的学习模式；如何批判性地评估信息、组织信息、合法有道德地使用信息、在网页上有效地演示表达信息等。

综上所述，信息通晓是指在信息过载和技术精深的环境中有效完成任务的能力。教学实践中，我们有意识地融入计算思维，创新教学模式。对于“上机操作内容”，应用“约简”等方法，注重传授规律，加强实践，点拨悟性，实质性地提高学生操作技能。对于“计算机理论”部分，应用“转化”等方法将抽象概念简单化，并用“缓存”方法，在班级中成立兴趣小组，挖掘互联网中计算机前沿技术，探寻计算机与专业知识的交集，有效补充课堂内容。这些不仅培养了学生计算思维能力，更重要的是科学地组织教学内容，使学生储备了大量信息，逐步构建专业与信息融合的知识结构；这种以学生为中心的学习模式，锻炼了学生信息收集、下载、评估、综合利用、创意表达等多方面的能力，学生对计算机课程产生了浓厚兴趣。

2 计算思维下的计算机基础教学

周教授指出，计算思维是每个人为了在现代社会中发挥职能所必须掌握的基本技能，不仅仅属于计算机科学家，而是人类求解问题的一条途径。它被人们用来求解问题，管理日常生活，以及与他人进行交流和互动

当面向全校开设的计算机与信息技术基础课程存在众多问题时，如教学内容多且陈旧，课时量压缩，学生水平参差不齐，兴趣低，教学质量低下等，如何有效地启发学生？如何将计算机最新技术、最新产品引进课堂，提高学生兴趣，这就需要在计算思维启发下，探索新的教学方法。

2.1 约简、启发、嵌入方法，学习计算机基本操作

新疆大学的计算机与信息技术基础课程配有实验习题册，步骤详尽，但是学生按照习题册操作时却倍感费劲，因为细节太多，操作过后不进行巩固就很快遗忘。

我们运用“约简”方法，列出Windows 3个核心概念：鼠标、对象、命令；总结它们之间的关系：大部分计算机操作可归结为“用鼠标选中对象，右击鼠标，执行快捷式菜单中的相关命令”；然后分别详细介绍这些概念。

鼠标：基本操作方式以及鼠标指针状态。

对象：从编程角度介绍对象的产生；从应用角度介绍什么是对象，操作中编辑的文字、段落、图表、表格、图片、艺术字、图形、图标、文件以及文件夹、单元格、工作表等都可看成对象。一位学生理解到“计算机中每个对象都承担着任务，实现一定的功能”。

命令：实现一定功能的程序代码。它除了快捷菜单命令外，还包括控制菜单命令、下拉菜单命令、开始菜单命令。快捷菜单命令操作最便捷，不同的对象，快捷菜单中的命令有所不同；同一对象在不同操作状态下，快捷菜单中的命令也会有变化。

最后，嵌入规律，实践习题册上一两个案例。如字体格式设置、图片格式设置、图标创建快捷方式等，学生逐步触类旁通。再进一步启发他们运用多种途径实现同一个操作。这些途径包括快捷菜单、菜单栏中相应命令按钮，快捷键和鼠标，进一步降低操作难度。学生更增添了信心，如在未演示情况下，分配“给文字添加发亮效果”的任务，一位学生之前从未操作过，却在规律启发下顺利完成操作。

此外，运用计算思维“约简”方法，精炼出Windows的对话框、应用程序窗口、图标、菜单命令中约定的符号等基本概念，这些概念至始至终贯穿于上机操作过程，在人机交互中起到重要作用。就如同老练的驾驶员特别留意道路两旁的路标，因而无论走到哪里，很少违章；学生如果掌握了计算机界面的这些友好提示，也能轻松驾驭计算机。

2.2 转化、仿真方法，学习计算机基础知识

信息数字化章节中，数制转换是难点。讲解二进制、八进制、十六进制时，先转化为讲解十进制。十进制是小学内容，学生很容易理解数码、基、权的概念，由此引出二进制、八进制、十六进制的数码、基、权。对比不同后，再讲解各种进制间的转换。

信息安全技术基础章节中，信息安全防护的内容既抽象又高端。为方便学生理解，我们构建了校园安全防护的仿真场景。校园安全防护分事先防御、实时监测、事后响应3个阶段，每个阶段都有哪些防护措施？学生在激烈的讨论中，很容易获得正确答案。由此转化到讨论信息安全防护问题，也分事先防御、实时监测、事后响应，再深入讲解，学生既有兴趣，又容易理解。

2.3 规划、并行、缓存、调度方法，丰富教学内容

尽管计算机基础课程的教材更新快，但教学内容依然滞后于计算机发展，这个问题如何解决？

我们受计算思维方法启发，对授课内容进行以下规划：在班级中，成立兴趣小组；按班级总人数，分5~6人一组，每个小组任命一名组长，负责管理和督促组员，完成老师分配的任务。

为了不影响正常教学计划，在教室授课我们要完成3项任务：

（1）正常教学内容。

（2）分配延伸内容收集任务：大致是补充书中没有，但与书中的内容又有联系的内容。比如讲到操作系统，书中只介绍了Windows、Linux，我们会分配任务，让学生通过搜索引擎或社交网络，了解安卓操作系统以及Iphone的操作系统；讲到信息，会让学生课外收集信号、消息；讲到数据，会让学生收集结构化数据、非结构化数据、大数据等相关概念在讲授教学内容的同时，就把收集任务分配下去，不会占用太多课堂时间。延伸内容主题的确定与教师科研经历和教学经验密切相关，另外还需考虑学生的兴趣。

（3）分享延伸内容：下课前10~20分钟，分享上节课布置的各项收集任务，开始学生有些托辞，于是制定了个人表现与计分奖励挂钩的督促制度，随着课堂内容越来越丰富新颖，参与的人多了，大家有了积极性，兴趣越来越高。

在机房，我们同样完成3项任务：

（1）按章节讲授上机操作内容。

（2）学生自主操作练习。

（3）分享信息：规定在每周一次的上机实验课上，各位小组长负责审核组员收集的信息，在下课前10~20分钟，由各小组代表与大家分享。这学期分别成立了计算机硬件组、计算机软件组、互联网组、计算机与土木技术结合组、计算机维护组、信息检索组、多媒体组、自然语言处理组、机器翻译组、信息安全组、计算机与建环技术结合组、计算机与给排水结合组等。

以上规划，教学内容和延伸内容并行，学生及时了解到量子计算机、生物计算机、谷歌眼镜、隐身衣、锂电池、语音翻译、指纹识别、未来语言、语音输入、同声传译、社交媒体、人脸识别技术、未来机器人、手势和意识控制电脑等计算机前沿信息，极大丰富了课堂内容，同时计算机工具的强大让学生震撼。

笔者上学期负责旅游和管理两个班级的课程，旅游班的学生收集了世界最美图片、新疆旅游景点图片、立体图片、智力图片等。管理班的学生收集了腾讯公司营销策略、团队准则等。这学期土木班级的学生开学初始就提供了建筑与计算机技术结合的各大模块；给水班级的学生，收集到某院士在这方面的突出成就。在教师引导下，学生分别顺藤摸瓜进行深入检索。这种教学方式帮助学生储备了教材中没有的大量知识，引导他们探寻专业知识与信息技术间存在的交集，以便日后调度。

3 信息通晓能力初见成效

3.1 学生为主的学习氛围

虽然网络面前人人平等，但是面对海量数据，一个人的力量是有限的。在教师引导下，组建兴趣小组，每个人都参与信息的收集和整理；不同的人角度不同，信息汇总后，计算机这门基础课程的教学内容全面而丰富。学生的学习状态由被动接收变为主动探索，教师也不单是知识的传播者，还是帮助学生借助网络平台解决问题的合作者。学生信息素养能力发生了显著的变化。

3.2 信息素养、信息技术技能的提高

学生在多次参与信息收集、下载、整理过程中，通过交流与合作，积累了丰富经验。如无法直接下载搜索的文件，会先下载专用下载器间接下载；U盘数据毁坏，能找到专门的恢复工具；宿舍里想实现两台电脑互联，也是借助网络完成在实践中，他们的信息素养能力不断提高。

另外，基础好的学生有了施展平台。上机课上，教师将重心放在核心概念的理解和操作上，帮助他们熟悉和运用规律。这种“约简”的教学方式，首先将学生置于同一平台，让大家感受规律的存在，基础好的学生反应快；其次，让基础好的学生演示具体案例，当他们操作成功时，信心倍增，而基础差的学生也见识了规律的实际应用，有效缓解了学生水平参差不齐对授课过程造成的负面影响。

举例来说，教师介绍对话框时，重点讲解对话框7大基本元素（选项卡、下拉列表框、微调按钮、复选框、文本框、单选按钮、命令按钮）的功能和操作，以及对话框的作用和规律。对话框是用户与Windows对话的窗口，用户在不同操作状态下，对话框的形式和内容会不同，但是任何对话框都由如上基本元素构成，用户只有明白了对话框的含义才知道如何操作如添加项目符号，对于“项目符号库”列表中直接显示的符号，大家很熟悉；但是如果指定 “ ”作为项目符号呢？它是符号库中的一个符号。这时需要先打开“定义新项目符号”对话框，再打开“符号”对话框才能操作实现。虽然难度增加，但是如果熟悉计算机基本操作规律，用户会注意到很多信息提示。

经过反复训练，学生逐步实现知识迁移，讲完Word、Excel后，对于Powerpoint内容，调换教师与学生角色，案例由学生参与讲解，教师启发即可。之后，学生对于其他软件的学习，也显得轻松愉快。如Authorware，教师只讲解了该软件的功能和特点，以及与其他软件的联系和区别，然后直接布置作业，如用Authorware实现“风景介绍”，同学们完成得很好。他们总结到：首先要掌握规律；其次遇到困难，利用网络，很多问题可以解决。学生在实践中不断体会利用互联网解决实际问题的欣喜和快感，操作技能明显提高；教师也有效缓解了教学内容多而课时量少的矛盾，并深刻感受到点燃学生学习热情非常关键。

3.3 批判性思维、信息交流技能培养

营造以学生为主，教师指导为辅的学习氛围，同学们通过不同的软件，渐渐地可以顺利完成各项任务，如电子相册、flash动画、photoshop处理图片等。部分学生能力突出，如课本上仅介绍Windows live（影音制作软件），有位同学觉得功能太浅，自学了会声会影，独立完成作业；另一位同学对中文自然语言处理感兴趣，查阅了大量资料，自己做了PPT，汇报中文自然语言处理的研究内容及面对的挑战。我们不禁为同学们的精彩表现点赞，原来充分利用互联网资源，学生专业化、特长化成长不再是梦想，加之血气方刚，一旦有了兴趣，创意表达能力就突显出来。

另外，兴趣小组锻炼了学生多方面的能力：信息检索、团队协作、口语表达、批判及创新思维能力。在学生收集的信息中，大部分充满正能量，小部分存在两面性，如励志信息中包含情感纠纷，幽默信息中包含枪战和暴力。在分享信息的同时，师生一起讨论和甄别，互相启发思维。一学期结束，学生在信息检索、下载、组织、综合利用、评价、创意表达等各方面，进步明显。

4 结语

如今人们越来越依赖计算机，信息技术几乎融入生活的每个方面，如何提高高等计算机基础教学质量尤为重要，解决教学中存在的问题是重中之重。我们探索融入计算思维的教学方法，改变了教材陈旧、内容多课时少、学生水平参差不齐等难于解决的教学现状，学生对计算机有了浓厚兴趣，信息通晓能力明显提升。这只是初步探路，今后会更加有意识地融入计算思维方法，进一步提高教学效果。

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参考文献：

[1] 何钦铭， 陆汉权， 冯博琴. 计算机基础教学的核心任务是计算思维能力的培养[J]. 中国大学教学， 2010（9）： 5-9.

[2] 陈国良， 董荣胜. 计算思维与大学计算机基础教育[J].中国大学教学， 2011（1）： 7-11.

[3] 李廉. 以计算思维培养为导向 深化大学计算机课程改革[J]. 中国大学教学， 2013（4）： 7-11.

[4] 尹雪， 任树怀. 从信息素养到信息通晓[J]. 情报资料工作， 2009（4）： 104-108.

（编辑：郭田珍）