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放飞计算思维 跳出大学计算机基础教育困局
——微软携手中国高校推进大学计算机基础课程改革
微软亚洲研究院
2014年11月4日

“你觉得最枯燥/没有意思的课程是哪一门?”

“哪一门课程是你最希望从课程表里去掉的?”

“你认为最迫切需要进行改革的是哪一门课程?”

《大学计算机基础》是全国非计算机专业学生必修的基本课程,也是为适应社会信息化发展要求,提高学生信息素质的一门公共基础课程。但如果向全国大学生进行满意度调查,这门课十有八九会是获得负面评价最多的课程之一。枯燥、没有意思以及所教内容与未来从事的职业无太大关联是学生们对这门课的普遍印象和评价。面对学生们诸多的抱怨,教授这门课程的老师也总显得很无奈——总想在有限制的学时内教给学生尽可能多的计算机技能,但最后都变成了走马观花式的授课。

信息技术的迅猛发展对全球各个行业都产业了全面而深远的影响,在某些行业甚至颠覆了原有的研究和商业模式。信息化与世界的变革和行业的推进紧密地结合在一起。独特的时代背景催生出了对就业人才不同的标准,与此同时,也将大学计算机基础教育的重要性提升到了一个全新的高度。对比当下的教育困局,改革迫在眉睫。

2014年,响应教育部的号召,微软成立了产学合作专业综合改革项目”,以“计算思维”为切入点,携手中国高校共同推进大学计算机基础课程改革。此项目面向全国所有高校包括计算机学院、软件学院在内的所有院系征集《大学计算机基础》课程改革的优秀方案。入选的方案除获得具体的经费支持以外,微软还免费提供云服务资源。

两个历史阶段和一个当下困局

回顾中国大学计算机基础教育的历程,大致可以分为两个历史阶段。

第一个是从90年代到2000年左右的扫盲阶段。那时,计算机刚刚出现在人们的视野里不久,对大学计算机基础的教育还仅仅是停留在教授学生什么是计算机,计算机的组成部件,以及计算机可以从事什么的阶段。

从2000年以后,大学计算机基础教育进入了一个新的阶段。学校开始教授学生使用计算机作业的各项技能。计算机基础教育的内容也开始变得空前丰富。除了日常会使用的Office工具,还涉及编程语言、操作系统、数据库、多媒体应用等各类专项技术的学习。内容繁多、五花八门,成了这个阶段计算机基础教育的一个特点。

逐渐的,这样的教育方式遇到了问题。一方面,时代的变革使计算机进入了千家万户,也让学生们从小就开始频繁地接触计算机,并掌握了使用基本的计算机工具的能力。此时,如果大学计算机基础的教育还在继续教授如何使用简单工具的话, 无疑是做重复性的教学工作。另一方面,随着计算机科学的蓬勃发展,衍生出的各类技术令人目不暇接。在有限的课时内,如果想涉猎所有的技术,最后的结果只能是令学生身心俱疲。

同时,近些年的负面评价令部分高校对减少《大学计算机基础》这门课程的学分毫不留情。学分的减少、课时的压缩更加剧了教师和学生的负担。大学生计算机基础教育往何处去?如何进行改革?这成为自2012年以来中国高校学者不断探索的一个议题。

计算思维可能解开困局

当中国的高校老师正苦恼不已时,一项可能的解决方案在美国悄然蔓延。2006年,时任美国卡内基梅隆大学计算机科学系主任的周以真(Jeannette Wing)教授颇有先见之明的提出了“计算思维(Computational Thinking)”的概念。她认为:“计算思维是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。”

以上是关于计算思维的一个总定义,周教授为了让人们更易于理解,又将它更进一步地定义为:

  • 能经过约简、嵌入转化和仿真等方法,把一个看来困难的问题重新阐释成一个我们知道问题怎样解决的方法;
  • 是一种递归思维,是一种并行处理,是一种把代码译成数据又能把数据译成代码,是一种多维分析推广的类型检查方法;
  • 是一种采用抽象和分解来控制庞杂的任务或进行巨大复杂系统设计的方法,是基于关注点分离的方法(Separation of Concerns, SoC);
  • 是一种选择合适的方式去陈述一个问题,或对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法;
  • 是按照预防保护及通过冗余、容错、纠错的方式,并从最坏情况进行系统恢复的一种思维方法;
  • 是利用启发式推理寻求解答,也即在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法;
  • 是利用海量数据来加快计算,在时间和空间之间,在处理能力和存储容量之间进行折衷的思维方法。

将“计算思维”引入到大学计算机基础教育意味着老师不再需要逐项的去教授各项技术,而需要将更多的时间和注意力投射到对学生计算思维能力的培养中去。设计更多有趣的案例并形成行之有效的教学推广方案,这两年在高校老师各自的心头不断酝酿。

其实,“计算思维”的出现不光解了大学计算机基础教育改革的燃眉之急,更是顺应时代潮流的一种育人思想的体现。计算机拥有惊人的运算能力和数据处理的背后是人类智慧的结晶。程序和系统的设计需要一个人具备很强的问题抽象和分解的能力。如今,在这个万事万物与计算相连的时代,“计算思维”必将会和“数学思维”和“经济思维”一样成为每个人安生立命的基本技能。

微软携手中国高校

微软响应高校需求,在今年设立了以“计算思维”为切入点的“产学合作专业综合改革项目”。

微软亚洲研究院高校关系总监潘天佑博士表示:”微软亚洲研究院自成立以来就秉持与中国教育界一同成长的理念,积极支持和推进中国计算机教育的各项改革。对学生‘计算思维’的培养将可能对其未来的发展产生不可估量的影响,我们愿意与有想法的中国教师一起见证这个改变的发生。“

此项目得到了全国各大高校教师的积极响应。截至10月15日项目评审前,微软一共收到了来自各大高校的99份项目提案,涵盖了十余个学科。当中的很多提案都十分有趣、可行。

作为此次项目评审组的成员,浙江大学计算机院副院长何饮铭教授表示:“微软是全球计算机工业界的领头羊,对于计算机科学的发展有着比高校教师更为深刻的理解。由微软来引导进行这次课程改革将使我们的改革更具实际意义。”

西安交通大学计算机教学实验中心主任冯博琴教授也表示:“此次微软专门成立“产学合作专业综合改革项目”,不仅调动了全国高校教师的积极性,也让学校的管理层更重视这项改革,鼓舞了更多有想法、有激情的教师加入到这项教育改革中来。“

结语

唯有改变是永恒的。中国的大学计算基础教育经历了两个历史阶段,现在终于要迎来一个崭新的时代。我们企盼这一天的来临,也愿意与中国高校一起积极探索改革的方向。