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【摘 要】 “大学计算机基础”是高校计算机基础教学的入门课程。本文基于计算思维对“大学计算机基础”课程教学内容进行设计。首先，文章阐述了“构造”是计算思维的核心方法，然而以“计算机网络”为例，具体论述了“大学计算机基础”课程的设计。希望能够为基于计算思维的“大学计算机基础”课程教学内容设计的研究提供有价值的参考和借鉴。
【关键词】计算思维；“大学计算机基础”课程；教学内容设计
一、“构造”是计算思维的核心方法
卡内基·梅隆大学的周以真（Jeannette M. Wing）教授认为“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。” 而陈国良院士等专家也曾指出：“计算思维不是今天才有，早就存在于中国的古代数学之中，只不过周以真教授使之清晰化和系统化了。”从以上两位教授的观点中，可以得出不是所有的计算过程都是由计算机来完成的。计算思维的本质是抽象和自动化，而其核心方法是“构造”，同时，计算思维以计算机学科为基础。
“构造”作为计算思维的核心方法，包括对象构造、过程构造和验证构造这三种构造形态[3]。对象构造是指计算机过程中的各种对象，包括指令、硬件系统、数据组织、程序函数、程序组件以及系统软件等；过程构造以对象为基础的计算形态的构造，包括指令的执行、算法（涉及数据组织和语言）、计算资源调度、分布式处理以及软件工程等；验证构造在前两个构造的基础上，进行有效性分析，包括测试与分析、系统安全性、可靠性以及对社会的影响等。总而言之，计算思维的一个重要外在表现即为培养其构造能力。从学科思维的角度来分析，数学思维、逻辑思维和工程思维是与计算机学科关系最为紧密的传统思维方式。具体情况见下图。
二、课程内容设计，以“计算机网络”为例
（一）问题导入
网络是一个资源共享和信息传递的系统和平台，通过使用通信设备和通信线路连接具有独立工作能力的计算机的方式来实现整个网络的构建。网络系统在具体运作过程中，需要解决一下问题，包括：收发端的识别（谁收发信息）、内容识别（收发什么信息）、信息传递路径（路由选择）、信息传递的安全性和完整保障（容错技术、较验技术、身份认证）等。在以上环节当中，都可以用合适的问题导出各种可能性的解决办法和方案，从而筛选出最优的问题解决方案。在整个计算机网络中，每个知识点本来就是问题所产生的，因此，通过问题的引入导出最合适的解决方案是一个正确科学的选择。
（二）具体解决思路
要达到解决以上网络核心问题的目的，必须找准解决问题的思路，而“约定”就是解决网络核心问题最主要的思路。只有在有统一约定的基础上，不同地理位置的计算机联入网络时才能够快速准确地识别出信息的发送者。“有网络必有通信，有通信必有协议”这句话是网络技术中最为经典的表述。具有单一性的巨大协议是相当之复杂的，而且也很难满足整个网络通信的需求。因此，网络设计者们首先将整个通信问题分割为许许多多的小问题，并针對单个的小问题设计相应的协议。由于小问题比较单一，比较具有针对性，大大降低了协议设计、分析、编码和测试的难度。这种网络问题的解决思路集中反映了约简、分解、调度、折中等计算思维的思想。
（三）现有实现
在当前实际网络的具体使用过程当中，网络分层模型即为 OSI/Internet 模型，只不过网络分层模型是七层协议模型， OSI/Internet 模型是四层协议模型。在现有的网络使用中，网络的类型并不是固定的。例如，依据网络的覆盖范围来划分，网络可以分为局域网、城域网、广域网以及互联网等。
（四） 进一步发问
通过进一步发问的方式，可以进一步探讨网络中存在的问题。例如，一般来说，识别收发端的基本方法是IP，然而，在网络中，很有可能会出现 IP 地址枯竭的情况，此时，必须要另寻其他解决办法。这种情况下，可以采用动态 IP和IP6来达到识别收发端的目的。在网络运用过程中，往往会因为联网的设备太多而造成通信瓶颈的状况，当这种情况发生时，该采取什么办法呢？其实，这是一个网络规模的问题，目前解决该问题的普遍方法是分别设置A、B、C 三类网络，以解决不同规模的适应问题。进一步发问的过程中，学生通过不断的温故知新，不断回溯，反复思考“网络模型”，最后茅塞顿开，豁然开朗。
三、结语
其实，不论计算机学习者采用什么样的途径和方法学习计算机基础知识和技能，最后都要将计算机的感性认识以及使用计算机的激情归结到计算思维能力的培养中来。一个专业并且懂得融会贯通的计算机操作员，要熟练掌握计算机的构造，清楚计算机解决问题的范围和能力，哪些问题能够自动化解决，进而通过抽象表达问题来实现自动化处理。计算机学习者只有学到了这个程度和水平，才最终达到了计算机基础课程教学的目标。
参考文献：
[1] 陆汉权，何钦铭，徐镜春. 基于计算思维的“大学计算机基础”课程教学内容设计[J]. 中国大学教学，2012，09：55-58.
[2] 嵩天，李凤霞，蔡强，李仲君，史树敏. 面向计算思维的大学计算机基础课程教学内容改革[J]. 计算机教育，2014，03：7-11.
[3] 战德臣，王浩. 面向计算思维的大学计算机课程教学内容体系[J]. 中国大学教学，2014，07：59-66.
【关键词】计算思维；“大学计算机基础”课程；教学内容设计
一、“构造”是计算思维的核心方法
卡内基·梅隆大学的周以真（Jeannette M. Wing）教授认为“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。” 而陈国良院士等专家也曾指出：“计算思维不是今天才有，早就存在于中国的古代数学之中，只不过周以真教授使之清晰化和系统化了。”从以上两位教授的观点中，可以得出不是所有的计算过程都是由计算机来完成的。计算思维的本质是抽象和自动化，而其核心方法是“构造”，同时，计算思维以计算机学科为基础。
“构造”作为计算思维的核心方法，包括对象构造、过程构造和验证构造这三种构造形态[3]。对象构造是指计算机过程中的各种对象，包括指令、硬件系统、数据组织、程序函数、程序组件以及系统软件等；过程构造以对象为基础的计算形态的构造，包括指令的执行、算法（涉及数据组织和语言）、计算资源调度、分布式处理以及软件工程等；验证构造在前两个构造的基础上，进行有效性分析，包括测试与分析、系统安全性、可靠性以及对社会的影响等。总而言之，计算思维的一个重要外在表现即为培养其构造能力。从学科思维的角度来分析，数学思维、逻辑思维和工程思维是与计算机学科关系最为紧密的传统思维方式。具体情况见下图。
二、课程内容设计，以“计算机网络”为例
（一）问题导入
网络是一个资源共享和信息传递的系统和平台，通过使用通信设备和通信线路连接具有独立工作能力的计算机的方式来实现整个网络的构建。网络系统在具体运作过程中，需要解决一下问题，包括：收发端的识别（谁收发信息）、内容识别（收发什么信息）、信息传递路径（路由选择）、信息传递的安全性和完整保障（容错技术、较验技术、身份认证）等。在以上环节当中，都可以用合适的问题导出各种可能性的解决办法和方案，从而筛选出最优的问题解决方案。在整个计算机网络中，每个知识点本来就是问题所产生的，因此，通过问题的引入导出最合适的解决方案是一个正确科学的选择。
（二）具体解决思路
要达到解决以上网络核心问题的目的，必须找准解决问题的思路，而“约定”就是解决网络核心问题最主要的思路。只有在有统一约定的基础上，不同地理位置的计算机联入网络时才能够快速准确地识别出信息的发送者。“有网络必有通信，有通信必有协议”这句话是网络技术中最为经典的表述。具有单一性的巨大协议是相当之复杂的，而且也很难满足整个网络通信的需求。因此，网络设计者们首先将整个通信问题分割为许许多多的小问题，并针對单个的小问题设计相应的协议。由于小问题比较单一，比较具有针对性，大大降低了协议设计、分析、编码和测试的难度。这种网络问题的解决思路集中反映了约简、分解、调度、折中等计算思维的思想。
（三）现有实现
在当前实际网络的具体使用过程当中，网络分层模型即为 OSI/Internet 模型，只不过网络分层模型是七层协议模型， OSI/Internet 模型是四层协议模型。在现有的网络使用中，网络的类型并不是固定的。例如，依据网络的覆盖范围来划分，网络可以分为局域网、城域网、广域网以及互联网等。
（四） 进一步发问
通过进一步发问的方式，可以进一步探讨网络中存在的问题。例如，一般来说，识别收发端的基本方法是IP，然而，在网络中，很有可能会出现 IP 地址枯竭的情况，此时，必须要另寻其他解决办法。这种情况下，可以采用动态 IP和IP6来达到识别收发端的目的。在网络运用过程中，往往会因为联网的设备太多而造成通信瓶颈的状况，当这种情况发生时，该采取什么办法呢？其实，这是一个网络规模的问题，目前解决该问题的普遍方法是分别设置A、B、C 三类网络，以解决不同规模的适应问题。进一步发问的过程中，学生通过不断的温故知新，不断回溯，反复思考“网络模型”，最后茅塞顿开，豁然开朗。
三、结语
其实，不论计算机学习者采用什么样的途径和方法学习计算机基础知识和技能，最后都要将计算机的感性认识以及使用计算机的激情归结到计算思维能力的培养中来。一个专业并且懂得融会贯通的计算机操作员，要熟练掌握计算机的构造，清楚计算机解决问题的范围和能力，哪些问题能够自动化解决，进而通过抽象表达问题来实现自动化处理。计算机学习者只有学到了这个程度和水平，才最终达到了计算机基础课程教学的目标。
参考文献：
[1] 陆汉权，何钦铭，徐镜春. 基于计算思维的“大学计算机基础”课程教学内容设计[J]. 中国大学教学，2012，09：55-58.
[2] 嵩天，李凤霞，蔡强，李仲君，史树敏. 面向计算思维的大学计算机基础课程教学内容改革[J]. 计算机教育，2014，03：7-11.
[3] 战德臣，王浩. 面向计算思维的大学计算机课程教学内容体系[J]. 中国大学教学，2014，07：59-66.