前言

1. 中国高等学校计算机（信息技术）基础教育发展的3个阶段

20世纪70年代中期，计算机应用之风吹到了中国大地，随之部分大学开始以公共课的形式进行普及计算机的教学。为了交流，由我国著名的天津大学许镇宇教授牵头，于1982年在庐山、1983年夏天在泰安连续两年召开了全国性的高校计算机普及教育研讨会。

作者当时也在兼任这方面的工作，参加了1983年在泰安举办的会议，并拿着自己编写的一套讲义与会展示、交流。这套讲义的内容包括二进制编码、逻辑运算基础、计算机组成、操作系统（以DOS为例）、数据库（DBASE）和BASIC程序设计，交流、展示后，受到许镇宇教授和与会代表的高度评价和赞誉。在当时计算机基础教育处于起步摸索的阶段，这套讲义被大家称为中国计算机基础教学的第一套教材。此后，正式出版的计算机基础教材才陆续问世。

按照泰山会议的共识，1984年全国高校计算机基础教育研究会在黄山成立。作者也以极大的热情参加了研究会的工作，并长期担任理事、常务理事、学术委员会副主任、课程建设委员会副主任、财经信息管理委员会副主任等职务，亲自见证并积极参与了中国高等学校计算机（信息技术）基础教育的研究与实践。纵观这个历程，大致可以分为3个阶段。

1）面向信息（计算机）扫盲的计算机文化教育阶段

我国高校的计算机基础教育是从普及的初衷开始的。那时，国外也大致如此。对此影响比较大的一件事是1981年，第三届世界计算机教育会议提出了“计算机文化”教育的观点。第二件事是联合国教科文组织关于“文盲”概念的标准的修改：在很长的时期内，人们把文盲定义为“不识字的人”；20世纪70年代，联合国教科文组织又把文盲界定为“不认识现代信息符号、图标的人”；之后又把文盲界定为“不能应用计算机进行信息交流与管理的人”。第三件事是20世纪80年代中后期开始的以“信息高速公路”建设为主题的信息化热潮。第四件事是微软公司的Windows操作系统的问世。第五件事是Web技术的出现。伴随着这5件事的发生，我国高等学校的计算机基础教育内容也不断更新，具体表现如下。

（1）部分学校将计算机基础课程改称“计算机文化”“信息技术”，以此名称命名的教材开始大量出现。

（2）在内容上不断完善，先后增加了文字处理（最初是金山的WPS）、计算机网络和多媒体技术。

（3）在平台上，由DOS逐渐转向Windows。

作者作为那个时期的弄潮儿，抢先推出了介绍Windows及其应用的教材《计算机信息处理平台基础教程》（电子工业出版社，1997年10月，ISBN为978-7-505-34231-6）和《信息技术与信息化基础教程》（电子工业出版社，1998年1月，ISBN为978-7-505-34466-2）。

随着信息化浪潮的推进，我国高校计算机基础教育走向成熟，开始向高层次发展。进入20世纪90年代中期，三层次教育的思路开始形成。1998年4月6日的《计算机世界》上，发表了全国高等学校计算机基础教育研究会组织的两个完整的改革方案：一个是理工类，一个是非理工类。作者撰写了其中的《高校计算机基础教育改革方案（征求意见稿）》（适合于非理工专业）。在这个方案中提出的三层次方案是公共基础层（面向各专业的公共基础课）、面向专业群的技术基础层和结合专业的专业技术层。全国高校计算机基础教育研究会于1998年10月在南昌召开的全国年会上，正式推出了这两个面向21世纪的改革方案。

配合这个方案，作者编写了《大学计算机应用基础教程》《大学计算机应用实验教程》《大学计算机技术基础教程》和《大学计算机技术实验教程》，于1999年7月由科学出版社出版。

这套书的基本思想是将计算机基础分为技术和应用两部分，分别由主教材和实验教材两部分组成。之所以这样分割，是因为当时已经出现了从中学到研究生，计算机基础教学都是协同的内容、相同的面孔的局面。这套书率先启用了“大学计算机”的名称。可以说，它们是那个时期大学计算机的总结。

2）面向信息素养的大学计算机教育阶段

计算机基础教育的改革，不仅是内容的更新，更重要的是教育思想、教育理念的提升。

1974年，美国信息产业协会主席Paul Zurkowski率先提出了信息素养（Information Literacy）这一全新概念，并解释为“利用大量的信息工具及主要信息源使问题得到解答的技能”。 1989年，美国图书馆协会（American Library Association，ALA）下设的“信息素养总统委员会”在其年度报告中对信息素养的含义进行了重新概括：“要成为一个有信息素养的人，就必须能够确定何时需要信息并且能够有效地查寻、评价和使用所需要的信息。”

1992年，Doyle在《信息素养全美论坛的终结报告》中将信息素养定义为：一个具有信息素养的人，他能够认识到精确的和完整的信息是做出合理决策的基础，确定对信息的需求，形成基于信息需求的问题，确定潜在的信息源，制定成功的检索方案，从包括基于计算机和其他信息源获取信息、评价信息、组织信息于实际的应用，将新信息与原有的知识体系进行融合以及在批判性思考和问题解决的过程中使用信息。

1998年，美国图书馆协会和教育传播协会制定了学生学习的九大信息素养标准，概括了信息素养的具体内容。

标准一：具有信息素养的学生能够有效地和高效地获取信息。

标准二：具有信息素养的学生能够熟练地和批判地评价信息。

标准三：具有信息素养的学生能够有精确地、创造性地使用信息。

标准四：作为一个独立学习者的学生具有信息素养，并能探求与个人兴趣有关的信息。

标准五：作为一个独立学习者的学生具有信息素养，并能欣赏作品和其他对信息进行创造性表达的内容。

标准六：作为一个独立学习者的学生具有信息素养，并能力争在信息查询和知识创新中做得最好。

标准七：对学习社区和社会有积极贡献的学生具有信息素养，并能认识信息对民主化社会的重要性。

标准八：对学习社区和社会有积极贡献的学生具有信息素养，并能实行与信息和信息技术相关的符合伦理道德的行为。

标准九：对学习社区和社会有积极贡献的学生具有信息素养，并能积极参与小组的活动探求和创建信息。

可以看出，美国提出的信息素养概念则包括3个层面：文化层面（知识方面）、信息意识（意识方面）和信息技能（技术方面）。

古人云：“马不伏历（枥），不可以趋道；士不素养，不可重国”（《汉书·李寻传》）。在人类社会发展的历史长河中，素养是一个永恒的话题。何谓素养？其实非常简单：素即素质（Quality），养即教养。所以，素养就是人的素质和教养。然而，什么是素质呢？在不同的文化背景下，它有不同的定义，有不同的要求。信息素养是信息时代素质教育的核心内容。这个概念一经提出，便得到广泛传播和使用。世界各国的研究机构纷纷围绕如何提高信息素养展开了广泛的探索和深入的研究，对信息素养概念的界定、内涵和评价标准等提出了一系列新的见解。

作者作为当时全国高等学校计算机基础教育研究会的常务理事和课程建设委员会副主任，作为一位有责任的大学老师，有义务推行这一新概念和新理念，并连续发表了几篇文章。

（1）《关于高校IT基础教育改革的几点思考》，高教出版信息，2002年第11期。

（2）《信息素养——21世纪计算机基础教育的坐标系》，教育信息化，2002年第9期。

（3）《论高等信息素养教育》，计算机教育，创刊号（2003年12月1日）。

（4）《关于新时期高等学校信息基础教育第一门课的思考》，计算机教育，2004年第1期。

（5）《高等信息素养教育框架》，计算机教育，2004年第2、3期合刊。

同时，编写了如下相应的教材。

（1）《大学生信息素养知识教程》，南京大学出版社，2007年5月，ISBN为978-7-305-　05060-2。

（2）《大学生信息素养能力教程》，南京大学出版社，2007年5月，ISBN为978-7-305-　05061-9。

（3）《信息素养大学教程（知识篇）》，人民邮电出版社，2013年9月，ISBN为978-7-115-31930-2。

（4）《信息素养大学教程（实践篇）》，人民邮电出版社，2013年9月，ISBN为978-7-115-31866-4。

3）面向计算思维培养的大学计算机教育阶段

人的素质就是人的生理元素和思维元素的质量。人的素质的高低，与人天生的生理元素和思维元素的多少有关，也与后天培养的生理组织的健康程度和思维系统的健全程度有关。所以在素质教育中，思维训练是极为重要的核心内容。

2006年3月，美国卡内基?梅隆（Camegie Mellon）大学计算机科学系原主任、时任美国国家科学基金会计算机与信息科学与工程学部负责人的周以真（见图0.1）教授在美国计算机权威期刊Communications of the ACM杂志上正式提出了“计算思维”（Computational Thinking）的概念，并推动一项计划：力图使所有的人都能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。

后来，周以真教授又对它做了进一步的详细阐释。

（1）通过约简、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人们知道问题怎样解决的方法。 

（2）计算思维是一种递归思维，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。 

（3）计算思维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，是基于关注分离的方法（SOC方法）。

（4）计算思维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。

（5）计算思维是按照预防、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。

（6）计算思维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。

（7）计算思维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中的思维方法。 

计算思维是一种概念，也是一种思想、一种教育理念。2011年被陈国良院士等人传播到国内，不仅影响计算机及其相关专业的教育，而且影响高等学校计算机基础教育，把中国的计算机基础教育带进一个新的时期——计算思维教育阶段。

2. 本书的写作思想

周以真教授提出的计算思维，不仅为计算机教育带来新的思想，而且会影响整个教育体制的理念。但是，这不能只靠周以真教授一人，还需要更多的人去发展、去展开、去实践、去推行。这就是本书写作的基本思想。

关于计算思维本身，本人将其具体化为如下一些具体的思维。

（1）计算符号化思维。

（2）计算自动化与智能化思维。

（3）工程化问题求解思维。

（4）算法思维。

（5）协同计算。

（6）计算虚拟化。

这些思维不仅造就了计算、计算机本身，而且已经延伸到几乎所有领域。介绍这些思维模式，有助于各个领域的创新发展和技术进步，这也是本书内容组织的框架。

按照上述计算思维所包含的内容，本书分为相应的6章，并把有关信息技术的介绍放进有关章节。这样的一种组织模式，旨在使当代大学生站在一个较高的高度，从一个较宽的视野，获得一些较深的启迪。

为了适应不同读者的学习需求，本书前5章都设了一个“知识链接”栏目。这个栏目的内容可以选学。

3. 希望与感谢

本书完全围绕“计算思维”，贯穿了新思想，采用了新提法，组织了新内容，形成了新体系。这一切都是尝试。它的不成熟、不完整、不确切已经估计到了。但作者水平也就如此，不过也留下了一个能让更多的人参与的空间。希望有关读者、专家能就此展开讨论，提出宝贵意见，将这个事业不断向前、向新推进。

在本书写作过程中，参考了大量资料。有些已经在相关参考文献中列出，有些因为是网络佚名作者，还有些已经多次辗转引用，无法找到原始作者。在此谨表感谢。

在本书写作过程中，赵忠孝、古辉、张秋菊、史林娟、张展为、董兆军、张友明、戴璐等也参加了部分工作，也在此一并感谢。

                                                                   张基温

2017年7月15日

                                                           于广州小海之畔

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