大學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)中的計(jì)算思維培養(yǎng)

摘 要：在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中，培養(yǎng)大學(xué)生的計(jì)算思維，使大學(xué)生學(xué)會(huì)用計(jì)算思維去思考問題和解決問題，從而提升計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)水平、培養(yǎng)卓越人才。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；大學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)；計(jì)算思維；培養(yǎng)

目前各高校普遍根據(jù)教指委《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的意見》采用了“1+X”的課程體系，發(fā)達(dá)地區(qū)有的高校采用了“2+X”的課程體系。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)已經(jīng)規(guī)范化和科學(xué)化，以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為核心的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革具有良好的基礎(chǔ)?！按髮W(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”是所有學(xué)生必修的課程，課程包含了計(jì)算機(jī)基本知識(shí)、基本使用技能和網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫與多媒體三大核心模塊使用。課程內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少、學(xué)生程度不一。針對(duì)這些問題在該課程中實(shí)施以計(jì)算思維為導(dǎo)向的教學(xué)改革，有難度但也是趨勢(shì)，更需要探索和實(shí)踐。

1 大學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)的現(xiàn)狀

“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程是本科生進(jìn)入大學(xué)后首先學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)課程。近年來，許多高校都把該課程列為必修的公共基礎(chǔ)課程之一。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)作為本科教育教學(xué)的重要組成部分，課程的內(nèi)涵和目標(biāo)需要充分體現(xiàn)時(shí)代的特征和需求，不斷與時(shí)俱進(jìn)，改革創(chuàng)新。課程的目標(biāo)不僅僅要傳授、訓(xùn)練和拓展大學(xué)生在計(jì)算機(jī)方面的基礎(chǔ)知識(shí)和應(yīng)用能力，更要展現(xiàn)計(jì)算機(jī)學(xué)科的思維方式，培養(yǎng)當(dāng)代大學(xué)生用計(jì)算機(jī)解決和處理問題的思維和能力，提升大學(xué)生的綜合素質(zhì)，強(qiáng)化創(chuàng)新實(shí)踐能力。

計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等，它涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)是培養(yǎng)大學(xué)生計(jì)算思維能力的重要課程載體。教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)提出了大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)要培養(yǎng)對(duì)計(jì)算機(jī)的認(rèn)知能力、利用計(jì)算機(jī)解決問題能力、基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同能力和信息社會(huì)終身學(xué)習(xí)能力。這四個(gè)方面能力的培養(yǎng)，恰恰說明了計(jì)算思維能力培養(yǎng)的核心要素。

2 計(jì)算思維的培養(yǎng)

2006年3月，美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在美國(guó)計(jì)算機(jī)權(quán)威期刊《Communications of the ACM》雜志上給出，并定義的計(jì)算思維（Computational Thinking）。周教授認(rèn)為：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。

以上是關(guān)于計(jì)算思維的一個(gè)總定義，周教授為了讓人們更易于理解，又將它更進(jìn)一步地定義為：通過約簡(jiǎn)、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，把一個(gè)看來困難的問題重新闡釋成一個(gè)我們知道問題怎樣解決的方法；是一種遞歸思維，是一種并行處理，是一種把代碼譯成數(shù)據(jù)又能把數(shù)據(jù)譯成代碼，是一種多維分析推廣的類型檢查方法；是一種采用抽象和分解來控制龐雜的任務(wù)或進(jìn)行巨大復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，是基于關(guān)注分離的方法（SoC方法）；是一種選擇合適的方式去陳述一個(gè)問題，或?qū)σ粋€(gè)問題的相關(guān)方面建模使其易于處理的思維方法；是按照預(yù)防、保護(hù)及通過冗余、容錯(cuò)、糾錯(cuò)的方式，并從最壞情況進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)的一種思維方法；是利用啟發(fā)式推理尋求解答，也即在不確定情況下的規(guī)劃、學(xué)習(xí)和調(diào)度的思維方法；是利用海量數(shù)據(jù)來加快計(jì)算，在時(shí)間和空間之間，在處理能力和存儲(chǔ)容量之間進(jìn)行折衷的思維方法。

明確、恰當(dāng)?shù)貙⒂?jì)算思維融入“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程教學(xué)過程中，以提高學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)知識(shí)抽象問題、進(jìn)行問題求解和形式化描述的能力，對(duì)新形式下計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革是一個(gè)挑戰(zhàn)和必須面對(duì)的課題。教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)主任委員陳國(guó)良院士對(duì)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程實(shí)施計(jì)算思維給出了教學(xué)方法原則建議：以計(jì)算學(xué)科基本問題為導(dǎo)向，以經(jīng)典案例為基礎(chǔ)，通過實(shí)驗(yàn)了解和應(yīng)用編程的基本原理，通過習(xí)題課強(qiáng)化學(xué)科基礎(chǔ)概念的理解，著力提高學(xué)生的計(jì)算思維能力。

周以真教授認(rèn)為計(jì)算思維吸取了問題解決所采用的一般數(shù)學(xué)思維方法，現(xiàn)實(shí)世界中巨大復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與評(píng)估的一般工程思維方法，以及復(fù)雜性、智能、心理、人類行為的理解等的一般科學(xué)思維方法。計(jì)算思維建立在計(jì)算過程的能力和限制之上。計(jì)算方法和模型使我們敢于去處理那些原本無法由個(gè)人獨(dú)立完成的問題求解和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。計(jì)算思維中的抽象完全超越物理的時(shí)空觀，并完全用符號(hào)來表示，其中，數(shù)字抽象只是一類特例。與數(shù)學(xué)和物理科學(xué)相比，計(jì)算思維中的抽象顯得更為豐富，也更為復(fù)雜。數(shù)學(xué)抽象的最大特點(diǎn)是拋開現(xiàn)實(shí)事物的物理、化學(xué)和生物學(xué)等特性，而僅保留其量的關(guān)系和空間的形式，而計(jì)算思維中的抽象卻不僅僅如此。計(jì)算思維利用啟發(fā)式推理來尋求解答，就是在不確定情況下的規(guī)劃、學(xué)習(xí)和調(diào)度。它就是搜索、搜索、再搜索，結(jié)果是一系列的網(wǎng)頁，一個(gè)贏得游戲的策略，或者一個(gè)反例。計(jì)算思維利用海量數(shù)據(jù)來加快計(jì)算，在時(shí)間和空間之間，在處理能力和存儲(chǔ)容量之間進(jìn)行權(quán)衡。

以計(jì)算思維為核心的課程改革正在不斷地探討和深入，實(shí)施中還會(huì)遇到一些問題需要解決和面對(duì)。計(jì)算思維既然與人們的工作和生活如此密切相關(guān)，理所當(dāng)然地應(yīng)當(dāng)成為人類不可或缺的一種生存能力。它應(yīng)當(dāng)有效地融入我們每一堂課之中。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，是一個(gè)較為長(zhǎng)期的過程，需要我們不斷探索與實(shí)踐。

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作者簡(jiǎn)介

石建國(guó)（1981-），男，河北永清人，河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，講師，主要從事計(jì)算機(jī)技術(shù)等方向的研究。