高等教育中計算機思維能力分析

蘇新梅

[摘要]本文結(jié)合對計算思維能力的認知與理解，指出了大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)中應(yīng)當強調(diào)計算思維能力的融入，以便更好地培養(yǎng)學(xué)生的“計算思維能力”。對此，構(gòu)建了以“計算思維能力”為核心的大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)體系，為大學(xué)基礎(chǔ)計算機教學(xué)提供更多的借鑒和參考依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]高等教育；計算機基礎(chǔ)教學(xué)；計算思維能力；教學(xué)體系

一、“計算思維”與“計算思維能力”的主要內(nèi)涵

在計算機行業(yè)中，計算思維代表獲得了最佳訓(xùn)練的計算機技術(shù)從業(yè)人員在處理問題時比較常見的思維模式，呈現(xiàn)出此前半個世紀的時間，在計算機與信息技術(shù)持續(xù)進步期間，取得了不錯成果的一部分研究和處理問題的經(jīng)典模式和方法。

2006年在美國首次提出了計算思維這一理論，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真教授表示：這種思維理念代表以計算機科學(xué)相關(guān)理論知識為前提滿足問題求解、系統(tǒng)規(guī)劃與識別人類行為等需求的一種科學(xué)模式。自然科學(xué)領(lǐng)域有三大科學(xué)方法：理論方法，試驗方法和計算方法。而這種思維將抽象與自動化轉(zhuǎn)換成解決方案，進行相關(guān)問題求解與系統(tǒng)規(guī)劃，借此達到推動世界進步的目的?？梢杂行瓿纱笠?guī)模數(shù)據(jù)的處理研究、大型工程組織等工作任務(wù)，是人們認知實踐和解決問題的一項核心素質(zhì)和能力。

隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷延伸，計算機學(xué)科在發(fā)展中與其它學(xué)科之間的融合也在不斷加強，計算機人才的培養(yǎng)很多時候也是面向?qū)I(yè)領(lǐng)域的，所以結(jié)合專業(yè)屬性培養(yǎng)計算機人才的計算思維能力和專業(yè)問題解決能力就成為一個重要的教育課題。尤其是隨著“計算機人才熱”的升溫，如何培養(yǎng)“適銷對路”的復(fù)合型人才至關(guān)重要，而計算思維作為一項基礎(chǔ)性素質(zhì)，是每個學(xué)生都應(yīng)當重點掌握的。計算思維的精髓是“抽象”，它將所研究的問題抽象表示為程序化、形式化和機械化的對象，成為可被機器進行批處理的對象。計算思維的這種關(guān)于抽象的操作機理內(nèi)化到人的行為、意識和習慣中就是“計算思維能力”，因此只有培養(yǎng)這種能力才能達到建立計算思維目的。這種能力主要由以計算學(xué)科為前提形成的基礎(chǔ)理論、思維習慣、學(xué)習能力以及創(chuàng)新能力等組成，這不僅使學(xué)生學(xué)好計算機專業(yè)課程的基礎(chǔ)，也是學(xué)生自主學(xué)習和創(chuàng)新的一個必要條件。

二、大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程中的計算思維能力培養(yǎng)

在高等教育體系當中。計算機基礎(chǔ)課程隸屬于通識教育領(lǐng)域，是素質(zhì)教育的重要內(nèi)容。目前，教育工作者大多看重計算機基礎(chǔ)教育的工具性職能，所以容易忽視其在培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力和創(chuàng)新思維能力方面的目標，導(dǎo)致學(xué)生無法全面把握計算機科學(xué)的思維方法，進而影響后續(xù)的專業(yè)學(xué)習和職業(yè)發(fā)展。所以說，在計算機基礎(chǔ)課程的教學(xué)中，需要對計算機思維能力的培養(yǎng)進行準確定位，作為后期進行計算機基礎(chǔ)教學(xué)的重中之重，如此一來，方能滿足現(xiàn)代社會發(fā)展的需求。

2010年，教育部高等學(xué)校計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)部門正式推行《九校聯(lián)盟（c9）計算機基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》，文件中指明計算機基礎(chǔ)課程中應(yīng)將“計算思維”確定成重點，同時指出所有高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)最主要的工作便是鍛煉學(xué)生的“計算思維能力”。

這一時期，大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)主要希望學(xué)生獲得計算思維能力，作為教學(xué)期間至為關(guān)鍵的一項工作。因此形成一套系統(tǒng)全面的計算機基礎(chǔ)教學(xué)體制，同樣屬于大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)重中之重。計算機可以快速實現(xiàn)信息、數(shù)據(jù)的分析處理，如大規(guī)模系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及工程日志等，均能夠通過計算機掌握整個處理流程。計算機的存在盡可能提升了人們處理數(shù)據(jù)的效率，讓人們對世界的了解程度上升到一個全新的高度。運用機器模擬人類的思維方式，即為計算思維最直接的表現(xiàn)。計算思維和計算機兩者的特征大致上是相同的，計算思維會隨著計算機的發(fā)展而發(fā)展。將計算思維融入到計算機基礎(chǔ)課程的教學(xué)體系中，制定詳細的學(xué)習目標和評價標準，以促進學(xué)生計算思維能力的有效培養(yǎng)。

三、建立以“計算思維能力”培養(yǎng)的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)體系

建立以“計算思維能力培養(yǎng)”的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)體系，是當今信息技術(shù)快速發(fā)展的時代背景下，逐步適應(yīng)計算機科學(xué)和信息技術(shù)發(fā)展的需要，也是我們創(chuàng)新戰(zhàn)略對計算機基礎(chǔ)教學(xué)提出的重大要求。

（一）“厚基礎(chǔ)、勤實踐、善創(chuàng)新”的教學(xué)目標

大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)要實現(xiàn)“厚基礎(chǔ)、勤實踐、善創(chuàng)新”這一培養(yǎng)目標。首先，要重視這種教學(xué)形式，打造一套可以鍛煉學(xué)生思維模式的體系，以此讓學(xué)生能夠主動去挖掘問題、分析與處理問題，這便是大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)重點任務(wù)之一。其次，要加強計算機理論教學(xué)與實踐教學(xué)之間的銜接，培養(yǎng)學(xué)生的知識應(yīng)用意識和解決問題的思維能力。再次，高校的計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)，還應(yīng)當加強與學(xué)生專業(yè)應(yīng)用之間的融合，引導(dǎo)學(xué)生用所學(xué)的計算機知識服務(wù)于專業(yè)問題的解決和專業(yè)知識的獲取。

（二）整合課堂教學(xué)與課外教學(xué)，形成多元立體化計算機基礎(chǔ)教學(xué)體系

“多元化、融合化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化”是當前高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展的重要趨勢。針對這種教學(xué)模式打造一套多元立體化體制，使各種專業(yè)的學(xué)生均能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)全面的學(xué)習。這種計算機基礎(chǔ)教學(xué)體制主要分為兩類，即課堂與課外兩種教學(xué)體制，前者主要由理論、實驗兩種教學(xué)形式組成，而后者主要由網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、實踐分析以及技能鍛煉等內(nèi)容組成。以多元立體化計算機基礎(chǔ)教學(xué)體系為前提形成的新型教學(xué)方式不僅可以鍛煉學(xué)生的計算思維能力，而且可以增強學(xué)生的實踐動手能力。通過理論+實踐兩種方式的結(jié)合，一方面可以幫助學(xué)生更好理解所學(xué)的理論知識，另一方面則能夠進一步了解計算思維的本質(zhì)，獲得如何通過這種思維模式研究與處理難題的能力。而理論+網(wǎng)絡(luò)兩種方式的結(jié)合，則能夠幫助學(xué)生在學(xué)習基礎(chǔ)知識以及面對專業(yè)文化差異的環(huán)境時均能實現(xiàn)有效的進步，同時能夠使學(xué)生建立主動學(xué)習、主動探索的精神。專業(yè)技能訓(xùn)練平臺+實踐創(chuàng)新平臺兩種方法的結(jié)合，可以幫助學(xué)生在整體上提升自身的計算機操作技能和創(chuàng)新應(yīng)用能力。

（三）將“計算思維能力”培養(yǎng)與“復(fù)合型高素質(zhì)創(chuàng)新人才”培養(yǎng)相結(jié)合

高等學(xué)校的教育目標在于幫助國家獲得更多復(fù)合型高素質(zhì)創(chuàng)新人才，目前各個院校確立復(fù)合型高素質(zhì)創(chuàng)新人才訓(xùn)練體制時，全部把通過潛移默化的形式使學(xué)生建立新型科學(xué)思維模式的工作作為主要內(nèi)容進行研究。故而高校需要把“計算思維能力”、“復(fù)合型高素質(zhì)創(chuàng)新人才”兩種能力的培養(yǎng)搭配在一起，是學(xué)生全面了解計算科學(xué)的基礎(chǔ)概念與模式，借此增強他們的計算思維能力，最終讓國家獲得更多復(fù)合型高素質(zhì)創(chuàng)新人才。若想讓兩者共同發(fā)展，各大高校均需要將以人為本、鍛煉能力、培養(yǎng)素質(zhì)、全面進步作為教學(xué)宗旨，同時把獲得更多擁有計算思維、整體實踐能力與探索三種能力的復(fù)合型高素質(zhì)創(chuàng)新人才確定成大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)體制改革的目標之一。

（四）強化計算機基礎(chǔ)教學(xué)與專業(yè)教學(xué)的結(jié)合

目前，無論是針對哪一學(xué)科問題的分析，必須利用頂尖的計算機技術(shù)以及配合計算機科學(xué)的思維和模式方可實現(xiàn)處理，因此必須形成計算機基礎(chǔ)教學(xué)以及專業(yè)教學(xué)兩者結(jié)合的全新教學(xué)宗旨，提升計算機處理各方面問題的能力，利用計算機學(xué)科這種有效提升，使自然學(xué)科與各種領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)長期有效的進步。

促使計算機基礎(chǔ)教學(xué)、專業(yè)教學(xué)兩者有效結(jié)合在一起，我們必須利用以下幾步來完成：第一步，將計算思維、學(xué)科思維兩者進行結(jié)合，使的計算思維這種穩(wěn)定性與基礎(chǔ)性的全新模式融入不同專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，按照抽象與自動化實踐教育的形式使學(xué)生站在學(xué)科思維的角度對其本質(zhì)進行分析與探索。第二步，將不同課程內(nèi)容體制搭配在一起，按照學(xué)生的專業(yè)情況以及實踐標準，進行計算機科學(xué)最小知識全面整理，同時在知識模塊化這一前提指導(dǎo)下，有效設(shè)立課程內(nèi)容，通過分層教學(xué)使學(xué)生計算思維能力得到提升。第三步，讓教學(xué)方案、模式實現(xiàn)結(jié)合，在專業(yè)教學(xué)方面搭配頂尖的計算機技術(shù)與教學(xué)模式，使建立在專業(yè)思維訓(xùn)練這一前提下的教學(xué)體制獲得長期有效的發(fā)展，形成科學(xué)有效且可觀測的能力培養(yǎng)綜合評價體系。

四、結(jié)束語

以“計算思維能力”培養(yǎng)為前提形成系統(tǒng)完善的大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)體制，使學(xué)生計算思維能力得到鍛煉，完成教學(xué)目標，第一步便是明確計算思維的基礎(chǔ)概念與本質(zhì)；第二步便是尋找計算思維培養(yǎng)的最佳方式，讓學(xué)生在解決相關(guān)難題時可以自主運用這種計算思維方式。計算機基礎(chǔ)課程是一門理論性和實踐性都很強的學(xué)科，在教學(xué)體系中貫穿計算思維的培養(yǎng)是一個新的跨越和挑戰(zhàn)。endprint