基于計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算思維學(xué)習(xí)

張慶款 楊洋 周坤 練文錚

摘要

分析計(jì)算思維的起源以及定義，在此基礎(chǔ)上探究計(jì)算思維在大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)課教育上的應(yīng)用，討論如何將計(jì)算思維和大學(xué)教學(xué)有機(jī)結(jié)合。如何培養(yǎng)大學(xué)生的計(jì)算思維以及在其指導(dǎo)下學(xué)習(xí)相關(guān)計(jì)算機(jī)專業(yè)知識。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算思維 大學(xué)教育 計(jì)算機(jī)

1 闡述計(jì)算思維的定義及其認(rèn)識

1.1 計(jì)算思維的由來和特點(diǎn)

計(jì)算思維的思想從提出到發(fā)展有了很長時(shí)間，計(jì)算思維的思想不僅僅是為了計(jì)算機(jī)專業(yè)的人員服務(wù)，而且可以運(yùn)用到各個(gè)學(xué)科，利用計(jì)算思維拓展思路，掌握良好的思維模式，從而解決各個(gè)學(xué)科的問題。

1.2 計(jì)算思維的定義及其在相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系

“計(jì)算思維是以計(jì)算機(jī)學(xué)科的系列理論為基礎(chǔ)進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為模擬等涵蓋計(jì)算機(jī)范疇的一系列思維活動(dòng)”，計(jì)算思維所采取的辦法就是，提出假設(shè)，對所研究的黑箱“輸入”信息，根據(jù)所反饋的“輸出信息”進(jìn)行分析和判斷，驗(yàn)證假設(shè)。

2 計(jì)算思維在教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

中科院的王飛躍教授、李國杰教授在計(jì)算思維方面孜孜以求的探索著，計(jì)算思維作為一個(gè)問題解決的有效工具，人人都應(yīng)當(dāng)掌握，處處都會(huì)被使用。計(jì)算思維是無處不在的，提供了理解世界的智力工具，在人類社會(huì)中具有永久的價(jià)值。目前在高校廣泛開展的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，在計(jì)算機(jī)專業(yè)中存在著重技能而非思想，重點(diǎn)而非面，在很多知識的練習(xí)中往往是知其然而不知其所以然，無法對問題有清晰的定義以及解決問題的思路，只能是用僵硬的固定思維去解決，而某些問題的情況發(fā)生改變卻不能做出相應(yīng)的調(diào)整。

2.2 任務(wù)驅(qū)動(dòng)型教學(xué)

在現(xiàn)在的教學(xué)中，做的比較突出的是基于計(jì)算思維的任務(wù)驅(qū)動(dòng)型教學(xué)模式，這種教學(xué)是以學(xué)生為核心，老師作為輔導(dǎo)或者是引導(dǎo)者的身份出現(xiàn)。要求教師課前對本節(jié)課的任務(wù)進(jìn)行規(guī)劃，對教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)任務(wù)、任務(wù)分配和時(shí)間掌握上做到有規(guī)劃，對存在的難點(diǎn)，疑點(diǎn)提供引導(dǎo)性的方向提示，對學(xué)生有所啟發(fā)。學(xué)生作為主題提出任務(wù)的解決方法，以及實(shí)施的具體方案，并在方案每一步的進(jìn)行中測試其可行性，為下一部分提供經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)。還有加以部分實(shí)踐，為概念的理解加以深化。

2.3 問題驅(qū)動(dòng)型教學(xué)

除了任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)還有問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)，類似于計(jì)算機(jī)在處理問題時(shí)的問題抽象，對問題進(jìn)行定義，建立合理的數(shù)學(xué)模型，針對這個(gè)數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)具體算法進(jìn)行求解，編程具體實(shí)現(xiàn)，完成測試，解決問題。學(xué)習(xí)者必須擁有學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)。問題驅(qū)動(dòng)也是以學(xué)生為核心，讓學(xué)生獨(dú)立自主的來解決問題的有效方式。但并不是所有的教學(xué)任務(wù)都可以通過問題驅(qū)動(dòng)來完成，在某些特定領(lǐng)域中，知識點(diǎn)的理解已經(jīng)超越了大學(xué)生的研究范圍，會(huì)有部分問題不能解決，導(dǎo)致學(xué)生的興趣下降。

2.4 教學(xué)資源庫的建立

在探究計(jì)算思維的教學(xué)上，利用思維導(dǎo)圖為基礎(chǔ)，以網(wǎng)站為展示形式，輔助教學(xué)視頻和經(jīng)典例題的形式來完整展示計(jì)算思維過程，更清晰深刻的理解計(jì)算思維的內(nèi)涵以及掌握思維過程。

思維導(dǎo)圖的建立需要有一個(gè)中心，就是要解決問題的核心或者任務(wù)的核心，在此基礎(chǔ)上對核心內(nèi)容進(jìn)行定義、解剖、分析，找到解決問題的切入點(diǎn)，找出針對問題的方向，并且對每一個(gè)方向的概念都要清晰的定義出。同時(shí)突出層次感，并且能對過程進(jìn)行反思和檢驗(yàn)。

在課后過程中，通過思維導(dǎo)圖的方式強(qiáng)化計(jì)算思維的過程，對養(yǎng)成計(jì)算思維是大有裨益的。思維導(dǎo)圖的作用有以下方面：

2.4.1 利用思維導(dǎo)圖等多媒體表現(xiàn)出計(jì)算思維的過程

關(guān)于計(jì)算思維的研究也很多，具體到課程學(xué)習(xí)的很多，但是處于探討研究階段，通過思維導(dǎo)圖等多種多媒體展示效果可以更好的培養(yǎng)計(jì)算思維能力，而且涵蓋專業(yè)課、基礎(chǔ)學(xué)科，更全面的建立以計(jì)算思維為基礎(chǔ)的全學(xué)科知識結(jié)構(gòu)，掌握計(jì)算思維能力。

2.4.2 圖文并重，系統(tǒng)化思維過程

思維導(dǎo)圖的建立必須尋找一個(gè)核心點(diǎn)，并圍繞此為對核心點(diǎn)進(jìn)行分解，尋求問題的背景，問題的定義，解決問題的途徑，以及運(yùn)用的思想。把思維的過程進(jìn)行了梳理，清晰簡單，圖文并茂，運(yùn)用圖來強(qiáng)化思想的路徑，并且加強(qiáng)記憶，讓思維能力得到提升。

2.4.3 創(chuàng)建體系架構(gòu)，鏈接知識點(diǎn)

利用思維導(dǎo)圖對整個(gè)知識體系進(jìn)行梳理，并且把任務(wù)或者要解決的問題作為核心內(nèi)容，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行拓展。依照問題定義、提出假設(shè)、驗(yàn)證假設(shè)的過程對學(xué)科內(nèi)容分析，能夠容易的看出知識點(diǎn)的關(guān)聯(lián)性，一個(gè)問題的解決可能對好幾個(gè)問題都有啟示作用。

利用以思維導(dǎo)圖為基礎(chǔ)，加上教學(xué)視頻以及課后習(xí)題的形式，對課程內(nèi)容整理歸納，形成一個(gè)較為完整的體系結(jié)構(gòu)，

3 計(jì)算思維未來展望

從深層意義上說，計(jì)算機(jī)早已不是一臺(tái)簡單的運(yùn)行機(jī)器擺在人類的眼前，久而久之，計(jì)算思維將隨著計(jì)算學(xué)科的發(fā)展而不斷完善，成為普遍存在于人類思想的思維方式。

參考文獻(xiàn)

[1]KarpRM.Understandingsciencethroughthecomputationallens[J].JournalofComputerScienceand Technology，July，2011，26（04）：569-577.

[2]Wing JM.ComputationalThinking[J].Communication oftheACM，2006，49（03）：33-35

[3]陳國良，董榮勝.計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育[J].中國大學(xué)教學(xué)，2011（01）.

[4]Xu ZW，To DD.Three new conceptsof future computer science[J].Journal of Computer Science andTechnology，2011，26（04）：616-624.

[5]陳亞瓊.高中信息技術(shù)課程中任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的應(yīng)用研究[D].山東：山東師范大學(xué)，2009.