教育大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下大學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)方式的探究

魏夢(mèng)楠　馬燕

【摘要】教育信息化快速發(fā)展，大數(shù)據(jù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用與作用日益突出，教育大數(shù)據(jù)對(duì)大學(xué)生個(gè)人能力也有了更高的要求，培養(yǎng)出一個(gè)高素質(zhì)的信息化人才，適應(yīng)于時(shí)代的發(fā)展。本文從教育大數(shù)據(jù)、計(jì)算思維等概念入手，結(jié)合教育大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)與發(fā)展要求，對(duì)大學(xué)生在計(jì)算思維方面的培養(yǎng)方式進(jìn)行探究，從而得出教育大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下，大學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)方法，以更好地適應(yīng)數(shù)據(jù)時(shí)代的發(fā)展，應(yīng)對(duì)更多的挑戰(zhàn)。

【關(guān)鍵詞】教育大數(shù)據(jù) 計(jì)算思維 培養(yǎng)方式

【基金項(xiàng)目】重慶市研究生教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（重大項(xiàng)目）“重慶市研究生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐教育研究”（項(xiàng)目編號(hào)：Yjg151007）

【中圖分類號(hào)】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）01-0059-02

引言

當(dāng)今社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)信息化時(shí)代，運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決、處理問(wèn)題、學(xué)習(xí)、工作是每個(gè)在校大學(xué)生必備的素質(zhì)，培養(yǎng)大學(xué)生的信息素養(yǎng)，使其具備信息化社會(huì)的生存能力和終身學(xué)習(xí)能力已經(jīng)成為高等教育人才培養(yǎng)的重要目標(biāo)之一，同時(shí)又是現(xiàn)代信息社會(huì)對(duì)高等教育提出的新要求[1]。近年來(lái)，大數(shù)據(jù)不斷對(duì)社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生深刻影響，無(wú)論是政府、企業(yè)、教育機(jī)構(gòu)，還是廣大民眾數(shù)據(jù)意識(shí)都在逐步提高。技術(shù)變革教育，信息化帶動(dòng)教育現(xiàn)代化發(fā)展，大數(shù)據(jù)在教育領(lǐng)域發(fā)展應(yīng)用也有著廣闊的前景[2]。信息化高速發(fā)展，教育大數(shù)據(jù)的應(yīng)用突出，對(duì)國(guó)家層教育政策科學(xué)化的制定、區(qū)域?qū)咏逃獾陌l(fā)展、學(xué)校教育質(zhì)量的提升、課程體系與教育效果的最優(yōu)化以及個(gè)體的個(gè)性化發(fā)展都有著重要的影響，這對(duì)大學(xué)生個(gè)人能力也有了一定的要求，其中信息素養(yǎng)的提高和計(jì)算思維的培養(yǎng)也變得至關(guān)重要。教育大數(shù)據(jù)是什么？有什么價(jià)值？計(jì)算思維如何培養(yǎng)？又存在著哪些問(wèn)題？本文將著重對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行探討，從而得出教育大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下，大學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)方式。

一、教育大數(shù)據(jù)的定義與特點(diǎn)

1.教育大數(shù)據(jù)的定義

教育大數(shù)據(jù)則大數(shù)據(jù)的一個(gè)子集，特指教育領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)[3]。目前還沒(méi)有學(xué)者對(duì)教育大數(shù)據(jù)的概念做出嚴(yán)格的界定，通過(guò)各個(gè)學(xué)者對(duì)教育大數(shù)據(jù)的解析，我們可以理解為，教育大數(shù)據(jù)就是在整個(gè)教育教學(xué)過(guò)程中所產(chǎn)生的以及根據(jù)教育需要采集到的，一切用于教育發(fā)展并可創(chuàng)造巨大潛在價(jià)值的數(shù)據(jù)集合[4]。

2.教育大數(shù)據(jù)的構(gòu)成與處理過(guò)程

從教育大數(shù)據(jù)的構(gòu)成來(lái)看，主要來(lái)源于在線學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)易采集，包括學(xué)習(xí)過(guò)程的行為數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)結(jié)果的數(shù)據(jù)、個(gè)人信息的數(shù)據(jù)等各個(gè)方面。而線下產(chǎn)生的課堂學(xué)習(xí)中的學(xué)習(xí)過(guò)程行為的數(shù)據(jù)、教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)、教學(xué)管理中的數(shù)據(jù)等也都屬于教育大數(shù)據(jù)的范疇，只是相較于在線學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)而言，線下的教育大數(shù)據(jù)的采集會(huì)更困難一些。當(dāng)然按照不同層次來(lái)看，教育大數(shù)據(jù)的構(gòu)成也可以由國(guó)家層數(shù)據(jù)、區(qū)域?qū)訑?shù)據(jù)、學(xué)校層數(shù)據(jù)、課程層數(shù)據(jù)以及個(gè)體層數(shù)據(jù)等五部分構(gòu)成。由于教育大數(shù)據(jù)來(lái)源多樣，數(shù)量龐大、格式不一，信息內(nèi)容良莠不齊，所以對(duì)于教育大數(shù)據(jù)的處理一般需要四個(gè)基本過(guò)程：教育數(shù)據(jù)采集、處理、分析、呈現(xiàn)，其中教育數(shù)據(jù)的處理是教育大數(shù)據(jù)的核心環(huán)節(jié)。

3.教育大數(shù)據(jù)的特性

教育大數(shù)據(jù)是服務(wù)于教育發(fā)展的，具有教育的目的性，不是所有的一切數(shù)據(jù)都屬于教育大數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)之“大”也不是單指數(shù)據(jù)的數(shù)量之大，更多的強(qiáng)調(diào)的是“價(jià)值”之大。從教育大數(shù)據(jù)的特性來(lái)看，教育大數(shù)據(jù)同樣具有大數(shù)據(jù)的核心特征：4V即數(shù)據(jù)量大（Volume）、輸入和處理速度快（Velocity）、數(shù)據(jù)多樣（Variety）和精確性（Ve-racity）。除此之外，教育大數(shù)據(jù)還有很強(qiáng)的周期性、整體性、非線性、高復(fù)雜性和巨大的價(jià)值。

二、計(jì)算思維的定義與特征

縱觀科技史與科技哲學(xué)的發(fā)展，結(jié)合人類的科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)來(lái)看，計(jì)算思維與理論思維、實(shí)驗(yàn)思維可并列為人類三大科學(xué)思維，計(jì)算思維是人類科學(xué)思維的基本方式之一[5]。

1.計(jì)算思維的定義與內(nèi)涵

早在1996年麻省理工學(xué)院的一位教授就提出了計(jì)算思維的概念，然而當(dāng)時(shí)它并沒(méi)有引起很大的關(guān)注，國(guó)內(nèi)對(duì)計(jì)算思維的研究起步較晚，2006年美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的周以真教授正式提出計(jì)算思維的概念，之后國(guó)內(nèi)的學(xué)者才關(guān)注到計(jì)算思維的相關(guān)理論以及計(jì)算思維的價(jià)值意義[6]，他提出“計(jì)算思維是一種解決問(wèn)題的思維過(guò)程，能夠清晰、抽象地將問(wèn)題和解決方案用信息處理代理（機(jī)器或人）所能有效執(zhí)行的方式表述出來(lái)[7]。”計(jì)算思維的本質(zhì)是抽象和自動(dòng)化，即兩個(gè)“A”，一個(gè)“A”是指是Abstraction（抽象），它是指計(jì)算思維可以同時(shí)在多個(gè)抽象層次上同時(shí)進(jìn)行，并且抽象思維定義層次之間的關(guān)系。另一個(gè)“A”是指Automation（自動(dòng)化），計(jì)算思維的思考方式是使抽象層次及其關(guān)系機(jī)械化，由于其符號(hào)和模型都是十分精確和嚴(yán)格的，所以其可行性特別高，接著就需要相應(yīng)的一些“機(jī)器”來(lái)執(zhí)行，這些既可以是人本身，也可以是計(jì)算機(jī)或者其他的，其優(yōu)點(diǎn)就是計(jì)算思維建立在計(jì)算過(guò)程的能力和限制之上，由人由機(jī)器執(zhí)行，計(jì)算方法和模型使我們敢于去處理那些原本無(wú)法由個(gè)人獨(dú)立完成的問(wèn)題求解和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。舉個(gè)例子來(lái)看計(jì)算思維，對(duì)100萬(wàn)個(gè)32位整數(shù)進(jìn)行排序，面對(duì)如此龐大的數(shù)據(jù)量，如果用人工去計(jì)算，數(shù)據(jù)量是特別龐大的，我們可以選擇用計(jì)算機(jī)算法來(lái)完成，我們采用冒泡排序則需要比較499999500000次，但是如果你運(yùn)用計(jì)算思維，采用快速排序的方法只需要比較20000000次，比冒泡排序整整快了25000倍，這就說(shuō)明，計(jì)算思維的使用，可以極大的提高我們的運(yùn)算效率。但在這里我們需要明白的一點(diǎn)就是，計(jì)算思維是一種人類思維的組成部分，雖然有著計(jì)算機(jī)科學(xué)的很多特征，但是計(jì)算思維本身并不是計(jì)算機(jī)科學(xué)的專屬，只是因?yàn)橛?jì)算機(jī)的出現(xiàn)，給了計(jì)算思維的研究和發(fā)展帶來(lái)了根本性的變化[6]。

2.計(jì)算思維的特征

計(jì)算思維具有六大特征：計(jì)算思維是概念化的思維、是根本的思維、是人的思維、是數(shù)學(xué)和工程思維的互補(bǔ)與融合、是思想，不是制品、是面向所有人、所有地方的思維。

2010年7 月在西安交通大學(xué)舉辦的首屆“九校聯(lián)盟（C9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會(huì)”（簡(jiǎn)稱C9會(huì)議）上，發(fā)表了一篇相關(guān)聲明，聲明的核心要點(diǎn)是：必須正確認(rèn)識(shí)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的重要地位，需要把培養(yǎng)學(xué)生的“計(jì)算思維”能力作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)，并由此建設(shè)更加完備的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系和教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)而為全國(guó)高校的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革樹(shù)立標(biāo)桿[8]。

三、教育大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下計(jì)算思維的培養(yǎng)方式

在傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)中，我們對(duì)于世界的認(rèn)知是單一的、線性的，教育大數(shù)據(jù)的蓬勃發(fā)展，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來(lái)數(shù)據(jù)量大、輸入和處理速度快、數(shù)據(jù)多樣、精確性、整體性、非線性、強(qiáng)周期性、高復(fù)雜性、高價(jià)值等特性，結(jié)合這些特性，為了從教育大數(shù)據(jù)中獲取更多的價(jià)值，推動(dòng)教育更好更快發(fā)展，數(shù)據(jù)的采集、處理、分析、呈現(xiàn)各個(gè)過(guò)程需要我們突破固有的學(xué)習(xí)思維與方式，形成更適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代發(fā)展的學(xué)習(xí)思維方式計(jì)算思維，運(yùn)用計(jì)算思維來(lái)面對(duì)數(shù)據(jù)帶來(lái)的挑戰(zhàn)[9]。

目前，我國(guó)高等教育階段，對(duì)大學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)也逐漸展開(kāi)，大多數(shù)學(xué)?；蛘呓M織對(duì)于計(jì)算思維的培養(yǎng)主要是采用理論研究為主，實(shí)踐研究為輔且主要是在計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)科中進(jìn)行的。在理論研究方面主要就是通過(guò)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，了解計(jì)算思維有怎樣的價(jià)值和意義，如何利用計(jì)算思維解決實(shí)際中的問(wèn)題，進(jìn)行大學(xué)計(jì)算機(jī)課程設(shè)計(jì)。在實(shí)踐研究方面，多數(shù)以高等教育計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)科課程為載體，在學(xué)習(xí)中融入計(jì)算思維，并通過(guò)實(shí)踐數(shù)據(jù)分析來(lái)實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)和效果[7]。

這種培養(yǎng)方式，對(duì)于大學(xué)生的計(jì)算思維能力的提升確實(shí)起到了一定的作用，但是其中也存在著一些問(wèn)題：

1.教師缺乏運(yùn)用計(jì)算思維教學(xué)的意識(shí)

由于我國(guó)對(duì)計(jì)算思維的研究起步較晚，計(jì)算思維受重視程度不高，所以教師在進(jìn)行教學(xué)的時(shí)候，缺乏運(yùn)用計(jì)算思維教學(xué)的意識(shí)，這種教學(xué)是無(wú)意識(shí)的，對(duì)受教育者而言，不能清楚的意識(shí)到計(jì)算思維的運(yùn)用，有意識(shí)地、主動(dòng)地、科學(xué)系統(tǒng)地開(kāi)展計(jì)算思維教學(xué)，更有利于學(xué)生更好的了解計(jì)算思維，學(xué)習(xí)和掌握計(jì)算思維。

2.學(xué)生對(duì)計(jì)算思維的認(rèn)識(shí)不足

計(jì)算思維發(fā)展至今，并沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格的準(zhǔn)確的概念界定，國(guó)內(nèi)很多學(xué)者也有了自己的見(jiàn)解，人們普遍認(rèn)為，計(jì)算思維是計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力之一，認(rèn)為計(jì)算思維是機(jī)器的思維，對(duì)計(jì)算思維的認(rèn)識(shí)從最初就有一定的偏差與不足。

3.將“計(jì)算”與“思維”分裂開(kāi)

在計(jì)算思維培養(yǎng)的過(guò)程中，容易將“計(jì)算”與“思維”分裂開(kāi)，以為計(jì)算思維是計(jì)算機(jī)的一種應(yīng)用，忽略了它作為人類三大思維的本質(zhì)，過(guò)度重視技術(shù)與應(yīng)用的教學(xué)，注重軟件和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的過(guò)程與細(xì)節(jié)，忽略了引領(lǐng)計(jì)算機(jī)引用的思維[10]。

針對(duì)以上計(jì)算思維培養(yǎng)中所產(chǎn)生的問(wèn)題，也給出一些建議：

1）提高對(duì)計(jì)算思維的重視

不僅是教師要提高對(duì)計(jì)算思維的重視，學(xué)校、學(xué)生也需要提高。在教學(xué)方面，教師要主動(dòng)地、有意識(shí)地運(yùn)用計(jì)算思維，例如在課堂引入部分創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情景，滲透計(jì)算思維，設(shè)計(jì)相應(yīng)的活動(dòng)、問(wèn)題，運(yùn)用計(jì)算思維，多與實(shí)際情況相結(jié)合等[11]。

2）加強(qiáng)對(duì)計(jì)算思維理論的認(rèn)識(shí)

只有加強(qiáng)對(duì)計(jì)算思維理論的認(rèn)識(shí)，才能有更好的實(shí)踐，才能在實(shí)際生活中熟練運(yùn)用這種能力，做到真正的理解、認(rèn)識(shí)、熟悉、掌握、運(yùn)用。

3）將計(jì)算思維通過(guò)更多的方式進(jìn)行傳播

由于很多學(xué)校對(duì)計(jì)算思維的培養(yǎng)都是在計(jì)算機(jī)科學(xué)課程中展開(kāi)的，所以人們忽略了它思維的作用，在今后的學(xué)習(xí)中，計(jì)算思維可以建立自己完整的課程體系，不單是依托于計(jì)算機(jī)科學(xué)，也可以在生物、化學(xué)、經(jīng)濟(jì)等各個(gè)方面展開(kāi)，真正的成為一種普適的思維能力。

四、結(jié)論與展望

時(shí)代在發(fā)展，信息化腳步越來(lái)越快，教育的發(fā)展也在大數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)下呈現(xiàn)出新的局面，未來(lái)的學(xué)習(xí)將是大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的新時(shí)代。未來(lái)教育也會(huì)產(chǎn)生新的變化，以前都是用經(jīng)驗(yàn)說(shuō)話，大數(shù)據(jù)時(shí)代我們將用數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)話，用數(shù)據(jù)去進(jìn)行決策、管理 。與此同時(shí)，我們也需要冷靜的看待教育大數(shù)據(jù)，它并不是一種新鮮的事物，也不需要在任何情境下都用到它，它只是帶來(lái)了新的思維，讓我們的工具和視野發(fā)生了變化，通過(guò)利用、分析教育大數(shù)據(jù)，可以使我們對(duì)教與學(xué)的過(guò)程有更多的了解，也可以為我們提供新的方法和維度，但是應(yīng)用分析最終還需要人的參與決策。

在教育大數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)下，提升大學(xué)生的計(jì)算思維能力，不僅僅是適應(yīng)教育的發(fā)展的規(guī)律，也是適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求。計(jì)算思維是信息社會(huì)學(xué)生解決問(wèn)題的一種普適的基本能力，計(jì)算思維的培養(yǎng)，使得大學(xué)生的思維方式得到更廣闊的發(fā)展，解析問(wèn)題的能力得到提升，在面對(duì)教育大數(shù)據(jù)時(shí)，能夠用一種清晰的、邏輯性更強(qiáng)的、抽象事物、構(gòu)建模型、形成解決方案的思維框架，提升了解決問(wèn)題的效率，節(jié)約了資源。未來(lái)我們更要形成良好的計(jì)算思維意識(shí)，由理論思維、實(shí)驗(yàn)思維逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算思維，由無(wú)意識(shí)的計(jì)算思維轉(zhuǎn)變成有意識(shí)地計(jì)算思維，主動(dòng)地運(yùn)用這種思維方式去解決問(wèn)題。

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