计算思维与计算机基础教育

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摘要：非计算机专业学生计算思维的培养一直以来都不受重视，通过对计算思维概念的介绍及其在各个领域和生活中的应用，来表现计算思维对于非计算机专业学生的重要性，并通过对计算机基础教育中存在的一些问题的分析，对于计算机应用基础教学中计算思维培养策略进行了一些分析。

关键词：计算思维；计算机基础教育；非计算机专业

0引言

大学计算机基础是大部分非计算机专业学生进入计算机科学世界的一个大门，肩负着培养学生的计算机基础知识、计算思维以及激发学生对于计算机的兴趣和探索的责任。随着计算机的不断普及，大学计算机基础教育应该逐渐改变观念，高校应在培养学生计算机的操作应用能力的过程中，融入计算思维的培养，才能满足学生的未来发展中关于计算机的需求。因此大学计算机课程的目标应该不仅仅只是教会学生一些计算机知识和概念，还应激发学生的创新能力和思考能力。计算思维提出了面向问题解决的系列观点和方法，这些观点和方法有助于人们更加深刻地理解计算的本质和计算机求解问题的核心思想。特别是有利于解决计算机科学家与领域专家之间的知识鸿沟所带来的困惑。

1计算思维

信息技术的产生和发展，逐渐影响着我们的生活习惯和思维习惯，对于我们的思维能力也提出了新的要求。鉴于此，2006年曾任美国卡内基•梅隆大学计算机科学系主任的周以真（JearmetteM．Wing）教授，首次提出了计算思维的概念。“计算思维是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。”她指出计算思维是每个人的基本技能，不仅仅属于计算机科学家。我们应当使每个孩子在培养解析能力时不仅掌握阅读、写作和算术（Reading，wRiting，andaRithmetic———3R），还要学会计算思维。正如印刷出版促进了3R的普及，计算和计算机也以类似的正反馈促进了计算思维的传播。

2计算思维在各个领域中的应用

计算思维是让学生成为一个问题的解决者而不是计算机操作者，它能让人创造知识而不仅仅是接受使用知识。在生活中，运用计算思维去解决一个问题，有时可以更加直观，更加的节省时间和行之有效。例如当你需要去数一个大屋子里一共有多少人时，按照老办法来一个一个数，或许会有点浪费时间，那么如果试着按照2、4、6…的顺序来数，就可能会节省你一半的时间和精力，而这种简单的小办法就是一种计算思维。计算思维是21世纪普通人所需具备的一种非常有用的素养，为什么每一个人都要具备一点计算思维呢？因为如果具备了计算思维，意味着他们将具备这样一些能力：（1）了解问题的哪些方面是可以通过计算来解决的。（2）能够评估计算工具和技术是否能够解决当前问题。（3）能够了解到计算工具和技术在解决问题时存在的局限性。（4）能够将计算工具和技术创新应用到新的领域。（5）在差异很大的不同领域都能使用计算策略来解决问题。而对于科学家、工程师和其他领域的专家来说，具备计算思维则意味着：（1）能够使用新的计算方法来解决他们的问题。（2）用合适的计算策略重新思考问题。（3）通过大数据分析来实现科学新发现。（4）以前复杂或大规模的研究中没有或不能发现的问题，都可以通过计算思维来提出或解决这些些新问题。（5）以计算思维的思考模式解释问题和策略。计算思维在化学领域的应用最著名的例子就是JohnAnthonyPople，JohnAnthonyPople成为1998年的诺贝尔化学奖得主，然而他得奖的主要原因是他将计算思维应用于化学领域，发展了化学中的计算方法，而根据其理论设计的高斯计算机程序，至今依然在所有化学领域用于量子化学的计算。未来还将会有量子计算机、神经网络计算机、化学生物计算机、光计算机等，这些计算机将对于各个科学领域的发展带来巨大的推动作用。

3当前大学计算机基础教育中存在的问题

20世纪80年代起计算机基础教育成为高校课程，发展到今天已经成为高校各个专业的基础课程，然而对于计算机基础教育的争论却一直存在着。一些专家认为计算机基础教学应该着眼于计算机的应用，这也是现阶段很多应用型大学所采取的教学方式，采用任务驱动式教学方法的计算机应用基础教学，以计算机等级考试为目的，主要培养学生的计算机应用能力。然而有些专家却指出这种教学方式仅仅是将计算机作为工具使用，是“狭义工具论”的问题。这种认识对计算机的教育非常有害，这样会使学生对计算机学科的认识淡化，无助于计算技术中最重要的核心思想与方法的掌握。计算机基础教育面向的是全校的非计算机专业学生，每个学生的计算机基础有差异，专业需求方面也有差异，因此如何才能将计算机知识与自己所学专业的需求结合起来，让学生学会在今后的工作中如何去利用计算机解决专业问题，才是非计算机专业的计算机基础教育的重要目标。因此学生在学习了计算机基础以后学到的不应该仅仅只是如何操作，还应该学到如何思考以及如何创新。如果仅仅是将计算机作为一种工具，注重其工具性和应用性，即使学生在课堂上掌握了当前所学内容，也无法满足未来学生对于计算思维和计算能力的需求。所以笔者认为，在培养学生计算机应用能力的同时，适当培养学生的计算思维是十分有必要的。

4计算机应用基础教学中计算思维培养策略的思考

2010年在西安召开了“九校联盟（C9）计算机基础课程研讨会”，并在会后发表了《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》。声明的核心要点是：必须正确认识大学计算机基础教学的重要地位，需要把培养学生的“计算思维”能力作为计算机基础教学的核心任务，并由此建设更加完备的计算机基础课程体系和教学内容，进而为全国高校的计算机基础教学改革树立标杆。在大学计算机基础教育中融入计算思维的培养已成为潮流趋势，然而对于非计算机专业的计算机基础教育来说，计算机思维教育的培养还是会存在一些问题，如：非计算机专业计算机基础课程时间有限，课程知识体系也无法像计算机专业课程那样系统，这就对学生计算思维的培养提出了很大的挑战；非计算机专业学生，尤其是一些计算机基础较差的学生是否能够接受计算思维的教学，也是一个很大的问题。

4．1培养学生计算思维的认知

对于非计算机专业学生计算机基础教育，首先要为他们建立关于计算思维的认知，计算思维不仅仅是一个理论性的东西，而且还是一种思维，这种思维方式对于他们今后在工作和生活中以及对计算机的深入学习有很大帮助。经过对计算机基础的学习，学生除了学到计算机的基础知识之外，还应该学会在以后的专业学习中遇到计算问题，能够运用计算思维在这种计算环境下构建出解决问题的策略。只有提高对计算思维的认知，才能激发学生的学习热情和学习兴趣，才能为真正落实计算思维的培养构建一个良好的环境。

4．2计算机基础教学中融入计算思维的教学大学计算机基础涉及的知识点较多，知识点相互交叉重叠具有一定的复杂性，而计算思维就是贯穿这些知识点之中的一个清晰脉络，提高了学生对于计算思维的认知以后，接下来就应当在教学过程中将计算思维逐步融入到知识的讲解之中。思维是一个很抽象化的概念，但也因思维这一抽象化的特性，使它能够给人以更多想象空间，激发人的创造性。思维不像技术，具有时间的局限性，尤其是计算机技术在当前社会更新换代很快。思维却是潜移默化的融入我们的大脑之中，并且被人类永远的传承下去而不会过时。但是知识是思维的载体，没有丰富的知识，思维将难以理解。思维尽管抽象化、概念化，但能留在人们记忆中的可能是其可视化、形象化的表现，即应将思维以可实现、可视化的方式而不是简单化、概念化的方式传授给学生，把知识贯穿于思维的讲解与训练中。

在计算机基础教学中，抽象和分解，保护、冗余、纠错，递归，关注点分离、海量数据计算、启发式推理等都属于计算思维，如何将他们融入到计算机知识的讲解，下面以EX－CLE中的函数为例，来了解计算机基础与计算思维的融合。对于SUM函数SEARCH函数，按照传统的任务驱动式教学方式，首先了解两个函数的语法和参数，然后了解他们的操作方法，最后通过布置任务，让学生练习函数的用法之后就结束任务。而要将计算思维融入课程教学，则应继续带领学生了解函数的计算过程，如SUM计算过程为首先计算出number1与number2的和，再用这个和继续与num－ber3相加，最后将相加结果呈现在表中，并让学生了解此过程体现出来的计算思维———循环思维。而在search函数中，其顺序查找过程为：从表中最后一个记录开始，逐个进行记录的关键字和给定值的比较，若某个记录的关键字和给定值比较相同，则查找成功；反之，若直至第一个记录，其关键字和给定值比较都不等，则表明表中没有所查记录，查找不成功。体现出来的是计算思维中的递归思维，与数学思维中的归纳法有着相似的处理方式。教师应当以实际问题的求解过程为目标，让学生了解函数求解问题的思维和方法，引导学生思考，在让学生理解知识的同时加强思维的训练，要让学生在学到了计算机的应用方法以后，进一步的理解计算机求解问题的方式，逐步去培养提高学生的计算思维能力。

5结语

计算思维的培养应该是一个长期的过程，因此对于非计算机专业学生计算思维的培养是一个值得探讨的话题，如何在计算机应用基础教学过程中融入计算思维的培养，提高学生解决问题的能力，笔者在今后的教学过程中将继续不断的探索。参考文献：

［1］李廉．计算思维———概念与挑战［J］．中国大学教学，2012（1）：7－12．

［2］牟琴，谭良．计算思维的研究及其进展［J］．计算机科学，2011（3）：10－15＋50．

［3］陈国良，董荣胜．计算思维与大学计算机基础教育［J］．中国大学教学，2011（1）：7－11＋32．

［4］何钦铭，陆汉权，冯博琴．计算机基础教学的核心任务是计算思维能力的培养———《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》解读［J］．中国大学教学，2010（9）：5－9．

［5］谢旻．面向非计算机专业的计算思维培养模式探讨［J］．中国电力教育，2013（7）：109－110．

［6］战德臣，聂兰顺．计算思维与大学计算机课程改革的基本思路［J］．中国大学教学，2013（2）：56－60．

作者：王凯丽 单位：广州工商学院