計算思維能力計算機基礎(chǔ)論文

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1.面向培養(yǎng)學(xué)生計算思維的大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育

有關(guān)計算思維的認識和理解對廣大的計算機基礎(chǔ)課教師是一個循序漸近的過程。有關(guān)計算思維的一些例子都是一些和計算機處理問題相關(guān)的思維方法。新的計算機基礎(chǔ)教育側(cè)重點應(yīng)當是對這些方法的介紹，并能夠讓學(xué)生深入的理解這些思維的方法，從而培養(yǎng)學(xué)生能靈活應(yīng)用這種思維方法去創(chuàng)造性的解決一些實際的問題。這樣的培養(yǎng)目標，和教育理念，更多注重的是思維技能的訓(xùn)練，學(xué)生通過計算機基礎(chǔ)課程，接觸計算機，并利用計算機完成一些任務(wù)，這些都只是讓學(xué)生進行計算思維訓(xùn)練的一種手段，我們的目標是讓大學(xué)生形成良好的計算思維方面的能力。當然這并不是說推翻現(xiàn)有的計算機基礎(chǔ)教育的框架，現(xiàn)有的計算機基礎(chǔ)教育框架仍然很重要，比如，學(xué)生仍需要掌握一些計算機軟件的使用方法，仍然需要去了解什么是計算機程序設(shè)計語言，以及能夠去設(shè)計一些簡單的計算機程序。但這些是培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力的手段，不應(yīng)當再是目標了。具體的計算思維能力包括如下例子：

（1）通過約簡、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，把一個困難的問題闡釋成如何求解它的思維方法

（2）采用抽象和分解的方法來控制龐雜的任務(wù)或進行巨型復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計

（3）利用啟發(fā)式推理尋求解答，即在不確定情況下的規(guī)劃、學(xué)習和調(diào)度的思維方法。等等，這些都屬于計算思維能力的范疇。由上面的例子可以看出，計算思維能力的培養(yǎng)是一個巨大的，艱難的任務(wù)。許多的思維能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練已深入到了計算機科學(xué)的前沿。但是，通過計算機基礎(chǔ)教育的學(xué)習，應(yīng)當讓學(xué)生能夠了解、并理解計算思維的思考方法，計算思維能力的養(yǎng)成不是一朝一夕能夠?qū)崿F(xiàn)的，需要伴隨著人們的不斷學(xué)習才能養(yǎng)成的技能。

2.計算機基礎(chǔ)教育中計算思維能力培養(yǎng)途徑探討

之前已提到，計算思維能力的培養(yǎng)并不是完全打破現(xiàn)有的計算機基礎(chǔ)教育的課程體系，而是通過現(xiàn)有的課程體系，引導(dǎo)學(xué)生思考計算的本質(zhì)，了解計算機在解決一些實際問題的時候所采用的思想和方法等。所以，在計算機的基礎(chǔ)教學(xué)中，融入計算思維，主要是教學(xué)方法、教學(xué)理念的改革，和教學(xué)的內(nèi)容變更關(guān)系并不是非常大。當然，也可能需要在教學(xué)內(nèi)容中適當變更，比如增加計算的本質(zhì)，可計算性理論等內(nèi)容。但這些內(nèi)容的引入，在計算機基礎(chǔ)教育中不應(yīng)當是重點。在教學(xué)過程中，從解決問題的角度出發(fā)，強調(diào)解決問題的方法、思路，而不是僅僅教會學(xué)生如何解決問題，引發(fā)學(xué)生的深入思考，使學(xué)生從計算的角度理解問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。深入到具體的教學(xué)過程中，計算思維不是內(nèi)容和工具的改變，而是教學(xué)方式、理念的改變。這首先需要教師從更高的層次看待問題，引導(dǎo)學(xué)生深入的思考。計算思維能力的培養(yǎng)，是讓學(xué)生學(xué)會如何運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進行問題求解與分析。這要求學(xué)生對一些原理性的概念有深入的理解，所以可能需要適當?shù)脑黾右恍┙虒W(xué)內(nèi)容，在原有課程體系的基礎(chǔ)之上，擴展一些教學(xué)內(nèi)容。擴展的這些內(nèi)容主要是幫助學(xué)生更深入的思考下去。可以在計算機基礎(chǔ)教學(xué)中適當增加計算機語言教學(xué)，在程序設(shè)計課程中強調(diào)與計算思維能力有關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法實現(xiàn)。但應(yīng)當注意，計算思維能力的培養(yǎng)，絕不僅僅是培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計能力，計算思維是概念化，而不是程序化，要像計算機科學(xué)家那樣去思維，意味著遠遠不止能為計算機編程，還要求能夠在抽象的多個層次上思維。在現(xiàn)代的計算機基礎(chǔ)教學(xué)中，需要教師做恰當?shù)囊龑?dǎo)，讓學(xué)生自覺地去學(xué)習、思考。例如，在所有的計算機基礎(chǔ)教學(xué)中，都會介紹到計算機使用二進制來表示信息，如數(shù)、字符等等，一般而言，如果教師只是單純的講解這些內(nèi)容，學(xué)生們對此有個大概的認識，但不太可能引起普通學(xué)生對這些信息如何使用二進制表示的興趣。如果引入相應(yīng)的例子，就可能會引導(dǎo)起學(xué)生的興趣和思考。比如，在1991年的海灣戰(zhàn)爭中，有一枚愛國者導(dǎo)彈并未能成功攔截飛毛腿導(dǎo)彈，造成美軍的傷亡。如果提示學(xué)生，之所以出現(xiàn)這樣的問題，原因就在于愛國者導(dǎo)彈系統(tǒng)的內(nèi)置時鐘出現(xiàn)了問題，和計算機用二進制數(shù)來表示浮點數(shù)產(chǎn)生的誤差有關(guān)，這肯定會引起學(xué)生的興趣，學(xué)生們就會對計算機如何表示浮點數(shù)產(chǎn)生興趣，引導(dǎo)學(xué)生去閱讀相關(guān)的表示標準，如此一來，學(xué)生獨立思考、學(xué)習的興趣會大大的增加。在這一過程中，教學(xué)的內(nèi)容并沒有實質(zhì)上的大變化，但對于教師的要求顯然是提高了很多。教師能不能以高的角度去引導(dǎo)學(xué)生是非常重要的。

3.大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育的方案

在教學(xué)實踐中，計算機基礎(chǔ)教育，首先訓(xùn)練的還是學(xué)生應(yīng)用計算機的基本技能，在學(xué)生掌握了基本技能之上，培養(yǎng)學(xué)生在遇到問題以后，熟練運用基本技能解決問題的應(yīng)用能力，在這些基礎(chǔ)之上，逐步使得學(xué)生深入思考，提高學(xué)生的信息素養(yǎng)，從而引起學(xué)生在計算思維能力方面的逐步形成。教學(xué)內(nèi)容仍然分為基礎(chǔ)理論教學(xué)與實踐教學(xué)兩個部分。其中，基礎(chǔ)理論教學(xué)部分可以根據(jù)學(xué)生所學(xué)專業(yè)的不同分為不同的部分。具體的一些教學(xué)安排和現(xiàn)有的計算機基礎(chǔ)教學(xué)安排差別并不大，因為筆者認為，計算思維的培養(yǎng)著重在于教師如何引導(dǎo)，教學(xué)的內(nèi)容并不是能力培養(yǎng)的主導(dǎo)因素。具體的課程安排以及課時設(shè)置，可以根據(jù)不同高校的實際情況進行。其中實踐教學(xué)部分當中的擴展實驗的設(shè)計，需要教師能較好的把握：既不能設(shè)計的太簡單，太簡單不能促進學(xué)生思考、動手，也不能設(shè)計的太難，太難，學(xué)生往往有挫敗感，失去學(xué)習思考的興趣。

4.問題

以培養(yǎng)計算思維為目標的計算機基礎(chǔ)教育在實施起來也會有帶來許多問題。比如，計算思維的培養(yǎng)需要長期的過程，而大學(xué)里計算機基礎(chǔ)教育能否在1~2門課程內(nèi)，使學(xué)生掌握好計算思維的思考方法？這無論對教師還是學(xué)生都是一個挑戰(zhàn)。還有，計算思維評估的困惑：如何界定計算思維內(nèi)容是什么、本質(zhì)是什么、核心是什么？通過何種方式對學(xué)生掌握計算思維程度進行考核？以及如何從教學(xué)過程中獲得有效的反饋？轉(zhuǎn)變計算機基礎(chǔ)教育的理念，培養(yǎng)擁有計算思維能力的學(xué)生是科技發(fā)展的要求，但如何才能做好，需要我們不斷的實踐以及探討。

作者：張治國 單位：河南工程學(xué)院計算機學(xué)院