計算思維能力計算機基礎論文

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1.面向培養(yǎng)學生計算思維的大學計算機基礎教育

有關計算思維的認識和理解對廣大的計算機基礎課教師是一個循序漸近的過程。有關計算思維的一些例子都是一些和計算機處理問題相關的思維方法。新的計算機基礎教育側重點應當是對這些方法的介紹，并能夠讓學生深入的理解這些思維的方法，從而培養(yǎng)學生能靈活應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練，學生通過計算機基礎課程，接觸計算機，并利用計算機完成一些任務，這些都只是讓學生進行計算思維訓練的一種手段，我們的目標是讓大學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)有的計算機基礎教育的框架，現(xiàn)有的計算機基礎教育框架仍然很重要，比如，學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計語言，以及能夠去設計一些簡單的計算機程序。但這些是培養(yǎng)學生計算思維能力的手段，不應當再是目標了。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或進行巨型復雜系統(tǒng)的設計

（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、學習和調度的思維方法。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。許多的思維能力的培養(yǎng)和訓練已深入到了計算機科學的前沿。但是，通過計算機基礎教育的學習，應當讓學生能夠了解、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實現(xiàn)的，需要伴隨著人們的不斷學習才能養(yǎng)成的技能。

2.計算機基礎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)有的計算機基礎教育的課程體系，而是通過現(xiàn)有的課程體系，引導學生思考計算的本質，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，在計算機的基礎教學中，融入計算思維，主要是教學方法、教學理念的改革，和教學的內容變更關系并不是非常大。當然，也可能需要在教學內容中適當變更，比如增加計算的本質，可計算性理論等內容。但這些內容的引入，在計算機基礎教育中不應當是重點。在教學過程中，從解決問題的角度出發(fā)，強調解決問題的方法、思路，而不是僅僅教會學生如何解決問題，引發(fā)學生的深入思考，使學生從計算的角度理解問題，從而培養(yǎng)學生的計算思維能力。深入到具體的教學過程中，計算思維不是內容和工具的改變，而是教學方式、理念的改變。這首先需要教師從更高的層次看待問題，引導學生深入的思考。計算思維能力的培養(yǎng)，是讓學生學會如何運用計算機科學的基礎概念進行問題求解與分析。這要求學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內容，在原有課程體系的基礎之上，擴展一些教學內容。擴展的這些內容主要是幫助學生更深入的思考下去?？梢栽谟嬎銠C基礎教學中適當增加計算機語言教學，在程序設計課程中強調與計算思維能力有關的數(shù)據(jù)結構和算法實現(xiàn)。但應當注意，計算思維能力的培養(yǎng)，絕不僅僅是培養(yǎng)學生的程序設計能力，計算思維是概念化，而不是程序化，要像計算機科學家那樣去思維，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)代的計算機基礎教學中，需要教師做恰當?shù)囊龑В寣W生自覺地去學習、思考。例如，在所有的計算機基礎教學中，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容，學生們對此有個大概的認識，但不太可能引起普通學生對這些信息如何使用二進制表示的興趣。如果引入相應的例子，就可能會引導起學生的興趣和思考。比如，在1991年的海灣戰(zhàn)爭中，有一枚愛國者導彈并未能成功攔截飛毛腿導彈，造成美軍的傷亡。如果提示學生，之所以出現(xiàn)這樣的問題，原因就在于愛國者導彈系統(tǒng)的內置時鐘出現(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，這肯定會引起學生的興趣，學生們就會對計算機如何表示浮點數(shù)產(chǎn)生興趣，引導學生去閱讀相關的表示標準，如此一來，學生獨立思考、學習的興趣會大大的增加。在這一過程中，教學的內容并沒有實質上的大變化，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學生是非常重要的。

3.大學計算機基礎教育的方案

在教學實踐中，計算機基礎教育，首先訓練的還是學生應用計算機的基本技能，在學生掌握了基本技能之上，培養(yǎng)學生在遇到問題以后，熟練運用基本技能解決問題的應用能力，在這些基礎之上，逐步使得學生深入思考，提高學生的信息素養(yǎng)，從而引起學生在計算思維能力方面的逐步形成。教學內容仍然分為基礎理論教學與實踐教學兩個部分。其中，基礎理論教學部分可以根據(jù)學生所學專業(yè)的不同分為不同的部分。具體的一些教學安排和現(xiàn)有的計算機基礎教學安排差別并不大，因為筆者認為，計算思維的培養(yǎng)著重在于教師如何引導，教學的內容并不是能力培養(yǎng)的主導因素。具體的課程安排以及課時設置，可以根據(jù)不同高校的實際情況進行。其中實踐教學部分當中的擴展實驗的設計，需要教師能較好的把握：既不能設計的太簡單，太簡單不能促進學生思考、動手，也不能設計的太難，太難，學生往往有挫敗感，失去學習思考的興趣。

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，而大學里計算機基礎教育能否在1~2門課程內，使學生掌握好計算思維的思考方法？這無論對教師還是學生都是一個挑戰(zhàn)。還有，計算思維評估的困惑：如何界定計算思維內容是什么、本質是什么、核心是什么？通過何種方式對學生掌握計算思維程度進行考核？以及如何從教學過程中獲得有效的反饋？轉變計算機基礎教育的理念，培養(yǎng)擁有計算思維能力的學生是科技發(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：河南工程學院計算機學院