大學計算機基礎教學中的計算思維培養

龔沛曾 楊志強

? 2012-06-26 08:58:58　　　來源：《中國大學教學》2012年第05期

摘要：首先仔細地分析了計算思維的定義，提出了計算思維由意識、方法和能力三個層次的內容組成；然后指出了計算機基礎教學中計算思維的無意識、潛移默化教學的現狀；最后提出計算機基礎教學課程體系中各門課程聯動改革的方案。

關鍵詞：計算思維，大學計算機基礎，程序設計　　自2006年3月，美國卡內基·梅隆大學周以真教授清晰系統地闡述了計算思維，2010年10月中國科學技術大學陳國良院士在“第六屆大學計算機課程報告論壇”倡議將計算思維引入大學計算機基礎教學以后，計算思維得到了國內計算機基礎教育界的廣泛重視。然而，在具體的執行過程中遇到了許多問題，既由于認識上的不足，又由于大學計算機基礎教學的特殊性。那么，如何在計算機基礎教學中，培養大學生的計算思維，使大學生學會用計算思維去思考問題和解決問題，對提升計算機基礎教學水平、培養卓越人才具有重要的意義。　　一、計算思維的內容　　計算思維古已有之，而且無所不在。從古代的算籌、算盤到近代的加法器、計算器以及現代的電子計算機，直到目前風靡全球的互聯網和云計算，計算思維的內容不斷拓展，推動著人類科技的進步。然而，在相當長的時期，計算思維“深藏閨中無人識”，或者不受重視。直到2006年，美國卡內基·梅隆大學周以真教授對計算思維進行了清晰系統的闡述，這一概念才得到人們的極大關注。　　周以真教授認為，計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。這一定義高度概括和抽象，難以理解，為此周以真教授將計算思維進一步闡述成七大類方法。然而，大學計算機基礎教學的對象是非計算機專業學生，無論是定義還是進一步闡述，仍然顯得晦澀難懂，對教學基本幾乎沒有可操作性，需要探索研究，力圖重新闡述成可以開展教學的問題。　　仔細分析可以發現，周以真教授的定義包含了三個層次的內容：　　1.計算思維意識　　計算思維是一種科學思維，與理論思維、實驗思維一起構成了人類的三大思維。計算思維并不是一種新的發明，而是早已存在的思維活動，是每一個人都具有的一種技能。　　在計算機基礎教學中，計算思維的案例也是處處存在。問題是人們的計算思維活動是無意識的，關鍵是要將無意識的計算思維變成有意識的計算思維，主動地用計算思維去解決問題，應用在各自的專業中。　　2.計算思維方法　　計算思維方法是計算思維的核心。計算思維方法很多，周以真教授將計算思維闡述成具體的七大類方法。總的來說，計算機思維方法有兩大類：一類是來自數學和工程的方法，另一類是計算機科學獨有的方法。例如，對于計算積分，學習數學的人通過函數變換求解積分，而計算機是通過對積分區間進行N等分然后累加各小區間的面積來實現。學習數學的人不會采用后一種方法，后一種方法只有掌握了計算機技術的人才采用，但是仍然來自數學。　　在大學計算機基礎課程中，幾乎每一個概念對應一種計算思維方法。例如，Cache是預置和緩存方法，多核處理器是并行外理方法；在程序設計課程中，各種常用算法以及各類問題的求解方法，如迭代法、遞歸法等，都是沒有爭議的計算思維方法；在計算機應用課程中，每一門課程每一個項目都是多種計算思維方法的集合。　　3.計算思維能力　　計算思維的根本目的是解決問題，即問題求解系統設計以及人類行為理解。從計算機應用的角度來說，解決問題就是計算機的應用問題。例如，設計一個數據庫應用系統、創建一個電子商務網站、制造一個機器人等都是計算機應用問題，是計算思維的目的所在。　　計算思維包含的內容不是一門課程所能承擔的。計算思維教學需要貫穿在所有的大學計算機基礎課程中。在大學計算機基礎教學中，培養計算思維能力需要有一系列的計算機應用課程作支撐和拓展，如數據技術與應用、多媒體技術與應用等課程。這些課程引導學生應用計算思維解決各種專業的問題。　　二、計算思維教學現狀　　盡管計算思維研究不是很成熟，還有許多深層次問題需要進一步研究，但計算機基礎教學界一直在大學計算機基礎教學中無意識、潛移默化地培養大學生的計算思維。　　教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會頒布的《關于進一步加強高等學校計算機基礎教學的意見》、《計算機基礎課程教學基本要求》等有關文件雖然沒有明確提出計算思維，但是貫穿了計算思維思想。《關于進一步加強高等學校計算機基礎教學的意見》提出；計算機基礎教學的目標是培養學生掌握一定的計算機基礎知識、技術與方法，以及利用計算機解決本專業領域中問題的能力。大學計算機基礎的課程目標是“使他們在各自的專業中能夠有意識地借鑒、引入計算機科學中的一些理念、技術

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總結

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