大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的計(jì)算思維培養(yǎng)

龔沛曾 楊志強(qiáng)

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

摘要：首先仔細(xì)地分析了計(jì)算思維的定義，提出了計(jì)算思維由意識(shí)、方法和能力三個(gè)層次的內(nèi)容組成；然后指出了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中計(jì)算思維的無意識(shí)、潛移默化教學(xué)的現(xiàn)狀；最后提出計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程體系中各門課程聯(lián)動(dòng)改革的方案。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)，程序設(shè)計(jì)　　自2006年3月，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真教授清晰系統(tǒng)地闡述了計(jì)算思維，2010年10月中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳國良院士在“第六屆大學(xué)計(jì)算機(jī)課程報(bào)告論壇”倡議將計(jì)算思維引入大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)以后，計(jì)算思維得到了國內(nèi)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育界的廣泛重視。然而，在具體的執(zhí)行過程中遇到了許多問題，既由于認(rèn)識(shí)上的不足，又由于大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的特殊性。那么，如何在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中，培養(yǎng)大學(xué)生的計(jì)算思維，使大學(xué)生學(xué)會(huì)用計(jì)算思維去思考問題和解決問題，對提升計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)水平、培養(yǎng)卓越人才具有重要的意義。　　一、計(jì)算思維的內(nèi)容　　計(jì)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(jì)算器以及現(xiàn)代的電子計(jì)算機(jī)，直到目前風(fēng)靡全球的互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算，計(jì)算思維的內(nèi)容不斷拓展，推動(dòng)著人類科技的進(jìn)步。然而，在相當(dāng)長的時(shí)期，計(jì)算思維“深藏閨中無人識(shí)”，或者不受重視。直到2006年，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真教授對計(jì)算思維進(jìn)行了清晰系統(tǒng)的闡述，這一概念才得到人們的極大關(guān)注。　　周以真教授認(rèn)為，計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。這一定義高度概括和抽象，難以理解，為此周以真教授將計(jì)算思維進(jìn)一步闡述成七大類方法。然而，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的對象是非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生，無論是定義還是進(jìn)一步闡述，仍然顯得晦澀難懂，對教學(xué)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(xué)的問題。　　仔細(xì)分析可以發(fā)現(xiàn)，周以真教授的定義包含了三個(gè)層次的內(nèi)容：　　1.計(jì)算思維意識(shí)　　計(jì)算思維是一種科學(xué)思維，與理論思維、實(shí)驗(yàn)思維一起構(gòu)成了人類的三大思維。計(jì)算思維并不是一種新的發(fā)明，而是早已存在的思維活動(dòng)，是每一個(gè)人都具有的一種技能。　　在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中，計(jì)算思維的案例也是處處存在。問題是人們的計(jì)算思維活動(dòng)是無意識(shí)的，關(guān)鍵是要將無意識(shí)的計(jì)算思維變成有意識(shí)的計(jì)算思維，主動(dòng)地用計(jì)算思維去解決問題，應(yīng)用在各自的專業(yè)中。　　2.計(jì)算思維方法　　計(jì)算思維方法是計(jì)算思維的核心。計(jì)算思維方法很多，周以真教授將計(jì)算思維闡述成具體的七大類方法。總的來說，計(jì)算機(jī)思維方法有兩大類：一類是來自數(shù)學(xué)和工程的方法，另一類是計(jì)算機(jī)科學(xué)獨(dú)有的方法。例如，對于計(jì)算積分，學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的人通過函數(shù)變換求解積分，而計(jì)算機(jī)是通過對積分區(qū)間進(jìn)行N等分然后累加各小區(qū)間的面積來實(shí)現(xiàn)。學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的人不會(huì)采用后一種方法，后一種方法只有掌握了計(jì)算機(jī)技術(shù)的人才采用，但是仍然來自數(shù)學(xué)。　　在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中，幾乎每一個(gè)概念對應(yīng)一種計(jì)算思維方法。例如，Cache是預(yù)置和緩存方法，多核處理器是并行外理方法；在程序設(shè)計(jì)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(jì)算思維方法；在計(jì)算機(jī)應(yīng)用課程中，每一門課程每一個(gè)項(xiàng)目都是多種計(jì)算思維方法的集合。　　3.計(jì)算思維能力　　計(jì)算思維的根本目的是解決問題，即問題求解系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解。從計(jì)算機(jī)應(yīng)用的角度來說，解決問題就是計(jì)算機(jī)的應(yīng)用問題。例如，設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)、創(chuàng)建一個(gè)電子商務(wù)網(wǎng)站、制造一個(gè)機(jī)器人等都是計(jì)算機(jī)應(yīng)用問題，是計(jì)算思維的目的所在。　　計(jì)算思維包含的內(nèi)容不是一門課程所能承擔(dān)的。計(jì)算思維教學(xué)需要貫穿在所有的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中。在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中，培養(yǎng)計(jì)算思維能力需要有一系列的計(jì)算機(jī)應(yīng)用課程作支撐和拓展，如數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用、多媒體技術(shù)與應(yīng)用等課程。這些課程引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用計(jì)算思維解決各種專業(yè)的問題。　　二、計(jì)算思維教學(xué)現(xiàn)狀　　盡管計(jì)算思維研究不是很成熟，還有許多深層次問題需要進(jìn)一步研究，但計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)界一直在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中無意識(shí)、潛移默化地培養(yǎng)大學(xué)生的計(jì)算思維。　　教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)頒布的《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的意見》、《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》等有關(guān)文件雖然沒有明確提出計(jì)算思維，但是貫穿了計(jì)算思維思想。《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的意見》提出；計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生掌握一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、技術(shù)與方法，以及利用計(jì)算機(jī)解決本專業(yè)領(lǐng)域中問題的能力。大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的課程目標(biāo)是“使他們在各自的專業(yè)中能夠有意識(shí)地借鑒、引入計(jì)算機(jī)科學(xué)中的一些理念、技術(shù)

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總結(jié)

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