基于计算思维计算机基础课程改革探究

《基于计算思维计算机基础课程改革探究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于计算思维计算机基础课程改革探究　　摘要：计算思维是当前计算机教育界关注的热点之一。本文首先阐述了计算思维内涵及其目前进展，然后从计算思维的角度重新梳理大学计算机基础课程内容，并对算法、数据库和网络技术进行初步剖析，为其他专业领域解决实际问题提供启示和方法参考。关键词：计算思维；计算机基础课程；算法；数据库；网络一、引言当前高校的计算机基础课程内容一般是由计算机基础知识、软硬件、数据库、多媒体、网络和信息安全等几个模块组成。由于部分教学内容与中学信息技术课程内容重复，造成学生学习兴趣不大、教务部门减少课时等不利局面。那么，问题的症结究竟在哪里呢？计算机基础课程与高等数学、大学英语

2、一样，作为大学素质教育或通识教育的基本组成部分，应该讲授那些能够培养学生计算思维的普适概念、方法和技术，如算法思维、协议思维和计算系统思维以及应用广泛的数据库和网络技术等。力图引导学生自觉地将计算思维贯穿于学习和工作当中，并深刻理解计算在延伸人的想象力和创造力等方面的巨大作用。8计算思维作为人类科学思维的基本方式之一，应属于思维科学的一个专门领域[1]。目前被广泛认可的计算思维概念是由美国卡内基·梅隆大学周以真教授提出的，即计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为，它包括了涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[2]。计算思维的本质是抽象和自动化[3]，

3、它反映了计算的根本问题，即什么能被有效地自动进行。教指委也非常重视计算思维，近几年多次召开专题会议，研究和探讨计算思维在大学素质教育中的地位以及计算思维在培养学生创新能力的重要作用，发表了《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》，确定以计算思维为核心的计算机基础课程教学改革方向[4]，近期还获得教育部的立项支持。二、结合案例的计算思维能力培养为了培养学生的计算思维能力，需要对计算机基础课程内容进行重新审视和梳理。从计算思维的角度出发，计算机基础课程教学内容应包括[5]：计算思维和计算理论、算法基础和通用语言、计算机硬件和软件技术、计算社会与职业论题等。根据周以真教授提出的

4、计算思维概念，它应包括问题求解、系统设计和人的行为理解三个方面。下面从这三个方面探讨在计算机基础课程中如何运用计算思维来解决不同专业领域的实际问题。1.算法的问题求解8算法是计算机科学中最具方法论性质的核心概念，也被誉为计算机的灵魂[6]。虽然算法属于计算理论的知识范畴，但计算机解决任何问题都要依赖于算法。因此，大学的计算机基础课程加入算法概念可以提高学生有条理地处理和解决问题的思维能力。那么如何培养算法思维呢？答案就是掌握算法背后的逻辑。不同的算法策略看似不同，实则一脉相承，甚至从更高的层次上看就是同一种思维方式。算法设计中的每一种策略作为问题求解的方法，可以应用于多个专业领域，

5、具有明显的计算思维特征[7]。（1）分治策略。分治策略问题求解的基本思想是把一个难以直接解决的大问题，分解成一些规模较小的子问题，以便各个击破，分而治之。如果子问题还比较大，可反复使用分治算法，直到最后的子问题可以直接得出它们的结果。由于分治算法的子问题类型常与原来的相同，因而很自然地使用递归方法。分治策略是解决工作、学习和生活中常见问题的一种思维方法，它在组织管理和军事领域得到广泛的应用。例如某大企业的销售公司，由于其许多产品优质而非常畅销，总部会到各地建立分支机构（子公司），这其中就蕴涵着分治思想。8（2）动态规划。动态规划问题求解的基本思想是将待求解的问题分解为若干个互相联系

6、的子问题，然后按自底向上的顺序推导出原问题的解。通过存储子问题的解，可以避免在求解过程中重复多次求解同一个子问题，从而可以提高该算法的求解效率。动态规划算法实质是分治思想和冗余解决方法的结合。动态规划已在经济管理、生产调度、工程技术和最优控制等方面得到了广泛的应用，最短路线、库存管理、资源分配、设备更新、排序和装载等问题运用动态规划算法求解比较方便。（3）贪心算法。贪心算法问题求解的基本思想是将待求解的问题分解成若干个子问题进行分步求解，且每一步总是做出当前最好的选择，以期得到问题最优解。贪心算法对每个子问题得到其局部最优解，再将各个局部最优解整合成问题的解。它体现了一种“快刀斩乱

7、麻”的思想，以当前和局部利益最大化为导向的问题求解策略简单易行，具有广泛的适用性。2.数据库的系统设计数据库技术是计算机科学技术中应用最广的技术之一，它已造就了C.W.Bachman、E.F.Codd和JamesGray三位图灵奖得主，并带动了一个巨大的软件产业——数据库管理系统产品及其解决方案。数据库研究有着非凡的生产力，每年为信息产业带来几百亿美元的收入，对经济发展具有很大的推动作用[8]。8数据库设计是对于一个给定的应用环境，设计优化的数据库逻辑模式和物理结构，