计算思维驱动下的大学计算机基础教育探究

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1、计算思维驱动下的大学计算机基础教育探究计算思维驱动下的大学计算机基础教育探究　　先秦著名思想家孔子最早提出了学思结合的观点学而不思则罔，思而不学则殆。一般意义上讲，教育一直主张学思结合，追求两极之间的平衡。然而，在实践中，学习与思考又存在张力，存在各种各样的矛盾、冲突和纠葛。创新是大学教育的宗旨，也是大学发展的灵魂，创新和实践是社会发展的原动力，创新才有发展，实践才能出真知。创新教育需要科学思维方式的指导，复合型的知识结构、科学的思维方式以及勇于探索的精神是高素质创新人才的基本素质。　　从古代的算盘到近代的计算机

2、，甚至目前的互联网和云计算，计算思维无处不在。2010年的首届九校联盟计算机基础课程研讨会将培养学生的计算思维能力作为计算机基础教学中的关键内容[1]。《计算机科学的变革》中提出了计算思维是计算机科学中具有基础性和长期性的思想[2]。2011年，陈国良院士分析了教学中存在的问题，指出了狭义工具论的危害[3]。《论计算思维》一文指出学科交叉创新的一条根本路径是计算思维创新[4]。因此，大学生的计算思维素养有利于培养其发明和创新能力及其思维方法、表达形式和行为习惯，同时大学生学会用计算思维去思考问题和解决问题，对提升

3、计算机教育水平、提高科研能力和培养卓越人才具有重要的意义。　　根据高德纳（Knuth）在《TheArtofputerProgramming》文中的观点，算法和计算机程序概念的产生为我们提供了一块试金石，用以考察对每一门学科理解的深度。算法思想就是指按照一定的步骤，一步一步去解决某个问题的程序化思想。然而，过分强调算法思想导致了简单、机械工具论的错误观点，许多人认为教授计算机基础知识的主要动机是提高人们使用计算机设备的技能，甚至有些人质疑计算机科本文由.L》上发表文章定义了计算思维（putationalThinki

4、ng）[5]。李廉教授认为计算思维具有形式化、程序化和机械化特征，有限性、确定性和机械性标志使计算思维区别于实证思维和逻辑思维[6]。理查德卡普（RichardM.Karp）教授提出的计算透镜（putationalLens）理念，将计算作为一种通用的思维方式，通过这种广义的计算来描述各类自然过程和社会过程，从而解决各个学科的问题[7]。　　计算思维的概念在细节方面还存在着不同的见解，许多研究者对计算思维进行深入分析，得出大量新的认识。丹宁（Denning）指出计算思维不是一个新事物，它一直蕴涵在许多学科中。但是，

5、我们可以从全新的角度审视计算思维的概念[8]。计算思维纠正了计算机科学等同于计算机编程，但是，我们不能狭义地认为计算思维等于计算机科学。许多人特别关注计算思维驱动下能否深层次地解决问题，特别在数学基础不强的领域。　　（二）计算思维的特征　　1.概念化而不是程序化。面对大的、难以解决的问题，应用计算思维简化、分解的方法将其变成小的、容易的问题去解决。它意味着计算机编程不代表全部的计算机科学，需要分层次、多角度思考。　　2.根本的、能够灵活运用的技能。计算思维不是刻板的或简单的机械重复，它允许问题可以通过计算机来解决

6、。计算思维是每个知识领域的学生必须掌握的基本技能。　　3.人的思维而不是计算机的思维。通过计算思维解决问题包含规则的方法描述问题，以便于计算机处理。因此，计算思维不是问题的简单约简，也不是简单地模拟计算机处理进程。计算思维有助于问题的求解，同时不需要人类像计算机一样去思考。　　4.数学和工程思维的互补与融合。计算科学贯穿于自然科学、工程学和数学的发展历程，计算机启发式软件及模型的设计和开发明显属于工程学范畴，同时基于数学的符号化表示是算法复杂度和数字分析的基础。　　5.人类的思想而不是人造物。计算思维不是开发软件

7、和生产硬件的途径，它是日常生活中解决问题的基础性概念。　　6.面向所有的人和物。计算思维是普遍存在的，能够被任何人在任何场合使用。　　二、大学生计算思维能力的培养策略　　计算思维的培养是培养学生面向学科的思维能力，使学生领会学科的力量和从事本学科的价值所在，能够以类似于数学的严谨方式将学生引入计算科学各个富有挑战性的领域之中。计算思维意识、方法和能力三个方面构成其基本内容。计算思维的培养是潜意识思维到有意识思维的转换过程。　　（一）计算思维意识的形成　　计算思维意识是内在的，而不是外在的，是每个人都具备的基本技能

8、，不仅仅属于计算机科学家。计算思维的正确使用能够潜移默化地促进无意识的计算思维向有意识的计算思维发展，逐渐培养出计算思维的能力，并能够主动应用到具体问题中。计算思维意识是思维过程的计算模拟，其核心是让计算具有思维特征。计算思维意识的形成是通过对人脑思维规律的认识和分析，建立与人脑思维模式相近的计算方法。计算方法在实践中的应用促进我们对思维规律的重新认识。对人脑思维规律认识