大學計算機教學中的計算思維培養

摘 要：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，從而提升計算機基礎教學水平、培養卓越人才。

關鍵詞：計算機；大學計算機教學；計算思維；培養

目前各高校普遍根據教指委《關于進一步加強高等學校計算機基礎教學的意見》采用了“1+X”的課程體系，發達地區有的高校采用了“2+X”的課程體系。計算機基礎教學已經規范化和科學化，以計算思維能力培養為核心的計算機基礎課程教學改革具有良好的基礎。“大學計算機基礎”是所有學生必修的課程，課程包含了計算機基本知識、基本使用技能和網絡、數據庫與多媒體三大核心模塊使用。課程內容多、學時少、學生程度不一。針對這些問題在該課程中實施以計算思維為導向的教學改革，有難度但也是趨勢，更需要探索和實踐。

1 大學計算機教學的現狀

“大學計算機基礎”課程是本科生進入大學后首先學習的計算機課程。近年來，許多高校都把該課程列為必修的公共基礎課程之一。計算機基礎教學作為本科教育教學的重要組成部分，課程的內涵和目標需要充分體現時代的特征和需求，不斷與時俱進，改革創新。課程的目標不僅僅要傳授、訓練和拓展大學生在計算機方面的基礎知識和應用能力，更要展現計算機學科的思維方式，培養當代大學生用計算機解決和處理問題的思維和能力，提升大學生的綜合素質，強化創新實踐能力。

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，它涵蓋了計算機科學之廣度的一系列思維活動。大學計算機基礎教學是培養大學生計算思維能力的重要課程載體。教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會提出了大學計算機基礎教學要培養對計算機的認知能力、利用計算機解決問題能力、基于網絡的協同能力和信息社會終身學習能力。這四個方面能力的培養，恰恰說明了計算思維能力培養的核心要素。

2 計算思維的培養

2006年3月，美國卡內基·梅隆大學計算機科學系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在美國計算機權威期刊《Communications of the ACM》雜志上給出，并定義的計算思維（Computational Thinking）。周教授認為：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。

以上是關于計算思維的一個總定義，周教授為了讓人們更易于理解，又將它更進一步地定義為：通過約簡、嵌入、轉化和仿真等方法，把一個看來困難的問題重新闡釋成一個我們知道問題怎樣解決的方法；是一種遞歸思維，是一種并行處理，是一種把代碼譯成數據又能把數據譯成代碼，是一種多維分析推廣的類型檢查方法；是一種采用抽象和分解來控制龐雜的任務或進行巨大復雜系統設計的方法，是基于關注分離的方法（SoC方法）；是一種選擇合適的方式去陳述一個問題，或對一個問題的相關方面建模使其易于處理的思維方法；是按照預防、保護及通過冗余、容錯、糾錯的方式，并從最壞情況進行系統恢復的一種思維方法；是利用啟發式推理尋求解答，也即在不確定情況下的規劃、學習和調度的思維方法；是利用海量數據來加快計算，在時間和空間之間，在處理能力和存儲容量之間進行折衷的思維方法。

明確、恰當地將計算思維融入“大學計算機基礎”課程教學過程中，以提高學生運用計算機知識抽象問題、進行問題求解和形式化描述的能力，對新形式下計算機基礎教學改革是一個挑戰和必須面對的課題。教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會主任委員陳國良院士對大學計算機基礎課程實施計算思維給出了教學方法原則建議：以計算學科基本問題為導向，以經典案例為基礎，通過實驗了解和應用編程的基本原理，通過習題課強化學科基礎概念的理解，著力提高學生的計算思維能力。

周以真教授認為計算思維吸取了問題解決所采用的一般數學思維方法，現實世界中巨大復雜系統的設計與評估的一般工程思維方法，以及復雜性、智能、心理、人類行為的理解等的一般科學思維方法。計算思維建立在計算過程的能力和限制之上。計算方法和模型使我們敢于去處理那些原本無法由個人獨立完成的問題求解和系統設計。計算思維中的抽象完全超越物理的時空觀，并完全用符號來表示，其中，數字抽象只是一類特例。與數學和物理科學相比，計算思維中的抽象顯得更為豐富，也更為復雜。數學抽象的最大特點是拋開現實事物的物理、化學和生物學等特性，而僅保留其量的關系和空間的形式，而計算思維中的抽象卻不僅僅如此。計算思維利用啟發式推理來尋求解答，就是在不確定情況下的規劃、學習和調度。它就是搜索、搜索、再搜索，結果是一系列的網頁，一個贏得游戲的策略，或者一個反例。計算思維利用海量數據來加快計算，在時間和空間之間，在處理能力和存儲容量之間進行權衡。

以計算思維為核心的課程改革正在不斷地探討和深入，實施中還會遇到一些問題需要解決和面對。計算思維既然與人們的工作和生活如此密切相關，理所當然地應當成為人類不可或缺的一種生存能力。它應當有效地融入我們每一堂課之中。計算機基礎教學中計算思維能力的培養，是一個較為長期的過程，需要我們不斷探索與實踐。

參考文獻

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作者簡介

石建國（1981-），男，河北永清人，河北軟件職業技術學院教師，講師，主要從事計算機技術等方向的研究。