高等教育中計算機思維能力分析

蘇新梅

[摘要]本文結合對計算思維能力的認知與理解，指出了大學計算機基礎教學中應當強調計算思維能力的融入，以便更好地培養學生的“計算思維能力”。對此，構建了以“計算思維能力”為核心的大學計算機基礎教學體系，為大學基礎計算機教學提供更多的借鑒和參考依據。

[關鍵詞]高等教育；計算機基礎教學；計算思維能力；教學體系

一、“計算思維”與“計算思維能力”的主要內涵

在計算機行業中，計算思維代表獲得了最佳訓練的計算機技術從業人員在處理問題時比較常見的思維模式，呈現出此前半個世紀的時間，在計算機與信息技術持續進步期間，取得了不錯成果的一部分研究和處理問題的經典模式和方法。

2006年在美國首次提出了計算思維這一理論，美國卡內基·梅隆大學周以真教授表示：這種思維理念代表以計算機科學相關理論知識為前提滿足問題求解、系統規劃與識別人類行為等需求的一種科學模式。自然科學領域有三大科學方法：理論方法，試驗方法和計算方法。而這種思維將抽象與自動化轉換成解決方案，進行相關問題求解與系統規劃，借此達到推動世界進步的目的。可以有效完成大規模數據的處理研究、大型工程組織等工作任務，是人們認知實踐和解決問題的一項核心素質和能力。

隨著計算機技術的迅猛發展和應用領域的不斷延伸，計算機學科在發展中與其它學科之間的融合也在不斷加強，計算機人才的培養很多時候也是面向專業領域的，所以結合專業屬性培養計算機人才的計算思維能力和專業問題解決能力就成為一個重要的教育課題。尤其是隨著“計算機人才熱”的升溫，如何培養“適銷對路”的復合型人才至關重要，而計算思維作為一項基礎性素質，是每個學生都應當重點掌握的。計算思維的精髓是“抽象”，它將所研究的問題抽象表示為程序化、形式化和機械化的對象，成為可被機器進行批處理的對象。計算思維的這種關于抽象的操作機理內化到人的行為、意識和習慣中就是“計算思維能力”，因此只有培養這種能力才能達到建立計算思維目的。這種能力主要由以計算學科為前提形成的基礎理論、思維習慣、學習能力以及創新能力等組成，這不僅使學生學好計算機專業課程的基礎，也是學生自主學習和創新的一個必要條件。

二、大學計算機基礎課程中的計算思維能力培養

在高等教育體系當中。計算機基礎課程隸屬于通識教育領域，是素質教育的重要內容。目前，教育工作者大多看重計算機基礎教育的工具性職能，所以容易忽視其在培養學生計算思維能力和創新思維能力方面的目標，導致學生無法全面把握計算機科學的思維方法，進而影響后續的專業學習和職業發展。所以說，在計算機基礎課程的教學中，需要對計算機思維能力的培養進行準確定位，作為后期進行計算機基礎教學的重中之重，如此一來，方能滿足現代社會發展的需求。

2010年，教育部高等學校計算機基礎課程教學指導部門正式推行《九校聯盟（c9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》，文件中指明計算機基礎課程中應將“計算思維”確定成重點，同時指出所有高校計算機基礎教學最主要的工作便是鍛煉學生的“計算思維能力”。

這一時期，大學計算機基礎教學主要希望學生獲得計算思維能力，作為教學期間至為關鍵的一項工作。因此形成一套系統全面的計算機基礎教學體制，同樣屬于大學計算機基礎教學重中之重。計算機可以快速實現信息、數據的分析處理，如大規模系統數據以及工程日志等，均能夠通過計算機掌握整個處理流程。計算機的存在盡可能提升了人們處理數據的效率，讓人們對世界的了解程度上升到一個全新的高度。運用機器模擬人類的思維方式，即為計算思維最直接的表現。計算思維和計算機兩者的特征大致上是相同的，計算思維會隨著計算機的發展而發展。將計算思維融入到計算機基礎課程的教學體系中，制定詳細的學習目標和評價標準，以促進學生計算思維能力的有效培養。

三、建立以“計算思維能力”培養的大學計算機基礎課程教學體系

建立以“計算思維能力培養”的大學計算機基礎課程教學體系，是當今信息技術快速發展的時代背景下，逐步適應計算機科學和信息技術發展的需要，也是我們創新戰略對計算機基礎教學提出的重大要求。

（一）“厚基礎、勤實踐、善創新”的教學目標

大學計算機基礎教學要實現“厚基礎、勤實踐、善創新”這一培養目標。首先，要重視這種教學形式，打造一套可以鍛煉學生思維模式的體系，以此讓學生能夠主動去挖掘問題、分析與處理問題，這便是大學計算機基礎教學重點任務之一。其次，要加強計算機理論教學與實踐教學之間的銜接，培養學生的知識應用意識和解決問題的思維能力。再次，高校的計算機基礎課程教學，還應當加強與學生專業應用之間的融合，引導學生用所學的計算機知識服務于專業問題的解決和專業知識的獲取。

（二）整合課堂教學與課外教學，形成多元立體化計算機基礎教學體系

“多元化、融合化、模塊化、網絡化”是當前高校計算機基礎教學發展的重要趨勢。針對這種教學模式打造一套多元立體化體制，使各種專業的學生均能夠實現系統全面的學習。這種計算機基礎教學體制主要分為兩類，即課堂與課外兩種教學體制，前者主要由理論、實驗兩種教學形式組成，而后者主要由網絡教學、實踐分析以及技能鍛煉等內容組成。以多元立體化計算機基礎教學體系為前提形成的新型教學方式不僅可以鍛煉學生的計算思維能力，而且可以增強學生的實踐動手能力。通過理論+實踐兩種方式的結合，一方面可以幫助學生更好理解所學的理論知識，另一方面則能夠進一步了解計算思維的本質，獲得如何通過這種思維模式研究與處理難題的能力。而理論+網絡兩種方式的結合，則能夠幫助學生在學習基礎知識以及面對專業文化差異的環境時均能實現有效的進步，同時能夠使學生建立主動學習、主動探索的精神。專業技能訓練平臺+實踐創新平臺兩種方法的結合，可以幫助學生在整體上提升自身的計算機操作技能和創新應用能力。

（三）將“計算思維能力”培養與“復合型高素質創新人才”培養相結合

高等學校的教育目標在于幫助國家獲得更多復合型高素質創新人才，目前各個院校確立復合型高素質創新人才訓練體制時，全部把通過潛移默化的形式使學生建立新型科學思維模式的工作作為主要內容進行研究。故而高校需要把“計算思維能力”、“復合型高素質創新人才”兩種能力的培養搭配在一起，是學生全面了解計算科學的基礎概念與模式，借此增強他們的計算思維能力，最終讓國家獲得更多復合型高素質創新人才。若想讓兩者共同發展，各大高校均需要將以人為本、鍛煉能力、培養素質、全面進步作為教學宗旨，同時把獲得更多擁有計算思維、整體實踐能力與探索三種能力的復合型高素質創新人才確定成大學計算機基礎教學體制改革的目標之一。

（四）強化計算機基礎教學與專業教學的結合

目前，無論是針對哪一學科問題的分析，必須利用頂尖的計算機技術以及配合計算機科學的思維和模式方可實現處理，因此必須形成計算機基礎教學以及專業教學兩者結合的全新教學宗旨，提升計算機處理各方面問題的能力，利用計算機學科這種有效提升，使自然學科與各種領域實現長期有效的進步。

促使計算機基礎教學、專業教學兩者有效結合在一起，我們必須利用以下幾步來完成：第一步，將計算思維、學科思維兩者進行結合，使的計算思維這種穩定性與基礎性的全新模式融入不同專業領域內，按照抽象與自動化實踐教育的形式使學生站在學科思維的角度對其本質進行分析與探索。第二步，將不同課程內容體制搭配在一起，按照學生的專業情況以及實踐標準，進行計算機科學最小知識全面整理，同時在知識模塊化這一前提指導下，有效設立課程內容，通過分層教學使學生計算思維能力得到提升。第三步，讓教學方案、模式實現結合，在專業教學方面搭配頂尖的計算機技術與教學模式，使建立在專業思維訓練這一前提下的教學體制獲得長期有效的發展，形成科學有效且可觀測的能力培養綜合評價體系。

四、結束語

以“計算思維能力”培養為前提形成系統完善的大學計算機基礎教學體制，使學生計算思維能力得到鍛煉，完成教學目標，第一步便是明確計算思維的基礎概念與本質；第二步便是尋找計算思維培養的最佳方式，讓學生在解決相關難題時可以自主運用這種計算思維方式。計算機基礎課程是一門理論性和實踐性都很強的學科，在教學體系中貫穿計算思維的培養是一個新的跨越和挑戰。endprint