基于計算機專業的計算思維學習

張慶款 楊洋 周坤 練文錚

摘要

分析計算思維的起源以及定義，在此基礎上探究計算思維在大學計算機專業課教育上的應用，討論如何將計算思維和大學教學有機結合。如何培養大學生的計算思維以及在其指導下學習相關計算機專業知識。

【關鍵詞】計算思維 大學教育 計算機

1 闡述計算思維的定義及其認識

1.1 計算思維的由來和特點

計算思維的思想從提出到發展有了很長時間，計算思維的思想不僅僅是為了計算機專業的人員服務，而且可以運用到各個學科，利用計算思維拓展思路，掌握良好的思維模式，從而解決各個學科的問題。

1.2 計算思維的定義及其在相關學科的聯系

“計算思維是以計算機學科的系列理論為基礎進行問題求解、系統設計以及人類行為模擬等涵蓋計算機范疇的一系列思維活動”，計算思維所采取的辦法就是，提出假設，對所研究的黑箱“輸入”信息，根據所反饋的“輸出信息”進行分析和判斷，驗證假設。

2 計算思維在教學中的應用

2.1 教學現狀及存在的問題

中科院的王飛躍教授、李國杰教授在計算思維方面孜孜以求的探索著，計算思維作為一個問題解決的有效工具，人人都應當掌握，處處都會被使用。計算思維是無處不在的，提供了理解世界的智力工具，在人類社會中具有永久的價值。目前在高校廣泛開展的大學計算機基礎課程，在計算機專業中存在著重技能而非思想，重點而非面，在很多知識的練習中往往是知其然而不知其所以然，無法對問題有清晰的定義以及解決問題的思路，只能是用僵硬的固定思維去解決，而某些問題的情況發生改變卻不能做出相應的調整。

2.2 任務驅動型教學

在現在的教學中，做的比較突出的是基于計算思維的任務驅動型教學模式，這種教學是以學生為核心，老師作為輔導或者是引導者的身份出現。要求教師課前對本節課的任務進行規劃，對教學目標、教學任務、任務分配和時間掌握上做到有規劃，對存在的難點，疑點提供引導性的方向提示，對學生有所啟發。學生作為主題提出任務的解決方法，以及實施的具體方案，并在方案每一步的進行中測試其可行性，為下一部分提供經驗和基礎。還有加以部分實踐，為概念的理解加以深化。

2.3 問題驅動型教學

除了任務驅動教學還有問題驅動教學，類似于計算機在處理問題時的問題抽象，對問題進行定義，建立合理的數學模型，針對這個數學模型設計具體算法進行求解，編程具體實現，完成測試，解決問題。學習者必須擁有學習的主動權。問題驅動也是以學生為核心，讓學生獨立自主的來解決問題的有效方式。但并不是所有的教學任務都可以通過問題驅動來完成，在某些特定領域中，知識點的理解已經超越了大學生的研究范圍，會有部分問題不能解決，導致學生的興趣下降。

2.4 教學資源庫的建立

在探究計算思維的教學上，利用思維導圖為基礎，以網站為展示形式，輔助教學視頻和經典例題的形式來完整展示計算思維過程，更清晰深刻的理解計算思維的內涵以及掌握思維過程。

思維導圖的建立需要有一個中心，就是要解決問題的核心或者任務的核心，在此基礎上對核心內容進行定義、解剖、分析，找到解決問題的切入點，找出針對問題的方向，并且對每一個方向的概念都要清晰的定義出。同時突出層次感，并且能對過程進行反思和檢驗。

在課后過程中，通過思維導圖的方式強化計算思維的過程，對養成計算思維是大有裨益的。思維導圖的作用有以下方面：

2.4.1 利用思維導圖等多媒體表現出計算思維的過程

關于計算思維的研究也很多，具體到課程學習的很多，但是處于探討研究階段，通過思維導圖等多種多媒體展示效果可以更好的培養計算思維能力，而且涵蓋專業課、基礎學科，更全面的建立以計算思維為基礎的全學科知識結構，掌握計算思維能力。

2.4.2 圖文并重，系統化思維過程

思維導圖的建立必須尋找一個核心點，并圍繞此為對核心點進行分解，尋求問題的背景，問題的定義，解決問題的途徑，以及運用的思想。把思維的過程進行了梳理，清晰簡單，圖文并茂，運用圖來強化思想的路徑，并且加強記憶，讓思維能力得到提升。

2.4.3 創建體系架構，鏈接知識點

利用思維導圖對整個知識體系進行梳理，并且把任務或者要解決的問題作為核心內容，以此為基礎進行拓展。依照問題定義、提出假設、驗證假設的過程對學科內容分析，能夠容易的看出知識點的關聯性，一個問題的解決可能對好幾個問題都有啟示作用。

利用以思維導圖為基礎，加上教學視頻以及課后習題的形式，對課程內容整理歸納，形成一個較為完整的體系結構，

3 計算思維未來展望

從深層意義上說，計算機早已不是一臺簡單的運行機器擺在人類的眼前，久而久之，計算思維將隨著計算學科的發展而不斷完善，成為普遍存在于人類思想的思維方式。

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