論計算機思維培養(yǎng)的論文
計算思維是運用計算機科學的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)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。下面是學習啦小編給大家推薦的論計算機思維培養(yǎng)的論文，希望大家喜歡!
論計算機思維培養(yǎng)的論文篇一
《大學計算機基礎(chǔ)教學中的計算思維培養(yǎng)》
摘要：首先仔細地分析了計算思維的定義，提出了計算思維由意識、方法和能力三個層次的內(nèi)容組成;然后指出了計算機基礎(chǔ)教學中計算思維的無意識、潛移默化教學的現(xiàn)狀;最后提出計算機基礎(chǔ)教學課程體系中各門課程聯(lián)動改革的方案。
關(guān)鍵詞：計算思維;大學計算機基礎(chǔ);程序設(shè)計
自2006年3月，美國卡內(nèi)基·梅隆大學周以真教授清晰系統(tǒng)地闡述了計算思維，2010年10月中國科學技術(shù)大學陳國良院士在“第六屆大學計算機課程報告論壇”倡議將計算思維引入大學計算機基礎(chǔ)教學以后，計算思維得到了國內(nèi)計算機基礎(chǔ)教育界的廣泛重視。然而，在具體的執(zhí)行過程中遇到了許多問題，既由于認識上的不足，又由于大學計算機基礎(chǔ)教學的特殊性。那么，如何在計算機基礎(chǔ)教學中，培養(yǎng)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，對提升計算機基礎(chǔ)教學水平、培養(yǎng)卓越人才具有重要的意義。
一、計算思維的內(nèi)容
計算思維古已有之，而且無所不在。從古代的算籌、算盤到近代的加法器、計算器以及現(xiàn)代的電子計算機，直到目前風靡全球的互聯(lián)網(wǎng)和云計算，計算思維的內(nèi)容不斷拓展，推動著人類科技的進步。然而，在相當長的時期，計算思維“深藏閨中無人識”，或者不受重視。直到2006年，美國卡內(nèi)基·梅隆大學周以真教授對計算思維進行了清晰系統(tǒng)的闡述，這一概念才得到人們的極大關(guān)注。
周以真教授認為，計算思維是運用計算機科學的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)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。這一定義高度概括和抽象，難以理解，為此周以真教授將計算思維進一步闡述成七大類方法。然而，大學計算機基礎(chǔ)教學的對象是非計算機專業(yè)學生，無論是定義還是進一步闡述，仍然顯得晦澀難懂，對教學基本幾乎沒有可操作性，需要探索研究，力圖重新闡述成可以開展教學的問題。
仔細分析可以發(fā)現(xiàn)，周以真教授的定義包含了三個層次的內(nèi)容：
1.計算思維意識
計算思維是一種科學思維，與理論思維、實驗思維一起構(gòu)成了人類的三大思維。計算思維并不是一種新的發(fā)明，而是早已存在的思維活動，是每一個人都具有的一種技能。
在計算機基礎(chǔ)教學中，計算思維的案例也是處處存在。問題是人們的計算思維活動是無意識的，關(guān)鍵是要將無意識的計算思維變成有意識的計算思維，主動地用計算思維去解決問題，應(yīng)用在各自的專業(yè)中。
2.計算思維方法
計算思維方法是計算思維的核心。計算思維方法很多，周以真教授將計算思維闡述成具體的七大類方法?？偟膩碚f，計算機思維方法有兩大類：一類是來自數(shù)學和工程的方法，另一類是計算機科學獨有的方法。例如，對于計算積分，學習數(shù)學的人通過函數(shù)變換求解積分，而計算機是通過對積分區(qū)間進行N等分然后累加各小區(qū)間的面積來實現(xiàn)。學習數(shù)學的人不會采用后一種方法，后一種方法只有掌握了計算機技術(shù)的人才采用，但是仍然來自數(shù)學。
在大學計算機基礎(chǔ)課程中，幾乎每一個概念對應(yīng)一種計算思維方法。例如，Cache是預(yù)置和緩存方法，多核處理器是并行外理方法;在程序設(shè)計課程中，各種常用算法以及各類問題的求解方法，如迭代法、遞歸法等，都是沒有爭議的計算思維方法;在計算機應(yīng)用課程中，每一門課程每一個項目都是多種計算思維方法的集合。
3.計算思維能力
計算思維的根本目的是解決問題，即問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解。從計算機應(yīng)用的角度來說，解決問題就是計算機的應(yīng)用問題。例如，設(shè)計一個數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)、創(chuàng)建一個電子商務(wù)網(wǎng)站、制造一個機器人等都是計算機應(yīng)用問題，是計算思維的目的所在。
計算思維包含的內(nèi)容不是一門課程所能承擔的。計算思維教學需要貫穿在所有的大學計算機基礎(chǔ)課程中。在大學計算機基礎(chǔ)教學中，培養(yǎng)計算思維能力需要有一系列的計算機應(yīng)用課程作支撐和拓展，如數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用、多媒體技術(shù)與應(yīng)用等課程。這些課程引導(dǎo)學生應(yīng)用計算思維解決各種專業(yè)的問題。
二、計算思維教學現(xiàn)狀
盡管計算思維研究不是很成熟，還有許多深層次問題需要進一步研究，但計算機基礎(chǔ)教學界一直在大學計算機基礎(chǔ)教學中無意識、潛移默化地培養(yǎng)大學生的計算思維。
教育部高等學校計算機基礎(chǔ)課程教學指導(dǎo)委員會頒布的《關(guān)于進一步加強高等學校計算機基礎(chǔ)教學的意見》、《計算機基礎(chǔ)課程教學基本要求》等有關(guān)文件雖然沒有明確提出計算思維，但是貫穿了計算思維思想。《關(guān)于進一步加強高等學校計算機基礎(chǔ)教學的意見》提出：計算機基礎(chǔ)教學的目標是培養(yǎng)學生掌握一定的計算機基礎(chǔ)知識、技術(shù)與方法，以及利用計算機解決本專業(yè)領(lǐng)域中問題的能力。大學計算機基礎(chǔ)的課程目標是“使他們在各自的專業(yè)中能夠有意識地借鑒、引入計算機科學中的一些理念、技術(shù)和方法……利用計算機、認識并處理計算機應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問題”。簡單地說，是使用計算機科學技術(shù)和方法處理問題，這是計算思維的目標。
“大學計算機基礎(chǔ)”課程中充滿著大量的計算思維案例。例如，全面展示計算機的應(yīng)用，實質(zhì)上起了培養(yǎng)計算思維意識的作用;從算盤到計算機的發(fā)展過程是計算思維內(nèi)容不斷拓展的過程;計算機系統(tǒng)是用抽象和分解來控制龐雜的任務(wù)和設(shè)計復(fù)雜的系統(tǒng);數(shù)據(jù)在計算機中的表示是表示問題的方法;操作系統(tǒng)是用計算思維思想解決了計算機自身問題的案例;使用辦公軟件是一種基本的、低級的計算思維;網(wǎng)上檢索、網(wǎng)上購物、網(wǎng)上開店是典型有別傳統(tǒng)思維的計算思維活動;設(shè)計一個數(shù)據(jù)庫就是抽象和分解的過程;設(shè)計一個動畫，可以看成是一個建模和仿真的問題。
“程序設(shè)計基礎(chǔ)”是一門關(guān)于計算思維方法的課程，是典型的計算思維課程。它涉及大量的算法，像枚舉、遞歸、回溯等都是毫無爭議的典型的計算思維典型案例;面向過程和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計也都是計算思維。
各種應(yīng)用課程的教學目標是創(chuàng)作一個系統(tǒng)或一個作品，這也是計算思維的終極目標。
在現(xiàn)今的大學計算機基礎(chǔ)教學中，計算思維教學存在著下列問題：
1.無意識的計算思維教學。由于計算思維受重視的時間不長，但是因為一方面計算機應(yīng)用的本質(zhì)是問題求解，與周以真教授的闡述相一致，另一方面計算機問題求解的方法就是計算思維的方法，因而廣大計算機教育者都在無意識、潛移默化地實施計算思維教學。未來需要有意識地、系統(tǒng)性地開展計算思維教學。
2.沒有從戰(zhàn)略高度認識到計算思維對人才培養(yǎng)的重要性。由于早前對計算思維重要性認識不足，人們普遍認為計算思維是計算機應(yīng)用能力之一，沒有意識到這是與理論思維、實驗思維一起構(gòu)成了人類的三大思維，是21世紀人才應(yīng)具備的基本技能;沒有認識這關(guān)系計算機科學的發(fā)展和轉(zhuǎn)型，會影響其他學科的發(fā)展，將改變計算機基礎(chǔ)教學的面貌。所以，應(yīng)從戰(zhàn)略高度將計算思維從計算機應(yīng)用能力上提升出來，作為人的一種基本技能來教學。
3.注重技術(shù)與應(yīng)用的教學，忽視了“思想的教學”。這也是我校學生經(jīng)過課程學習后向我們提出的意見。由于計算機應(yīng)用的最終成果是一個軟件或系統(tǒng)，因而人們重視技術(shù)和應(yīng)用的教學，注重軟件和系統(tǒng)開發(fā)的過程和細節(jié)，忽視了引領(lǐng)計算機應(yīng)用的思維。因此計算機基礎(chǔ)教學需要將課程提升到思想教學的高度。
三、計算思維教學方案和實施
計算機基礎(chǔ)教學面向計算思維進行教學改革是當今教學改革的熱點之一。目前各高校普遍根據(jù)教指委《關(guān)于進一步加強高等學校計算機基礎(chǔ)教學的意見》采用了“1+X”的課程體系，發(fā)達地區(qū)有的高校采用了“2+X”的課程體系。計算機基礎(chǔ)教學已經(jīng)規(guī)范化和科學化，以計算思維能力培養(yǎng)為核心的計算機基礎(chǔ)課程教學改革具有良好的基礎(chǔ)。
需要注意的是，在大學計算機基礎(chǔ)課程開展計算思維教學，并不是顛覆原有的課程內(nèi)容，而是在原有課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上進行提高和優(yōu)化。原有課程本身在進行無意識的計算思維教學，只需將計算思維與原來的內(nèi)容進行有機的結(jié)合，變無意識的為主動的、積極的、有意識的。
我們認為，開展計算思維教學是一項系統(tǒng)工程，各門課程應(yīng)該統(tǒng)籌考慮、聯(lián)動改革。“大學計算機基礎(chǔ)”是關(guān)鍵，“程序設(shè)計課程”是重點，“‘X’門應(yīng)用課程”是目的。具體方案為：
1.大學計算機基礎(chǔ)
“大學計算機基礎(chǔ)”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(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫與多媒體三大核心模塊使用。課程內(nèi)容多、學時少、學生程度不一。如何在該課程中實施以計算思維為導(dǎo)向的教學改革，有難度但也是趨勢，要探索和實踐，具體所做工作如下。
(1)摸底測試，了解學生情況，確定實施方案。2011年9月開學，針對第一門課程對24個專業(yè)1030名新生進行入學摸底測試，內(nèi)容、難度基本等同該課程的要求(除Flash制作外)，每模塊都是以100分為滿分計分，分數(shù)統(tǒng)計結(jié)果見下圖。對當前學生的計算機基礎(chǔ)知識和技能的掌握有所了解，對指導(dǎo)該課程向計算思維提升有一定的依據(jù)。
(2)探索實施以計算思維為導(dǎo)向的教學方案。原則上分類實施：分為理工類、綜合類和人文藝術(shù)類。主要區(qū)別是前兩者增加程序設(shè)計算法要求，后者增加辦公軟件高級應(yīng)用。
2011年秋我們選擇4個理工類、綜合類的專業(yè)進行試點。試點方案是弱化Office軟件課堂講解，強化實踐和自主學習;保持原來網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、多媒體基本要求，精簡了在后繼課程中涉及的多媒體制作;騰出6周時間開展計算思維和程序設(shè)計算法教學。其中：
①利用1周(2學時)開展計算思維基礎(chǔ)知識專題教學。主要內(nèi)容包括：
科學思維：三大科學思維、計算思維及其主要內(nèi)容、計算思維的作用。
計算理論：馮·諾依曼計算機、存儲程序，圖靈機、停機問題、圖靈猜想，可計算性問題、計算復(fù)雜性、P&NP問題。
大學計算機基礎(chǔ)由于教學對象是非計算機專業(yè)大學生，因此計算思維基礎(chǔ)知識教學必須有別于專業(yè)學生。在計算機專業(yè)中，某些知識點就是一門課程，如可計算性理論。在大學計算機基礎(chǔ)中，開展計算思維基礎(chǔ)知識教學要注意：對三大科學思維、計算思維及其主要內(nèi)容、計算思維的作用、馮·諾依曼計算機、存儲程序等問題簡明扼要地闡述清楚;停機問題、圖靈猜想、可計算性問題、P&NP問題等本身沒有答案，僅僅是像公理一樣的命題，只需要簡單舉例提出并說清楚即可，不需展開。
?、诶?周(10學時)講授程序設(shè)計基本知識和訓練算法基本功。讓學生明白計算機抽象、自動執(zhí)行的道理，掌握基本編程的能力。更有利的是學生根據(jù)各自情況，利用假期可更深入地自主學習程序設(shè)計內(nèi)容，拓展第二課堂的學習渠道。
(3)實施問題驅(qū)動式的教學方法，從計算思維的角度來講解計算機基礎(chǔ)概念和原理知識。例如：通過展示計算機科學的最新成果，了解計算機能做什么。思考計算科學的兩個基本問題：什么事計算機比人做得好，什么事人比計算機做得好?計算機有沒有智能?從而培養(yǎng)計算思維意識。講授操作系統(tǒng)基礎(chǔ)時首先提出“車輛追尾問題所在?正常情況下公交車不來，責任在誰”等問題，說明操作系統(tǒng)解決此問題的方法和思想。又如Cache是一個預(yù)置和緩存問題，其思想是一個典型的計算思維案例。以前，可能僅僅講解Cache起什么作用;從計算思維的角度來說，則需要講解如何起作用。
2.程序設(shè)計課程
程序設(shè)計課程是計算思維教學的重點。盡管計算思維不僅僅是程序設(shè)計，但是計算思維最終需要程序設(shè)計去實現(xiàn)。程序設(shè)計課程包括三方面的內(nèi)容：程序設(shè)計語言、算法和編程。程序設(shè)計語言和編程不屬于計算思維的范疇;算法是關(guān)于解決問題的方法，是計算思維的內(nèi)容。以往該課程由于學時少、內(nèi)容多，學生在一個學期內(nèi)學習思考的時間短，學生接受新事物的能力個體差異大，稍不留神有的學生就要跟不上步伐?，F(xiàn)采用跨兩個學期實施，有假期作為緩沖，在沒有增加學時的情況下，實際使學生增加了學習、思考、自學、實踐的時間。
我們在程序設(shè)計課程中強化計算思維教學主要需要進行四方面的工作。
(1)將程序設(shè)計課程的部分內(nèi)容前置到大學計算機基礎(chǔ)課程中。這部分內(nèi)容約5周(10學時)，主要包括：程序設(shè)計語言基礎(chǔ)知識，結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計，算法的表示，簡單算法的設(shè)計。
(2)從計算思維的角度出發(fā)，重組經(jīng)典案例，將問題求解提升到計算思維的高度。
計算思維中問題求解的一般步驟為：
問題抽象化的描述，問題表示，即如何建立模型;
尋找解決方案，問題求解，即如何設(shè)計算法;
計算機實現(xiàn)過程、效率，即如何有效地求解、編碼;
現(xiàn)實問題的延伸。
按照計算思維重組教學案例，讓學生更能體會計算思維的本質(zhì)，即抽象和自動化。
(3)引入應(yīng)用程序開發(fā)。由于程序設(shè)計課程的部分內(nèi)容前置到大學計算機基礎(chǔ)課程中，騰出了10學時，可以開發(fā)一定規(guī)模的應(yīng)用程序，提升了該課程的教學質(zhì)量。對學習C/C++程序設(shè)計的理工類學生，要求完成一個應(yīng)用性、綜合性強的大作業(yè)，將數(shù)組、結(jié)構(gòu)、鏈表、文件等有機地結(jié)合起來;對學習VB或C#的綜合類學生，要求學生結(jié)合經(jīng)典算法、圖形技術(shù)、生活趣味問題或?qū)I(yè)問題設(shè)計應(yīng)用程序。目標都是引導(dǎo)學生探究問題求解的思路和方法，提高計算機素質(zhì)。
(4)在教學方法上，尊重學生不同的認知方式，提倡算法的多樣化。比較計算思維與傳統(tǒng)思維解決問題的區(qū)別，倡導(dǎo)算法的簡化和優(yōu)化，從而培養(yǎng)計算思維。
3.“X”門應(yīng)用課程
“X”門應(yīng)用課程是計算思維教學的高層次，目的是培養(yǎng)學生利用計算機技術(shù)解決他們本專業(yè)中問題的能力，也是學校卓越人才培養(yǎng)要求落到實處的體現(xiàn)。可以說，任何一個應(yīng)用程序或作品都是計算思維“物化”的結(jié)果。以計算學科基本問題為導(dǎo)向，以經(jīng)典案例為基礎(chǔ)，以項目開發(fā)為目的，以新技術(shù)新開發(fā)平臺為載體，強化學科基礎(chǔ)概念和基本原理的理解，著力提高學生的計算思維能力，一直是我們改革的目標和努力的方向。例如在“數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用”、“多媒體技術(shù)及應(yīng)用”、“軟件開發(fā)技術(shù)基礎(chǔ)”、“Web技術(shù)及應(yīng)用”等課程建設(shè)和改革中，學生的計算機綜合能力得到了很好的鍛煉和提升。
在2011年秋季學期中，我們選擇了2個班4個專業(yè)的學生在大學計算機基礎(chǔ)教學中進行了計算思維教學探索。實踐結(jié)果表明，學生的可塑性和潛力很大，既沒有弱化“計算機軟件的使用”，又引入了計算思維的教學和程序設(shè)計算法的訓練，提升了該課程的內(nèi)涵，改革得到學生的認可。當然計算思維工作要全面推開以及在后繼課程中分類分層聯(lián)動實施，工作量很大，面臨著挑戰(zhàn)。計算思維教學改革是一項系統(tǒng)工程，不是一件一蹴而就的事情，需要不斷學習、研究、探索、實踐和優(yōu)化，任重而道遠。
參考文獻：
[1] 陳國良，董榮勝. 計算思維與大學計算機基礎(chǔ)教育[J]. 中國大學教學，2011(1).
[2] 李廉. 計算思維——概念與挑戰(zhàn)[J]. 中國大學教學，2012(1).
[3] 何欽銘，陸漢權(quán)，馮博琴. 計算機基礎(chǔ)教學的核心任務(wù)是計算思維能力的培養(yǎng)[J]. 中國大學教學，2010(9).