计算思维融入高等教育的探索

　　一、计算思维介绍
　　计算思维由机器与人实行，是建立在计算过程的限制及能力范围之上的。计算方法及计算模型让学者能够解决那些无比困难的问题求解以及系统设计。近几十年来，计算思维在学术界有着不一样的解释和定义。1962年由Alan Perlis最早提出此概念，同时阐述了卡内基理工学院（现卡内基·梅隆大学）的编程入门课程。基于他的研究，1980年Seymour Papert在对数学概念的教学中运用了编程语言，之后，程序性的思维被认为是整体思维技能的一部分。
　　2006年3月，周以真教授在美国计算机权威期刊《Communications of the ACM》上发表文章，从此计算思维有了新的解释与定义。考虑到人们理解的难易程度，周教授又将其进一步地定义，即将一个看似困难的问题通过阐述成简单易懂的问题，在转化、嵌入、仿真和约简等方法下得以解决。
　　计算思维不单单属于计算机科学家，它是我们大家的基本技能。在培养孩子解析能力过程中，既应让孩子掌握阅读、写作和算术（以下简称“3R”），又使其学会计算思维。就如印刷出版促进了3R的普及，计算和计算機也以相似的正反馈促进了计算思维的传播。因此，周教授认为：“像对阅读、写作和算术一样，我们应将计算思维加到评价每个学生的能力中去。”
　　二、计算思维在高等教育中的现状
　　随着时代的变化，计算机基础课程得到了更大的重视，几乎成了所有大一新生必修的课程之一，它包括计算机基础原理、操作系统、网络安全、数据结构及数据库原理等多个不同的方向，它也是培养大学生计算思维能力的一个非常重要的平台。计算机基础课程中包含了许多体现计算思维的案例，如计算机数据结构课程中数据的表示就是计算思维的表示，学生对办公软件的学习和使用也是计算思维的一种体现。学生通过学习能够将计算思维融入自己所学的其他课程中，在自己的学习生活中能够运用计算思维解决实际问题。尽管如此，许多的问题和挑战依旧会在实施课程教育的过程中存在。
　　（1）学生水平参差不齐。我们对所有专业和非专业的学生均开设了计算机基础课程，由于非计算机专业的学生所占比例接近90%，且来自全国各个地区，学生知识水平有一定的差异，有的学生可能在高中就熟悉课程涉及的知识，但有的学生可能是首次接触这方面的知识，所以教师需要根据学生们水平层次的不同来制定教学内容。由于受到一些不可避免的条件限制，对于一些非计算机专业的学生许多高等院校采取的是大班授教，虽带来了一定的方便，但是对于学生的上课状态和计算思维的培养并未应有的效果。
　　（2）教学安排理论多于实践。基于计算机基础知识繁多而复杂，且受到一些限制（如客观条件），绝大多数院校对计算机课程的理论课和实践课的安排并不平衡，经常是理论课远多于实践课。然而学生对上机实践学习的兴趣远高于知识理论课，由于大一新生课程比较多，理论课和实践课的时间间隔也比较久，理论知识的掌握熟练度会远远高于实践操作的熟练度，这样导致学生动手能力不强，计算思维概念化，这成了高等学校在教育过程中的潜在障碍。
　　（3）“变化的世界”对于信息技术学科有着极大的冲击和挑战，对于每个教师来说，课程目标、课程内容、课程载体、教学方法都不尽相同。在时代发展的影响下，拿捏课程中什么可变、什么不可变，对于教师来说是个考验。
　　三、计算思维的培养
　　（1）加强课程的实践。我们不仅要在计算机基础课程教育课程培养学生的计算思维，同时也要对学生实际动手能力加以锻炼，毕竟基础知识和动手能力也是培养计算思维的前提条件之一。所以学院需要增加实践课程，多培养学生的动手能力，以便加强学生对实际问题的解决能力。当学生遇到问题一时无法解决，在自己动手实践之后将其解决，这样不仅能够加深学生对问题的印象，同时还可以方便学生对相似问题有一定理解，能够触类旁通。所以加强实践动手能力是培养学生计算思维非常重要的一步。
　　（2）用游戏培养学生的计算思维。目前，引入解谜游戏常作为介绍编程的初学课程的方法。原先其只是个电脑游戏，学生为解决复杂的问题而利用混合的方向和命令移动头像。“将学习内容变为游戏玩法，提高学生学习兴趣，并且使学生理解了编程的工作原理，通过这些原理作为游戏元素来解决环境中的问题，从而使游戏成为了有意义的事。”之后的实验证明：“游戏能够支撑可视化的入门性的编程结构。”为探寻学生以游戏为基础的学习及对计算思维的假设，应进一步用更大的样本量来进行实验研究。
　　（3）用完备的课程系统实现计算思维能力培养。仅仅开设一门计算机基础课程是不能很好地体现出计算思维的。教师在备课过程中，应该考虑计算机与各个专业学科之间的联系，制定与学生所学专业相通的教学内容，将计算思维融入不同学科当中，而不是仅限于计算机专业本身，这能更好地让学生从不同角度利用计算思维理解并能够解决相对难以解决的实际问题。
　　四、结语
　　计算思维如同一个引领着计算机研究者、实践者与教育家的伟大愿景。收拢还未进入大学的听众是尤为重要的，包括学生、父母及教师，应向他们传递以下两个重要信息：
　　智力上的挑战和令人着迷的科学问题依然有待理解和解决。因为个人的创造力及好奇心，这一些问题的解答才得以实现。同时一个人能够主修计算机科学而从事任意一种行业。一个人也能主修数学或者英语，却从事各式各样的工作，计算机科学一样如此。一个人能够主修计算机科学，接着从事医学、司法、贸易、政事和任何类型的工程及科学，乃至艺术工作。
　　计算机科学教授应该为大学新生开设一门课程，名为“计算机科学家的思维”，且其对应全部专业，而不只是计算机科学专业的学生。除此之外，我们应该运用各种方法去提高大众对探索计算机科学领域的兴趣，并要求高中生学习计算的技巧和模型，而不是哀鸣其研究费用的减少或悲叹大众对其兴趣的衰落。只有这样，计算机科学的乐趣与力量才能被传播，才能使计算思维变为我们的有力工具。
　　参考文献：
　　[1]Papert，S.Mindstorms：Children，computers，and powerful ideas[M].New York：Basic Books，1980.
　　[2]王茹娟 .高等教育中计算思维问题的探索[J].高教学刊，2017（4）.
　　[3]冯博琴.对于计算思维能力培养“落地”问题的探讨[J].中国大学教学，2012（9）.
　　[4]龚沛曾，杨志强.大学计算机基础教学中的计算思维培养[J].中国大学教学，2012（5）.
　　[5]战德臣，聂兰顺.计算思维与大学计算机课程改革的基本思路[J].中国大学教学，2013（2）.

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