論計(jì)算機(jī)思維培養(yǎng)的論文(2)
論計(jì)算機(jī)思維培養(yǎng)的論文篇二
《計(jì)算思維在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用》
【摘要】文章首先介紹了大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的重要性，分析了當(dāng)今計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中存在的大眾化問題以及由此而帶來的危害。然后從科學(xué)、科學(xué)思維、計(jì)算思維的概念入手，闡述了計(jì)算思維對培養(yǎng)大學(xué)生應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的重要性。最后根據(jù)計(jì)算思維的特點(diǎn)探討了大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程實(shí)施方案，給出了一種以“計(jì)算思維”為核心的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)模式，以提高大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的教學(xué)效果，提高大學(xué)生的計(jì)算思維能力，使大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)真正成為應(yīng)用與創(chuàng)新緊密結(jié)合的一門學(xué)科。
【關(guān)鍵詞】教學(xué)模式;計(jì)算思維;潛能;創(chuàng)新
【中圖分類號】G642.4 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089(2013)33-0-02
計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，通信系統(tǒng)日趨完善，互聯(lián)網(wǎng)的普及，計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用已滲透到人們?nèi)粘Ｉ钪械母鱾€角落，對整個社會的進(jìn)步與發(fā)展產(chǎn)生了重大而深遠(yuǎn)的影響，對高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育也提出了新的挑戰(zhàn)和要求。同時，社會對復(fù)合型人才的需求也迫使大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育進(jìn)入了一個新的改革時代。2005年6月美國總統(tǒng)信息技術(shù)咨詢委員會(PITAC)給美國總統(tǒng)提交了一份報告：《計(jì)算科學(xué)：確保美國競爭力》(Computational Science：Ensuring America’s Competitiveness)。該報告中對計(jì)算科學(xué)的重要性作了明確闡述：雖然計(jì)算本身也是一門學(xué)科，但是其具有促進(jìn)其他學(xué)科發(fā)展的作用[1]?？茖W(xué)上的很多研究都可能通過先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)得以解決，因此，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程作為基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)則顯得尤為重要。
1 目前大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中存在的問題
大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程是絕大多數(shù)高等院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的入門課程，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)是普通高校通識教育的重要組成部分，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用能力是大學(xué)生必備的技能是素質(zhì)之一。因此，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育在提高學(xué)生綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面發(fā)揮著重要的作用。但是，現(xiàn)在很多高校普遍認(rèn)為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)就是教會學(xué)生如何使用計(jì)算機(jī)，長此以往，學(xué)生便會認(rèn)為計(jì)算機(jī)僅僅就是一個使用工具，從而淡化了對計(jì)算機(jī)學(xué)科的認(rèn)識，這是非常不利于學(xué)生發(fā)展，不利于社會發(fā)展的一種有害認(rèn)知。
現(xiàn)在市面上的《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》教程內(nèi)容涵蓋面非常廣，可以說是一個多方位知識的濃縮，而且教程中大多是對一些常用術(shù)語或某些特點(diǎn)的概述，前沿知識涉足幾乎為零，學(xué)生常會感到乏味，對計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程失去興趣，于是上課不來，注意力不集中，上機(jī)玩手機(jī)，拷貝作業(yè)等現(xiàn)象便會接踵而來。
同時，在普通高校，《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》這門課程通常要求在32學(xué)時或48學(xué)時內(nèi)完成所有知識點(diǎn)的講授。試想：課時少，知識點(diǎn)如此之多，學(xué)生如何消化得了?學(xué)生的計(jì)算機(jī)實(shí)踐操作技能如何得以提高?如何處理學(xué)生入校時計(jì)算機(jī)操作水平參差不齊的現(xiàn)狀?如何對計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)進(jìn)行改革以適應(yīng)形勢發(fā)展的需要?這些都將是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中面臨的重要挑戰(zhàn)，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的改革勢在必行，作為授課教師應(yīng)考慮采取哪些行之有效的手段，以確保在短期內(nèi)讓學(xué)生主動、積極、有效地上好這門課。
近年來，教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(文中簡稱“教指委”)對計(jì)算思維的運(yùn)用非常重視，并作了大量工作。2010年5月的合肥會議上，探討了計(jì)算思維融入計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的問題，2010年7月召開了西安會議，2010年9月召開了太原會議，均把計(jì)算思維列為會議的主要議題，討論如何在新形勢下提高計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的質(zhì)量。特別是《九校聯(lián)盟(C9)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》，確定了以計(jì)算思維為核心的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革[2-4]。聲明的核心要點(diǎn)是：必須正確認(rèn)識大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的重要地位，需要把培養(yǎng)學(xué)生的“計(jì)算思維”能力作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)，并由此建設(shè)更加完備的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系和教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)而為全國高校的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革樹立標(biāo)桿。
經(jīng)過長期以來的親身教學(xué)實(shí)踐和探索研究發(fā)現(xiàn)，把計(jì)算思維融入到大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的教學(xué)中來不失為一良策。
2 科學(xué)、科學(xué)思維、計(jì)算思維
科學(xué)是反映現(xiàn)實(shí)世界各種現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律的知識體系。
科學(xué)思維一般是指理性認(rèn)識及其過程，即先獲取大量材料，通過整理材料形成理念，從而反映事物的本質(zhì)和規(guī)律?？茖W(xué)思維主要分為理論思維、實(shí)驗(yàn)思維和計(jì)算思維。
計(jì)算思維最早存在于中國的古代數(shù)學(xué)中，它推動著人類文明的進(jìn)步、科技的不斷發(fā)展。2006年，周以真教授使之更加清晰化和系統(tǒng)化了。
2006年3月，美國卡內(nèi)基.梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真(Jeannette M.Wing)教授在美國計(jì)算機(jī)權(quán)威期刊《Communications of the ACM》雜志上定義了計(jì)算思維(Computational Thinking)。周教授指出[5]：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為;計(jì)算思維的本質(zhì)是抽象(Abstraction)和自動化(Automation)。如同所有人都具備是非判斷、文字讀寫和進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算一樣，計(jì)算思維也是一種本質(zhì)的、所有人都必須具備的思維能力。
2010年10月陳國良院士在“第六屆大學(xué)計(jì)算機(jī)課程報告論壇”倡議：將計(jì)算思維引入大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)[6]。從此，計(jì)算思維得到了國內(nèi)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育界的廣泛重視。
計(jì)算思維是一種思想，一種理念，是人類求解問題的一條途徑，一種方式，計(jì)算思維是每個社會人的基本技能，是每一個人為了在現(xiàn)代社會中發(fā)揮職能、實(shí)現(xiàn)自身價值所必須掌握的，其根本目的是提升人類使用計(jì)算機(jī)解決各專業(yè)領(lǐng)域中問題的能力。
計(jì)算思維無處不在，關(guān)鍵是要做到將無意識的計(jì)算思維轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸庾R的計(jì)算思維，要主動地用計(jì)算思維去思考問題，讓它有效地融入到我們的教學(xué)中來，成為一個解決問題的有效工具，去控制計(jì)算設(shè)備，去解決計(jì)算機(jī)時代之前所不敢解決的問題。
3 計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)
2005年，教指委在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)指導(dǎo)性教學(xué)計(jì)劃中曾特別強(qiáng)調(diào)：大學(xué)畢業(yè)生應(yīng)具有研究和開發(fā)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本能力，掌握分析、設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本方法。計(jì)算思維在計(jì)算機(jī)科學(xué)教學(xué)中的重要性在這里體現(xiàn)得一覽無遺。故而，突出計(jì)算思維特征，加強(qiáng)計(jì)算思維能力培養(yǎng)，提高計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)水平，培養(yǎng)具有創(chuàng)新復(fù)合型人才便成了計(jì)算思維改革的目的之一。
如何將計(jì)算思維融入到大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的課堂教學(xué)中，以提高學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)知識分析問題的能力，是一個巨大的挑戰(zhàn)。華中科技大學(xué)文華學(xué)院信息學(xué)部楊有安老師積極牽頭，教改課題《以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為核心的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程改革》于2011年11月正式立項(xiàng)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室全體教師圍繞著計(jì)算思維的特點(diǎn)，積極探討如何將其應(yīng)用于大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)當(dāng)中，并對學(xué)生的計(jì)算思維能力培養(yǎng)進(jìn)行了以下一系列的嘗試。
意識教育：把無意識的計(jì)算思維教學(xué)提升為有意識的、系統(tǒng)性的計(jì)算思維教學(xué)。開展計(jì)算思維教學(xué)，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(jìn)行提高和優(yōu)化。在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維過程中，要想方設(shè)法把計(jì)算思維滲透到每個教學(xué)環(huán)節(jié)中。比如：當(dāng)給學(xué)生介紹計(jì)算機(jī)的發(fā)展史時，如果教師直接講述計(jì)算機(jī)的發(fā)展始末，學(xué)生無疑會感到枯燥乏味，但如果教師以故事形式，以思維引導(dǎo)為主流，圍繞計(jì)算機(jī)發(fā)展的特點(diǎn)為中心去授課，并想方設(shè)法提出相關(guān)問題激勵學(xué)生積極參與，想必學(xué)生聽課的效果會大相徑庭。
任務(wù)驅(qū)動：任務(wù)驅(qū)動是一種建立在構(gòu)建主義教學(xué)理論基礎(chǔ)上的教學(xué)法，適用于培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)和相對獨(dú)立分析問題、解決問題的能力[7]。在任務(wù)式教學(xué)中，用于驅(qū)動學(xué)生學(xué)習(xí)的“任務(wù)”的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，“任務(wù)”設(shè)計(jì)的理念和效果將直接影響教學(xué)效果。教師作為任務(wù)的設(shè)計(jì)者，要明確教學(xué)內(nèi)容所涉及計(jì)算思維的內(nèi)容，要結(jié)合學(xué)生的特點(diǎn)，要把握好任務(wù)的難易程度及實(shí)施可行性，著力引導(dǎo)學(xué)生在系統(tǒng)要求的框架上如何用計(jì)算思維解決問題。在整個教學(xué)過程中，教師務(wù)必要從根本上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主性、積極性，以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力為核心。
案例教學(xué)：計(jì)算思維是利用啟發(fā)式推理尋求解答的，在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課堂教學(xué)中，把章節(jié)中的知識要點(diǎn)作為計(jì)算思維的問題提出來，與學(xué)生一起討論解決的方法?？茖W(xué)的案例教學(xué)法不但可以解決計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課理論課時少、知識點(diǎn)多而散、實(shí)效差、與實(shí)踐環(huán)節(jié)脫節(jié)等問題，而且還能充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，進(jìn)而提高他們的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力。更重要的是案例教學(xué)法以問題驅(qū)動為向?qū)В瑢鹘y(tǒng)教學(xué)中以教師、教材為主，變成了以學(xué)生為教學(xué)活動的主體，形成了一種學(xué)生自主學(xué)習(xí)，合作學(xué)習(xí)，研究性學(xué)習(xí)和發(fā)現(xiàn)性學(xué)習(xí)的氛圍。
強(qiáng)化實(shí)踐：通過強(qiáng)化實(shí)踐使計(jì)算思維能力從計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力中突顯出來。在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課的每次上機(jī)實(shí)驗(yàn)之前給學(xué)生布置定量的任務(wù)，要求其在規(guī)定時間內(nèi)務(wù)必提交。教師下達(dá)上機(jī)任務(wù)時，可將任務(wù)的實(shí)踐目的及可能會涉及到的操作技能告知學(xué)生，同時也可適當(dāng)?shù)匕讶蝿?wù)目標(biāo)擴(kuò)散，讓能力較強(qiáng)的學(xué)生有選擇的空間，為提高學(xué)生的思維能力提供導(dǎo)向。比如：當(dāng)學(xué)習(xí)了office辦公軟件的使用后，讓學(xué)生制作一張精美的海報或一個內(nèi)容豐富、動感十足的演示文稿，主題和內(nèi)容不限。在制作過程中，鼓勵學(xué)生嘗試各種排版技巧，在多次的嘗試、設(shè)計(jì)、摸索與實(shí)踐中，面對自己不斷完善、逐漸成型的作品，學(xué)生的興致會很高，學(xué)習(xí)氣氛會很濃，最終他們也無疑會收獲成功的喜悅。
創(chuàng)新競賽：各類應(yīng)用課程的教學(xué)目標(biāo)是創(chuàng)作一個系統(tǒng)或一個作品，這也是計(jì)算思維的終極目標(biāo)。利用一些創(chuàng)新競賽，激勵學(xué)生帶著問題自主思維。從2011年開始，在學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的大力支持下，計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室連續(xù)主辦了三屆信息搜索分析技術(shù)(Information Search Analysis Skill，ISAS)大賽，旨在培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、分析技能、技術(shù)功底、表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。大賽前期實(shí)施中，指導(dǎo)老師可提供一些課題供學(xué)生選擇，學(xué)生也可根據(jù)個人的興趣自擬題目，學(xué)生利用課余時間自行羅列課題大綱，收集相關(guān)資料，進(jìn)行歸納匯總，最后選擇一種合適的方式陳述該課題，或?qū)υ撜n題的相關(guān)子方面建模使其易于處理。實(shí)踐證明，該活動很大程度上提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的思維能力。
激發(fā)思維潛能：傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)較注重知識的灌輸，學(xué)生習(xí)慣性地處于一種被動的學(xué)習(xí)狀態(tài)，墨守陳規(guī)，普遍缺乏自我思維意識，更別談創(chuàng)意、創(chuàng)新。隨著課改呼聲的高漲，激發(fā)學(xué)生的思維潛能，鼓勵學(xué)生的自我創(chuàng)新勢在必行。為了有效地引導(dǎo)和幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)、開發(fā)和最大限度地挖掘自身的優(yōu)勢潛能，在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中，作者曾連續(xù)對幾屆大一新生進(jìn)行過幾次調(diào)研，八層以上的學(xué)生均表示對計(jì)算機(jī)的應(yīng)用有濃厚的興趣，并也有信心堅(jiān)持自主學(xué)習(xí)，以求能掌握一門計(jì)算機(jī)技術(shù)。興趣是學(xué)習(xí)最好的老師，再加上老師的適當(dāng)引導(dǎo)，大學(xué)生的思維潛能必定是可挖掘的。
4 結(jié)束語
以計(jì)算思維能力培養(yǎng)作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)，不僅緊緊圍繞現(xiàn)有計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的根本任務(wù)和核心知識內(nèi)容，而且反映了計(jì)算機(jī)學(xué)科的本質(zhì)，也體現(xiàn)了通識教育應(yīng)有的特征。顯然，這樣的教學(xué)定位，不僅擺脫了以“操作技能”培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)能力造成的“危機(jī)”，也更好地詮釋了課程建設(shè)的目標(biāo)，更好地體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的基本特征。
隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與其他學(xué)科交叉研究廣度和深度的不斷增加，社會對計(jì)算機(jī)應(yīng)用型、創(chuàng)新性人才的需求越來越大，要求也越來越高。以前無意識的計(jì)算思維培養(yǎng)如今也已經(jīng)上升到了一個有意識的高度。教學(xué)實(shí)踐證明，將計(jì)算思維融于教學(xué)實(shí)踐中確實(shí)提高了教學(xué)質(zhì)量，提高了學(xué)生解決問題的能力，對計(jì)算機(jī)創(chuàng)新復(fù)合型人才的培養(yǎng)也大有裨益。我們應(yīng)當(dāng)傳播計(jì)算機(jī)科學(xué)的快樂、崇高和力量，致力于計(jì)算思維的常識化。
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