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計(jì)算機(jī)思維如何培養(yǎng)范文第1篇

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)；大學(xué)生；創(chuàng)新思維

一、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)中培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新思維的重要性

計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)中培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新思維至關(guān)重要，且主要表現(xiàn)為：首先，可促進(jìn)學(xué)生形成創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)意識(shí)。計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)中通過對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，可使學(xué)生在培養(yǎng)期間自主開展問題思考，形成更多自身的觀點(diǎn)、認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生思維能力，進(jìn)而形成在學(xué)習(xí)中可帶著創(chuàng)新的思維去思考問題。其次，可促進(jìn)提高學(xué)生的適應(yīng)能力及競(jìng)爭(zhēng)力。當(dāng)前時(shí)代背景下，創(chuàng)新對(duì)于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要，同時(shí)是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中要想實(shí)現(xiàn)發(fā)展突破所必須擁有的一項(xiàng)條件，因此越來越多企業(yè)對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力提供了極大要求，所以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維可促進(jìn)學(xué)生在今后工作崗位上形成更好的適應(yīng)能力及競(jìng)爭(zhēng)能力。

二、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)中大學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)策略

（一）營(yíng)造良好教學(xué)情境，正確引導(dǎo)學(xué)生形成創(chuàng)新思維

要想提升計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)質(zhì)量、效率，充分發(fā)揮專業(yè)教學(xué)的創(chuàng)新思維培養(yǎng)作用，應(yīng)當(dāng)在良好教學(xué)情境下調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性，有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，彌補(bǔ)學(xué)生對(duì)教師計(jì)算機(jī)操作進(jìn)行簡(jiǎn)單模仿及機(jī)械思考問題的不足。教師應(yīng)當(dāng)結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容營(yíng)造良好的教學(xué)情境，為學(xué)生提供大量觀察、探究、實(shí)驗(yàn)操作的平臺(tái)與機(jī)會(huì)。例如，在《圖文混排海報(bào)的制作》教學(xué)過程中，首先，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮自身想象力，建立開放性的教學(xué)設(shè)計(jì)活動(dòng)場(chǎng)景，緊扣某一主題由學(xué)生自由發(fā)揮，要求學(xué)生自主運(yùn)用各種操作工具來開展多樣的實(shí)踐思考，基于主題性教學(xué)情境，開拓學(xué)生聯(lián)想及想象空間[2]。其次，組織學(xué)生運(yùn)用各式各樣的計(jì)算機(jī)技巧來表達(dá)自身的主題創(chuàng)意，依托實(shí)踐活動(dòng)實(shí)現(xiàn)自身知識(shí)、技能的有效轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)海報(bào)設(shè)計(jì)的初步優(yōu)化，并達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的目的。

（二）優(yōu)化計(jì)算機(jī)操作教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維

計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)表現(xiàn)出極強(qiáng)的操作性，教師通常會(huì)借助實(shí)際操作向?qū)W生相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，該種操作教學(xué)對(duì)提高專業(yè)教學(xué)成效有著至關(guān)重要的作用，并且有助于提升學(xué)生在計(jì)算機(jī)上的實(shí)踐能力。然而，要想進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，教師則應(yīng)當(dāng)增強(qiáng)操作教學(xué)的設(shè)計(jì)性、探索性，如此一來，學(xué)生便可在有效專業(yè)知識(shí)及操作技能的基礎(chǔ)上，形成相應(yīng)的創(chuàng)新能力。在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)中，教師往往會(huì)為學(xué)生演示計(jì)算機(jī)操作流程，便講述相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，然而要求學(xué)生循規(guī)蹈矩地對(duì)教師操作步驟進(jìn)行模仿，該種教學(xué)模式不僅顯得單一，長(zhǎng)此以往，還會(huì)使得學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)、倦怠等不良心理，進(jìn)而削弱學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。因此，教師應(yīng)當(dāng)革新教師觀念，且還是優(yōu)化計(jì)算機(jī)操作教學(xué)方法，注重推進(jìn)校園文化與專業(yè)教學(xué)的有機(jī)融合，以此提升教學(xué)課堂趣味性，營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維[3]。

（三）組織社團(tuán)活動(dòng)及小型科技活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生形成創(chuàng)新思維

組織創(chuàng)新活動(dòng)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的一條重要途徑，所以，教師在日常教學(xué)中應(yīng)積極組織各式各樣有創(chuàng)新意義的活動(dòng)，諸如計(jì)算機(jī)興趣小組活動(dòng)、創(chuàng)新實(shí)踐課、課外小型科技活動(dòng)等。通過這些多樣豐富的活動(dòng)，不僅有助于鞏固學(xué)生自身所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，還可培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)實(shí)踐操作能力，并且，學(xué)生在活動(dòng)還可進(jìn)行探究思考，通過相互間的交流互動(dòng)，以此形成創(chuàng)新思維。又如，在學(xué)生開展實(shí)踐活動(dòng)過程中，教師可向引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合教學(xué)內(nèi)容開展相關(guān)的計(jì)算機(jī)操作，然而開拓教學(xué)資源，要求學(xué)生借助互聯(lián)網(wǎng)或圖書館查閱等方式采集相關(guān)學(xué)習(xí)資源，使學(xué)生掌握更豐富的計(jì)算機(jī)操作知識(shí)，最后引導(dǎo)學(xué)生以查閱學(xué)習(xí)資源為依據(jù)，開展探究實(shí)踐實(shí)驗(yàn)，并鼓勵(lì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行交流討論，進(jìn)而在相互的交流中形成創(chuàng)新思維。

計(jì)算機(jī)思維如何培養(yǎng)范文第2篇

關(guān)鍵詞：信息技術(shù) 小學(xué)教學(xué) 計(jì)算思維

中圖分類號(hào)：G622 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C 文章編號(hào)：1672-1578（2017）01-0218-01

小學(xué)生的抽象思維能力還存在一定的不足，特別是在信息技術(shù)教學(xué)的過程中，很多編程程序的學(xué)習(xí)都需要學(xué)生發(fā)揮抽象思維能力，所以有的學(xué)生在信息技術(shù)課程中的學(xué)習(xí)存在一定的問題，而且對(duì)這門課程的學(xué)習(xí)喪失樂趣和信心，但是Scratch編程的進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)比較低，便于操作。

1 通過Scratch教學(xué)培養(yǎng)計(jì)算思維的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)自動(dòng)化

Scratch不需要像傳統(tǒng)編程軟件那樣逐行地“敲”代碼，而是通過拖拽已經(jīng)定義好的程序模塊，采用搭積木的方式快速實(shí)現(xiàn)程序的編寫。圖形化的編程減少了識(shí)憶性的要求，將學(xué)生從死記命令及命令的使用參數(shù)中解放出來。學(xué)生學(xué)習(xí)Scratch編程的過程不再是枯燥的命令組合的集成，整個(gè)編程就像兒童在搭有趣的積木玩具，同時(shí)在Scratch的舞臺(tái)區(qū)，會(huì)對(duì)學(xué)生的積木式程序自動(dòng)進(jìn)行演示，學(xué)生可以很直觀地看到各種腳本設(shè)計(jì)所呈現(xiàn)出來的實(shí)際效果，這種借助Scratch進(jìn)行編程學(xué)習(xí)的方式就是一種自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)科學(xué)方式。

比如，老師在講解“遙控直升機(jī)――角色的控制與停止指令”的時(shí)候，為了讓學(xué)生深入理解直升機(jī)上升、下降和停止的狀態(tài)，就需要構(gòu)建精彩的故事環(huán)境。第一，老師可以讓兩個(gè)學(xué)生在頭上戴上電腦小博士和直升機(jī)的頭飾。然后老師說“開始”，電腦小博士就呈現(xiàn)出指令要求，直升機(jī)得到指令后及時(shí)做出相應(yīng)的動(dòng)作。在發(fā)出“前進(jìn)”指令的時(shí)候，“直升機(jī)”就向前移動(dòng)；在下達(dá)后退指令的時(shí)候，“直升機(jī)”也會(huì)向后運(yùn)動(dòng)。如果是“上升”，“直升機(jī)”可以做跳躍的動(dòng)作；如果是“下降”，“直升機(jī)”可以做蹲下的動(dòng)作；發(fā)出“停止”指令的時(shí)候，“直升機(jī)”就會(huì)停止運(yùn)動(dòng)。而且，老師可以讓學(xué)生進(jìn)行角色演練，讓五個(gè)學(xué)生分別來扮演直升機(jī)相應(yīng)的指令動(dòng)作，讓學(xué)生身臨其境的學(xué)習(xí)知識(shí)。利用多種角色扮演，學(xué)生能夠真切的感受到多個(gè)動(dòng)作指令的不同，隨后老師也會(huì)教學(xué)生根據(jù)課本中的內(nèi)容設(shè)計(jì)遙控直升機(jī)的編程程序，學(xué)生能夠有效的設(shè)計(jì)出程序，教學(xué)質(zhì)量比較顯著。通過這種情境模擬的方式來引入新課教學(xué)，能夠有效的調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)樂趣，讓學(xué)生在活動(dòng)的過程中認(rèn)清各個(gè)對(duì)象之間的關(guān)系，并且掌握操作方式。

2 通過Scratch教學(xué)培養(yǎng)計(jì)算思維的任務(wù)分析和設(shè)計(jì)

Scratch中的每一項(xiàng)任務(wù)，都需要學(xué)生先進(jìn)行分析，而后再根據(jù)各個(gè)任務(wù)和要求思考問題解決的方式方法，最終選擇和設(shè)計(jì)出各類符合自己需求的指令算法。主要是對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境、變量、運(yùn)算符號(hào)和鏈表資料概念以及調(diào)試計(jì)算實(shí)踐Scratch中的選擇條件概念進(jìn)行全面的分析，使得學(xué)生深入理解程序，并且能夠根據(jù)所給出的條件進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。在Scratch中加強(qiáng)對(duì)于運(yùn)算符概念的理解，可以讓學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)整體的運(yùn)算模式進(jìn)行充分的把握。Scratch中的數(shù)據(jù)概念可以讓學(xué)生理解鏈表和變量的實(shí)際含義。老師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行游戲活動(dòng)的時(shí)候，第一要讓學(xué)生研究游戲模式和技術(shù)，讓學(xué)生找到游戲活動(dòng)的相同因素，這就是游戲的主要特點(diǎn)。在游戲設(shè)計(jì)的時(shí)候，學(xué)生可以根據(jù)重復(fù)和不斷增加的準(zhǔn)則，逐漸深入，不斷嘗試使用交互和多場(chǎng)景交換的模式，從而熟練的掌握廣播、鏈表和變量等相關(guān)內(nèi)容。

比如，老師給學(xué)生安排游戲設(shè)計(jì)任務(wù)“迷宮游戲”，通過老師的指導(dǎo)，學(xué)生先選擇兩個(gè)，分別是貓和老鼠，可以先設(shè)計(jì)最終任務(wù)，對(duì)迷宮的狀況先不進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)你的設(shè)計(jì)過程，貓能夠抓住老鼠，不斷進(jìn)行測(cè)試，學(xué)生對(duì)于條件計(jì)算的內(nèi)容有了大體的了解。在控制“小貓”方面，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛好使用傳感器、鍵盤或是鼠標(biāo)進(jìn)行操作。緊接著，老師引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建迷宮模型，不斷添加游戲規(guī)則，貓可以穿越墻壁等，老師可以有效的開發(fā)學(xué)生的思考能力，最后使用前進(jìn)語句和條件判斷來解決相關(guān)的問題。

3 通過Scratch教學(xué)培養(yǎng)計(jì)算思維的程序優(yōu)化處理

在Scratch的腳本設(shè)計(jì)過程中，我們經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)同一個(gè)效果可以有多種途徑或方法來完成。在許多方式方法中，我們找出一種最好的或者最合理的方式，這個(gè)過程就是計(jì)算思維的優(yōu)化過程。老師要引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)設(shè)計(jì)能力，敢于創(chuàng)新和思考，從而逐漸發(fā)展成為計(jì)算創(chuàng)造者和研發(fā)者。在課堂教學(xué)的過程中，老師為了加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，相應(yīng)的教學(xué)安排、課時(shí)安排、優(yōu)秀作品展示、微視頻等教學(xué)資源都要進(jìn)行認(rèn)真的設(shè)計(jì)和安排，讓學(xué)生感受到其中的樂趣。通過多次項(xiàng)目研究訓(xùn)練，加強(qiáng)使用Scratch的操作能力，可以在所掌握的知識(shí)上進(jìn)一步完成現(xiàn)階段的學(xué)習(xí)任務(wù)，并且理解指令集程序，再傳遞給角色，這時(shí)角色收到指令信息后及時(shí)做出反應(yīng)。

4 結(jié)語

在小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中，Scratch作為可視化圖塊式編程工具受到了學(xué)生的喜愛，操作比較便捷、內(nèi)容多種多樣，指導(dǎo)學(xué)生在處理問題的過程中，不斷的加強(qiáng)創(chuàng)造思維能力，在計(jì)算機(jī)演示和測(cè)試的時(shí)候，能夠完成自己喜愛的作品，加強(qiáng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃偉.在Scratch教學(xué)中培養(yǎng)小學(xué)生信息素養(yǎng)的嘗試與思考[J].新課程?中旬，2016，（4）：395.

計(jì)算機(jī)思維如何培養(yǎng)范文第3篇

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；程序設(shè)計(jì)；語言；計(jì)算；新生

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）49-0276-03

一、《程序設(shè)計(jì)》課程簡(jiǎn)介

《程序設(shè)計(jì)》是高等學(xué)校理工科專業(yè)普遍開設(shè)的系列必修課程。這門課主要講授用高級(jí)語言如C/C++及Java等開發(fā)計(jì)算機(jī)程序的基本知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生用計(jì)算機(jī)分析并解決問題的能力，使學(xué)生掌握軟件設(shè)計(jì)的基本方法，為后續(xù)課程奠定基礎(chǔ)。

國內(nèi)高校普遍將《程序設(shè)計(jì)》課程按照語言的不同分為多個(gè)系列：C語言、C++語言及Java語言等。不同學(xué)校及專業(yè)根據(jù)各自的培養(yǎng)方案為學(xué)生開設(shè)其中幾種，至少有一種語言（一般是C語言）為必修，開設(shè)于大一及大二學(xué)年，理論課與實(shí)驗(yàn)課共60～100課時(shí)，持續(xù)1～2個(gè)學(xué)期。各高校也普遍為計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)高年級(jí)學(xué)生開設(shè)其他流行編程語言如Visual Basic以及更專業(yè)化編程語言如Matlab、SQL及HTML等等。這些語言的基本語法與C語言相似甚至是高度相似，程序設(shè)計(jì)思想相通，因而其教學(xué)也高度依賴于低年級(jí)程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)效果。

二、面向新生的《程序設(shè)計(jì)》課程

對(duì)計(jì)算機(jī)及軟件等專業(yè)的學(xué)生而言，《程序設(shè)計(jì)》是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，這門課程一般開設(shè)于本科一年級(jí)，因而授課對(duì)象主要是本科新生。一方面，大多數(shù)計(jì)算機(jī)相關(guān)課程如《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》、《操作系統(tǒng)》及《數(shù)據(jù)庫》等都需要編程語言的基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)生在這門課收獲的學(xué)習(xí)成果對(duì)高層次的學(xué)習(xí)乃至工作都具有非常重要的意義；另一方面，編程語言課程的教學(xué)能夠直接訓(xùn)練學(xué)生的計(jì)算思維[1]，計(jì)算思維的形成和培養(yǎng)，是目前高等院校計(jì)算機(jī)教學(xué)，甚至包括非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)所追求的一個(gè)重要目標(biāo)。在學(xué)生剛剛升入本科階段，而幾乎不曾開始學(xué)習(xí)專業(yè)課，專業(yè)思維模式尚未形成之前，就逐漸培養(yǎng)其計(jì)算思維，又顯然是這項(xiàng)任務(wù)的重中之重。

高中信息技術(shù)課程一般包括Visual Basic等編程語言的知識(shí)，但長(zhǎng)期以來，受高考指揮棒的影響，全國各省市的小學(xué)、初中與高中教育普遍對(duì)計(jì)算機(jī)（信息技術(shù)）課程的重視程度不夠。在程序設(shè)計(jì)不作為會(huì)考要求內(nèi)容的省份，一些學(xué)校甚至沒有開設(shè)編程語言課程，或者要不做任何要求，導(dǎo)致在高中階段，教師與學(xué)生的教學(xué)興趣度極低。一個(gè)最直接的后果是，即使是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，剛進(jìn)入大學(xué)時(shí)，也普遍對(duì)程序設(shè)計(jì)這類課程既陌生又恐懼。

由于這類課程本身的深度與難度，本科新生，特別是在高中階段沒有學(xué)過程序設(shè)計(jì)，甚至幾乎不曾接觸過計(jì)算機(jī)的新生，往往承受較大的學(xué)習(xí)壓力，如果不能很好地掌握程序設(shè)計(jì)的思維與方法，學(xué)生很容易喪失學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)相關(guān)課程的興趣與信心，從而影響整個(gè)大學(xué)階段的專業(yè)學(xué)習(xí)，因而承擔(dān)大一新生程序設(shè)計(jì)課程的教師也同樣承受較大的教學(xué)壓力。如前所述，這個(gè)問題產(chǎn)生的直接原因固然是高中信息科學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備的不足，但根本原因還是學(xué)生在從多年來已經(jīng)習(xí)慣的數(shù)理化式的定義與公式學(xué)習(xí)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐杂?jì)算機(jī)學(xué)科為代表的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)模式時(shí)產(chǎn)生了障礙，或者說學(xué)生沒有能夠形成學(xué)習(xí)計(jì)算科學(xué)應(yīng)具有的思維模式。因而解決這個(gè)問題的關(guān)鍵即是，要通過程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)使學(xué)生形成并逐漸強(qiáng)化計(jì)算思維。

三、計(jì)算思維的內(nèi)涵及重要性

按照卡內(nèi)基?梅隆大學(xué)Jeannette M. Wing教授提出的廣義概念[1]，計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。而具體到程序設(shè)計(jì)這門課，計(jì)算思維可以理解為編寫高級(jí)語言程序的方式解決問題的思維活動(dòng)。由此可以看出，程序設(shè)計(jì)課程是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維最重要的方式之一，而培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維也是程序設(shè)計(jì)課程最重要的目的之一。

計(jì)算思維這一重要概念被提出后，引起高等教育界的廣泛注意。關(guān)于如何在程序設(shè)計(jì)課中培養(yǎng)本科生的計(jì)算思維能力這一問題也成為高校計(jì)算機(jī)教學(xué)中普遍關(guān)注的問題。文獻(xiàn)[2-4]討論了如何通過計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)培養(yǎng)計(jì)算思維，文獻(xiàn)[5-7]討論了通過程序設(shè)計(jì)課程培養(yǎng)計(jì)算思維，文獻(xiàn)[8]討論了如何通過程序設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生的多種思維能力，文獻(xiàn)[9；10]提出以計(jì)算思維為導(dǎo)向開展程序設(shè)計(jì)教學(xué)，文獻(xiàn)[11-13]提出了基于計(jì)算思維的程序設(shè)計(jì)教學(xué)改革方式，文獻(xiàn)[14；15]討論了通過程序設(shè)計(jì)課程培養(yǎng)計(jì)算思維的具體實(shí)踐方式，文獻(xiàn)[16]探討了如何以計(jì)算思維為訓(xùn)練目標(biāo)設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)案例，文獻(xiàn)[17]討論了如何通過非計(jì)算機(jī)專業(yè)的程序設(shè)計(jì)課程培養(yǎng)計(jì)算思維。但圍繞如何針對(duì)新生開展高效程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)[18]，以及如何培養(yǎng)新生的計(jì)算思維這些方面的研究卻還很少。

計(jì)算思維，顧名思義，即“一切皆為計(jì)算的思維”，可以把它理解為一種將復(fù)雜的實(shí)際問題都轉(zhuǎn)換為可以用計(jì)算機(jī)解決的思維模式，而計(jì)算機(jī)解決任何問題的本質(zhì)，顯然都是通過各種計(jì)算來完成的。掌握用計(jì)算機(jī)解決問題的方法，是當(dāng)今社會(huì)中最重要也是最基本的技能之一。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就要靠計(jì)算思維的長(zhǎng)期漸進(jìn)式培養(yǎng)與發(fā)展，這主要涉及兩個(gè)方面的任務(wù)：（1）需要了解計(jì)算機(jī)求解問題所使用的計(jì)算方式。只有了解計(jì)算機(jī)計(jì)算的方式，才能判斷一個(gè)問題是否可以直接被計(jì)算機(jī)求解，也才能將待求解的問題轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以求解的形式；（2）需要掌握用計(jì)算機(jī)求解問題的設(shè)計(jì)方法。只有能夠設(shè)計(jì)出讓計(jì)算機(jī)求解問題的計(jì)算方法，即算法，才算真正掌握了計(jì)算機(jī)科學(xué)。在眾多計(jì)算機(jī)相關(guān)課程中，程序設(shè)計(jì)是能夠?qū)崿F(xiàn)以上兩個(gè)任務(wù)的重要載體課程，而計(jì)算，作為計(jì)算機(jī)解決問題的終極形式，又顯然應(yīng)該是實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)計(jì)算思維這一目標(biāo)的核心訓(xùn)練手段。

四、以《程序設(shè)計(jì)》培養(yǎng)計(jì)算思維的實(shí)踐策略

本人所在基礎(chǔ)教學(xué)部承擔(dān)上海電機(jī)學(xué)院全校非計(jì)算機(jī)專業(yè)及計(jì)算機(jī)專業(yè)本科一年級(jí)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)任務(wù)，包括C/C++語言及Java語言，分兩個(gè)學(xué)期授課，理論課共64學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課共32學(xué)時(shí)。從字面意義就不難看出，“計(jì)算思維”的核心思想是計(jì)算的能力和技巧。在教學(xué)中，我們以計(jì)算作為最重要的訓(xùn)練方式，貫穿于整個(gè)教學(xué)環(huán)境中，嘗試以計(jì)算促進(jìn)計(jì)算思維的形成。具體地，我們主要采取以下方法：

1.用計(jì)算問題讓學(xué)生快速開始程序設(shè)計(jì)。學(xué)生都經(jīng)過從小學(xué)到高中的數(shù)學(xué)訓(xùn)練，普遍對(duì)各種基本數(shù)學(xué)問題非常熟悉。用一些最簡(jiǎn)單的計(jì)算問題例如“從鍵盤輸入數(shù)值，計(jì)算其和差積商”可以使學(xué)生迅速上手，開始學(xué)習(xí)編寫程序。一方面，這樣可以避免在學(xué)習(xí)初就因受困于復(fù)雜的問題本身而影響編程語言語法規(guī)則的學(xué)習(xí)；另外一方面，也使學(xué)生通過解決簡(jiǎn)單的計(jì)算問題獲得學(xué)習(xí)新課的成功感和自信心，提高對(duì)后續(xù)課程學(xué)習(xí)的興趣。

2.用計(jì)算問題使學(xué)生了解程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)計(jì)算的規(guī)則。在講授選擇結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)時(shí)，我們使用了“數(shù)學(xué)年份，輸出各月天數(shù)”的例子。一年中的各個(gè)月份天數(shù)不同，僅需分為三種情況；二月份的天數(shù)需要根據(jù)該年是否是閏年來判斷，而閏年的判斷是小學(xué)生都非常熟悉的：即年份能被400整除；或能被4整除但不能被100整除。為了用編程語言描述這種判定規(guī)則，就需要引入邏輯運(yùn)算符表示“與”和“或”的關(guān)系并且要準(zhǔn)確理解運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)。這樣就可以通過一個(gè)例子充分了解分支結(jié)構(gòu)程序的設(shè)計(jì)規(guī)則和邏輯計(jì)算的規(guī)則。

3.用計(jì)算問題使學(xué)生了解用計(jì)算機(jī)解決問題所需要考慮的額外因素。在進(jìn)行一般的數(shù)學(xué)計(jì)算時(shí)，除了有些情況要求數(shù)值只能是整數(shù)，我們一般不必考慮一個(gè)數(shù)是整數(shù)還是小數(shù)。但是用高級(jí)語言處理數(shù)據(jù)，除了比較特殊的Python等語言不區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)類型，一般的高級(jí)語言如C和Java都是嚴(yán)格區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)類型的。在數(shù)學(xué)上，我們可以很自然地書寫x=1，y=0.5，但是在編程語言中，如果x被定義為浮點(diǎn)型，那么整數(shù)轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)，涉及表示方式的轉(zhuǎn)換，可能會(huì)丟失精度；如果y是整數(shù)，將浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為整數(shù)會(huì)丟失小數(shù)部分。而后者，在類型嚴(yán)格的語言如Java語言中甚至是不允許的。雖然單純的數(shù)學(xué)計(jì)算幾乎不涉及整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)類型轉(zhuǎn)換的問題，但數(shù)據(jù)的類型轉(zhuǎn)換卻是程序設(shè)計(jì)中最容易出錯(cuò)的。通過編寫測(cè)試性程序驗(yàn)證0.1+0.2不等于0.3，學(xué)生的印象會(huì)非常深刻，并且能夠更直觀地了解在用計(jì)算機(jī)計(jì)算時(shí)，數(shù)據(jù)類型精度是一個(gè)必須要考慮的因素，從而形成一種思維模式，在設(shè)計(jì)計(jì)算方法時(shí)能夠處處考慮類型與精度的相關(guān)問題。

4.通過計(jì)算加深對(duì)計(jì)算殊規(guī)則的理解，強(qiáng)化計(jì)算思維。在教學(xué)中，我們會(huì)讓學(xué)生編程練習(xí)求“3斤2元的蔬菜，6斤多少錢”這樣看似極其容易的問題。大多數(shù)學(xué)生會(huì)因?yàn)榘凑諗?shù)學(xué)的習(xí)慣書寫2/3*6這樣的表達(dá)式而得到看似荒謬的答案0，這樣的錯(cuò)誤在程序設(shè)計(jì)中非常普遍地存在，并且在調(diào)試代碼時(shí)這類錯(cuò)誤隱蔽性極大，不容易被發(fā)現(xiàn)。只有通過大量這類的計(jì)算練習(xí)，才能讓學(xué)生充分理解程高級(jí)語言（C/C++/Java等）中/的特殊運(yùn)算規(guī)則，即整數(shù)除法的結(jié)果還是整數(shù)，如果要得到比較準(zhǔn)確的結(jié)果，至少要把被除數(shù)和除數(shù)中的一個(gè)轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)，對(duì)于變量需要使用強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，對(duì)于常量，除了強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，還可以在后邊添加.0，及2和2.0在計(jì)算中是截然不同的兩個(gè)數(shù)，產(chǎn)生的計(jì)算結(jié)果也是全然不同的。由此可以進(jìn)一步強(qiáng)化對(duì)數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換的理解。

5.用計(jì)算問題使學(xué)生了解純粹的數(shù)學(xué)思維和計(jì)算思維的差別。在講解循環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)，我們讓學(xué)生編程計(jì)算兩個(gè)數(shù)的最大公約數(shù)和最小公倍數(shù)。大多數(shù)學(xué)生會(huì)受困于小學(xué)數(shù)學(xué)中學(xué)過的短除法方法：用一個(gè)一個(gè)公因子依次去除兩個(gè)數(shù)，直到商是互質(zhì)的。對(duì)于手工計(jì)算，這種方法當(dāng)兩個(gè)數(shù)都不太大，公因子比較容易找且不都太大的情況是非常容易且直觀的。但是用計(jì)算機(jī)套用這種思路編程時(shí)就會(huì)遇到麻煩：手工計(jì)算式公因子是直觀“看”出來的，而計(jì)算機(jī)是沒有辦法一下子猜到一個(gè)公因子的。但是利用循環(huán)，這個(gè)問題就迎刃而解。按照定義，最大公約數(shù)，就是最大的可以整除兩個(gè)數(shù)的數(shù)，最大不會(huì)超過兩個(gè)數(shù)中較小的一個(gè)，只要用循環(huán)，從兩個(gè)數(shù)的最小值開始，一個(gè)一個(gè)嘗試，每次減1，找到一個(gè)能夠同時(shí)整除兩個(gè)數(shù)的數(shù)，就是答案而不必繼續(xù)找，而各種高級(jí)語言普遍都提供了求余的運(yùn)算符。當(dāng)兩個(gè)數(shù)變得很大時(shí)，這種方法的效率很低，于是可以利用循環(huán)實(shí)現(xiàn)更快尋找最大公約數(shù)的輾轉(zhuǎn)相除法；對(duì)最小公倍數(shù)的練習(xí)，也同樣可以強(qiáng)化循環(huán)的學(xué)習(xí)效果。通過這些例子可以使學(xué)生清楚地意識(shí)到，數(shù)學(xué)中的計(jì)算方式轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)的求解過程需要一定的轉(zhuǎn)換，而這種轉(zhuǎn)換正是計(jì)算思維的關(guān)鍵所在。

對(duì)以上幾種計(jì)算訓(xùn)練模式，一個(gè)重要的環(huán)節(jié)是讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)犯錯(cuò)誤，通過在計(jì)算中發(fā)生看似怪異的錯(cuò)誤，而運(yùn)算過程在數(shù)學(xué)上看來又無懈可擊，才能通過仔細(xì)的錯(cuò)誤分析與代碼調(diào)試，發(fā)現(xiàn)按照一般思維無法發(fā)現(xiàn)的，由于計(jì)算機(jī)編程語言處理問題的特殊性而導(dǎo)致的錯(cuò)誤，這樣才能使學(xué)生對(duì)這類錯(cuò)誤的印象更深刻，從而盡可能減少今后出現(xiàn)同類錯(cuò)誤的可能。

五、結(jié)語

在程序設(shè)計(jì)的教學(xué)中，我們利用學(xué)生普遍具有長(zhǎng)期打下的良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)這一特點(diǎn)，通過采取以上幾種方法，讓學(xué)生在解決計(jì)算問題時(shí)學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)計(jì)算方法，逐步形成計(jì)算思維模式、加強(qiáng)計(jì)算思維方法，最終培養(yǎng)其計(jì)算思維能力。目前，課程教學(xué)改革正在持續(xù)進(jìn)行階段，已初步取得一定成果，但還缺乏更久更大范圍的理論研究和實(shí)踐論證。我們希望能夠以這些改革措施改進(jìn)理工科《程序設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)效果，為大一學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下良好的基礎(chǔ)，使他們受到全面的計(jì)算思維訓(xùn)練，具有良好的信息素養(yǎng)，最終提升他們?cè)谧叱鲂@進(jìn)入當(dāng)今信息社會(huì)時(shí)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

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計(jì)算機(jī)思維如何培養(yǎng)范文第4篇

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；大學(xué)計(jì)算機(jī)；計(jì)算系統(tǒng)；非計(jì)算機(jī)專業(yè)

從20世紀(jì)90年代末期教育部倡議在大學(xué)開展“計(jì)算機(jī)文化”教育開始，經(jīng)歷了以流行軟件學(xué)習(xí)與掌握為主的“計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)”教育階段，以素養(yǎng)與應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)共性知識(shí)講授為主的“計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)”教育階段。隨著認(rèn)識(shí)的不斷深入，一些問題和矛盾也困惑著人們，如面對(duì)專業(yè)教育與計(jì)算機(jī)教育平衡的學(xué)時(shí)數(shù)問題、面對(duì)快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容取舍問題、理論內(nèi)容與應(yīng)用技能的教學(xué)與訓(xùn)練平衡問題等。在這樣的背景下，陳國良院士和李廉教授發(fā)起并組織了若干次關(guān)于“計(jì)算思維”的研討會(huì)，對(duì)什么是“計(jì)算思維”及計(jì)算思維與理論思維、實(shí)驗(yàn)思維的關(guān)系作出了科學(xué)的論述。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(huì)和高等教育出版社等組織了若干次大學(xué)計(jì)算機(jī)論壇，探討了“計(jì)算思維”的形式和內(nèi)涵等。以哈爾濱工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)等為代表的高等院校已經(jīng)對(duì)“大學(xué)計(jì)算機(jī)”的計(jì)算思維教學(xué)做了若干年的改革實(shí)踐，積累了很多經(jīng)驗(yàn)，C9院校聯(lián)合發(fā)表了關(guān)于以計(jì)算思維改造大學(xué)計(jì)算機(jī)課程的聯(lián)合聲明，這些都為大學(xué)計(jì)算機(jī)面向計(jì)算思維教育的改革奠定了很好的基礎(chǔ)?？梢哉f大家已經(jīng)形成了“大學(xué)計(jì)算機(jī)”課程的核心價(jià)值就是培養(yǎng)學(xué)生的“計(jì)算思維”、應(yīng)該以計(jì)算思維為導(dǎo)向進(jìn)行大學(xué)計(jì)算機(jī)課程改革的共識(shí)，面向“計(jì)算思維”的大學(xué)計(jì)算機(jī)教育的基本思路已經(jīng)深入人心。但怎樣培養(yǎng)計(jì)算思維，大學(xué)計(jì)算機(jī)課程究竟講授什么內(nèi)容才是培養(yǎng)計(jì)算思維，非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生對(duì)計(jì)算思維的需求究竟是什么？針對(duì)這些問題，本文試圖給出一個(gè)解決方案。

一、從計(jì)算技術(shù)與計(jì)算系統(tǒng)的發(fā)展看計(jì)算思維

大學(xué)計(jì)算機(jī)課程究竟講授什么內(nèi)容才是培養(yǎng)“計(jì)算思維”呢？計(jì)算（機(jī)）學(xué)科存在著哪些“核心的”計(jì)算思維？哪些計(jì)算思維對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生可能會(huì)產(chǎn)生影響和借鑒呢？對(duì)這些問題的探討將有助于大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)內(nèi)容的選取和確定。我們先從計(jì)算技術(shù)與計(jì)算系統(tǒng)的發(fā)展看“核心”的計(jì)算思維，即大學(xué)計(jì)算機(jī)所面對(duì)的“知識(shí)空間”。

自20世紀(jì)40年代出現(xiàn)電子計(jì)算機(jī)以來，計(jì)算技術(shù)與計(jì)算系統(tǒng)的發(fā)展好比一棵枝繁葉茂的大樹，不斷地成長(zhǎng)與發(fā)展。為此本文將計(jì)算技術(shù)與計(jì)算系統(tǒng)的發(fā)展繪制成一棵樹，如圖1所示，我們稱其為“計(jì)算之樹”。

1.“計(jì)算之樹”的樹根――計(jì)算技術(shù)與計(jì)算系統(tǒng)的奠基性思維

計(jì)算之樹的樹根體現(xiàn)的是計(jì)算技術(shù)與計(jì)算系統(tǒng)的最基礎(chǔ)、最核心的或者說奠基性的技術(shù)或思想，這些思想對(duì)于今天乃至未來研究各種計(jì)算手段仍有著重要的影響。仔細(xì)分析這些思想，本文認(rèn)為“0和1”、“程序”、“遞歸”三大思維最重要。

（1）“0和1”的思維。計(jì)算機(jī)本質(zhì)上是以0和1為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)實(shí)世界的各種信息（數(shù)值性和非數(shù)值性）都可被轉(zhuǎn)換成0和1，進(jìn)行各種處理和變換，然后再將0和1轉(zhuǎn)換成滿足人們視、聽、觸等各種感覺的信息。0和1可將各種運(yùn)算轉(zhuǎn)換成邏輯運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)，邏輯運(yùn)算又可由晶體管等元器件實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而組成邏輯門電路再構(gòu)造復(fù)雜的電路，由硬件實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的復(fù)雜功能，這種由軟件到硬件的紐帶是0和1?！?和1”的思維體現(xiàn)了語義符號(hào)化、符號(hào)0（和）1化、0（和）1計(jì)算化、計(jì)算自動(dòng)化、分層構(gòu)造化、構(gòu)造集成化的思維，是最重要的一種計(jì)算思維。

（2）“程序”的思維。一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)是怎樣實(shí)現(xiàn)的？系統(tǒng)可被認(rèn)為是由基本動(dòng)作（基本動(dòng)作是容易實(shí)現(xiàn)的）以及基本動(dòng)作的各種組合所構(gòu)成（多變的、復(fù)雜的動(dòng)作可由基本動(dòng)作的各種組合來實(shí)現(xiàn)）。因此實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)僅需實(shí)現(xiàn)這些基本動(dòng)作以及實(shí)現(xiàn)一個(gè)控制基本動(dòng)作組合與執(zhí)行次序的機(jī)構(gòu)。對(duì)基本動(dòng)作的控制就是指令，而指令的各種組合及其次序就是程序。系統(tǒng)可以按照“程序”控制“基本動(dòng)作”的執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能。計(jì)算機(jī)或者計(jì)算系統(tǒng)就是能夠執(zhí)行各種程序的機(jī)器或系統(tǒng)。指令與程序的思維也是最重要的一種計(jì)算思維。

（3）“遞歸”的思維。遞歸是計(jì)算技術(shù)的典型特征，遞歸是可以用有限的步驟描述實(shí)現(xiàn)近于無限功能的方法，有遞歸過程、遞歸算法、遞歸程序。遞歸過程指的是能調(diào)用自身過程的過程，遞歸算法指的是包含遞歸過程的算法，遞歸程序指的是直接或間接調(diào)用自身程序的程序。它是可以自身調(diào)用自身、高階調(diào)用低階來實(shí)現(xiàn)問題求解的一種思維。它借鑒的是數(shù)學(xué)上的遞推法，在有限步驟內(nèi)，根據(jù)特定法則或公式，對(duì)一個(gè)或多個(gè)前面的元素進(jìn)行運(yùn)算得到后續(xù)元素，以此確定一系列元素的方法。遞歸思維也是最重要的一種計(jì)算思維。

2.“計(jì)算之樹”的樹干――通用計(jì)算環(huán)境的進(jìn)化思維

計(jì)算之樹的樹干體現(xiàn)的是通用計(jì)算環(huán)境暨計(jì)算系統(tǒng)的發(fā)展與進(jìn)化。深入理解通用計(jì)算系統(tǒng)所體現(xiàn)出的計(jì)算思維對(duì)于理解和應(yīng)用計(jì)算手段進(jìn)行各學(xué)科對(duì)象的研究，尤其是應(yīng)用專業(yè)化計(jì)算手段的研究有著重要的意義。這種發(fā)展，本文認(rèn)為可從四個(gè)方面來看。

（1）馮?諾依曼機(jī)。簡(jiǎn)單而言，馮?諾依曼計(jì)算機(jī)由存儲(chǔ)器、控制器、運(yùn)算器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備所構(gòu)成。程序和數(shù)據(jù)事先存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中，由控制器從存儲(chǔ)器中一條條地讀取指令，分析指令，并依據(jù)指令按時(shí)鐘節(jié)拍產(chǎn)生各種電信號(hào)予以執(zhí)行。它體現(xiàn)的是程序如何被存儲(chǔ)、如何被CPU（控制器和運(yùn)算器）執(zhí)行的基本思維。理解馮?諾依曼計(jì)算機(jī)如何執(zhí)行程序?qū)τ谒惴ê统绦蛟O(shè)計(jì)有重要的意義。

（2）個(gè)人計(jì)算機(jī)。個(gè)人計(jì)算機(jī)是由CPU、內(nèi)存儲(chǔ)器、外存儲(chǔ)器（磁盤等）及輸入設(shè)備、輸出設(shè)備等構(gòu)成。內(nèi)存、外存等構(gòu)成了存儲(chǔ)體系。隨著存儲(chǔ)體系的建立，程序被存儲(chǔ)在永久存儲(chǔ)器（外存）中，運(yùn)行時(shí)被裝入內(nèi)存，它如何被存儲(chǔ)在外存中，如何被裝入內(nèi)存、如何被CPU執(zhí)行，如何充分地利用計(jì)算機(jī)的資源（CPU、內(nèi)存和外存），這就需要操作系統(tǒng)――專門負(fù)責(zé)管理計(jì)算資源的一個(gè)系統(tǒng)軟件。因此說個(gè)人計(jì)算機(jī)體現(xiàn)了在存儲(chǔ)體系環(huán)境下程序如何在操作系統(tǒng)協(xié)助下被硬件執(zhí)行的基本思維。

（3）并行與分布計(jì)算環(huán)境。并行與分布計(jì)算環(huán)境通常是由多CPU、多磁盤陣列等構(gòu)成的具有較強(qiáng)并行處理能力的復(fù)雜的服務(wù)器環(huán)境，這種環(huán)境通常應(yīng)用于局域網(wǎng)絡(luò)/廣域網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算系統(tǒng)的構(gòu)建，體現(xiàn)了在復(fù)雜環(huán)境下（多核、多存儲(chǔ)器）程序如何在操作系統(tǒng)協(xié)助下被硬件執(zhí)行的基本思維。在程序執(zhí)行過程中還需充分發(fā)揮多核、多存儲(chǔ)器的性能，充分發(fā)揮C/S結(jié)構(gòu)和B/S結(jié)構(gòu)的性能等。

（4）云計(jì)算環(huán)境。云計(jì)算環(huán)境通常由高性能計(jì)算結(jié)點(diǎn)（多CPU）和大容量磁盤存儲(chǔ)結(jié)點(diǎn)所構(gòu)成。為充分利用計(jì)算結(jié)點(diǎn)和存儲(chǔ)結(jié)點(diǎn)，其能夠按使用者需求動(dòng)態(tài)配置形成所謂的“虛擬機(jī)”和“虛擬磁盤”，而每一個(gè)虛擬機(jī)和虛擬磁盤則像一臺(tái)計(jì)算機(jī)一個(gè)磁盤一樣來執(zhí)行程序或存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。一個(gè)計(jì)算/存儲(chǔ)結(jié)點(diǎn)可按照使用者需求動(dòng)態(tài)的配置成多個(gè)虛擬機(jī)/虛擬磁盤等。它體現(xiàn)的是按需索取、按需提供、按需使用的一種服務(wù)化的思維。

通用計(jì)算環(huán)境的進(jìn)化思維體現(xiàn)了不同抽象層面的計(jì)算系統(tǒng)的基本思維，其核心和本質(zhì)是“抽象”與“自動(dòng)化”特征，即：機(jī)器層面――協(xié)議（抽象）與編碼器/解碼器（自動(dòng)化），解決機(jī)器與機(jī)器之間的交互問題；人―機(jī)層面――語言（抽象）與編譯器（自動(dòng)化），解決人與機(jī)器之間的交互問題；業(yè)務(wù)層面――模型（抽象）與執(zhí)行引擎（自動(dòng)化），解決業(yè)務(wù)系統(tǒng)與計(jì)算系統(tǒng)之間的交互問題。

3.“計(jì)算之樹”的樹枝――計(jì)算與（社會(huì)/自然）環(huán)境的融合思維

計(jì)算之樹的樹枝體現(xiàn)的是計(jì)算學(xué)科的各個(gè)分支研究方向，如智能計(jì)算、普適計(jì)算、個(gè)人計(jì)算、社會(huì)計(jì)算、企業(yè)計(jì)算、服務(wù)計(jì)算等；也體現(xiàn)了計(jì)算學(xué)科與其他學(xué)科相互融合產(chǎn)生的新的研究方向，如計(jì)算物理學(xué)、計(jì)算化學(xué)、計(jì)算語言學(xué)、計(jì)算經(jīng)濟(jì)學(xué)等。由樹干到樹枝，我們可將其劃分為三個(gè)層次：（1）“計(jì)算機(jī)”層次。著重于計(jì)算機(jī)器（含系統(tǒng)軟件等）的設(shè)計(jì)、建造、開發(fā)和應(yīng)用研究。（2）“計(jì)算機(jī)科學(xué)”層次。著重于計(jì)算機(jī)和可計(jì)算系統(tǒng)的研究。（3）“計(jì)算科學(xué)”層次。著重于面向社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域以及面向各個(gè)學(xué)科融合的計(jì)算手段的研究及其應(yīng)用。

由計(jì)算機(jī)到計(jì)算科學(xué)體現(xiàn)了計(jì)算技術(shù)與社會(huì)/自然環(huán)境的融合，體現(xiàn)了由狹義的計(jì)算機(jī)的研究發(fā)展為更廣泛的面向社會(huì)/自然問題的計(jì)算技術(shù)的研究，體現(xiàn)了計(jì)算學(xué)科是由計(jì)算機(jī)學(xué)科與其他學(xué)科相互融合所形成的具有更廣泛研究對(duì)象的學(xué)科。

由樹干到樹枝，我們還可將其劃分為另外三個(gè)層次：（1）“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”層次。著重在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)的技術(shù)及其應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)機(jī)器之間互聯(lián)互通。（2）“互聯(lián)網(wǎng)”層次。著重在信息互聯(lián)層次，互聯(lián)網(wǎng)被看做是擁有無限廣義資源的網(wǎng)絡(luò)，強(qiáng)調(diào)信息之間的互聯(lián)互通。（3）“未來互聯(lián)網(wǎng)”或“智慧網(wǎng)絡(luò)”層次。今天的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展已由單純的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、信息網(wǎng)絡(luò)，發(fā)展為感知與連接各個(gè)物理對(duì)象的“物聯(lián)網(wǎng)”、連接不同數(shù)據(jù)/知識(shí)載體的知識(shí)與數(shù)據(jù)網(wǎng)、連接不同服務(wù)組織所提供不同類別服務(wù)的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)以及連接不同組織和人員的社會(huì)/社交網(wǎng)絡(luò)等，未來互聯(lián)網(wǎng)將社會(huì)/自然環(huán)境變成了一個(gè)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)化的環(huán)境，像水網(wǎng)、電網(wǎng)一樣，網(wǎng)絡(luò)化改變著人們的工作與生活環(huán)境，也改變著人們的思維方式。

由樹枝到樹干，體現(xiàn)了社會(huì)/自然的計(jì)算化，即社會(huì)/自然現(xiàn)象的計(jì)算的表達(dá)與推演，著重強(qiáng)調(diào)利用計(jì)算手段來推演/發(fā)現(xiàn)社會(huì)/自然規(guī)律。而由樹干到樹枝，體現(xiàn)了計(jì)算/求解的自然化，著重強(qiáng)調(diào)用社會(huì)/自然所接受的形式或者說與社會(huì)/自然相一致的形式來展現(xiàn)計(jì)算及求解的過程與結(jié)果。

4.“計(jì)算之樹”交替促進(jìn)與共同進(jìn)化的問題求解思維――算法與系統(tǒng)

利用計(jì)算手段進(jìn)行面向社會(huì)/自然的問題求解思維，主要包含交替促進(jìn)與共同進(jìn)化的兩個(gè)方面：算法和系統(tǒng)。

（1）算法。算法被譽(yù)為計(jì)算系統(tǒng)之靈魂，算法是一個(gè)有窮規(guī)則之集合，它用規(guī)則規(guī)定了解決某一特定類型問題的運(yùn)算序列，或者規(guī)定了任務(wù)執(zhí)行或問題求解的一系列步驟。問題求解的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)算法，設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)的算法，設(shè)計(jì)可在有限時(shí)間與空間內(nèi)執(zhí)行的算法，設(shè)計(jì)盡可能快速的算法。

（2）系統(tǒng)。盡管系統(tǒng)的靈魂是算法，但僅有算法是不夠的，系統(tǒng)是計(jì)算與社會(huì)/自然環(huán)境融合的統(tǒng)一體，它對(duì)社會(huì)/自然問題，提供了泛在的、透明的、優(yōu)化的綜合解決方案，系統(tǒng)是由相互聯(lián)系、相互作用的若干元素構(gòu)成且具有特定結(jié)構(gòu)和功能的統(tǒng)一整體。設(shè)計(jì)和開發(fā)計(jì)算系統(tǒng)（如硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)等）是一項(xiàng)綜合的復(fù)雜的工作。如何對(duì)系統(tǒng)的復(fù)雜性進(jìn)行控制，化復(fù)雜為簡(jiǎn)單？如何使系統(tǒng)相關(guān)人員理解一致，采用各種模型（更多的是非數(shù)學(xué)模型，用數(shù)學(xué)化的思維建立起來的非數(shù)學(xué)的模型）來刻畫和理解一個(gè)系統(tǒng)？如何優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（尤其是整體優(yōu)化），保證可靠性、安全性、實(shí)時(shí)性等系統(tǒng)的各種特性？這些都需要“系統(tǒng)”或系統(tǒng)科學(xué)思維。

算法和系統(tǒng)就好比是：系統(tǒng)是“龍”，而算法是“睛”，畫龍要點(diǎn)睛。

二、計(jì)算思維對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)人才思維的影響：一個(gè)案例剖析

前面介紹了計(jì)算思維的知識(shí)空間。接下來我們要分析一下，哪些計(jì)算思維對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)人才會(huì)產(chǎn)生重要影響呢？或者說非計(jì)算機(jī)專業(yè)人才對(duì)計(jì)算思維的需求是怎樣的呢？我們從一個(gè)成功案例來談。

1.John Pople――因計(jì)算機(jī)應(yīng)用于化學(xué)領(lǐng)域而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

有很多非計(jì)算機(jī)專業(yè)人才基于計(jì)算思維取得成功的案例。本文僅舉一個(gè)案例，就是1998年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的獲得者波普（John Pople），他獲得諾貝爾獎(jiǎng)是因?yàn)椤白鳛榘延?jì)算機(jī)應(yīng)用于化學(xué)研究的主要科學(xué)家，其建立了可用于化學(xué)各個(gè)分支的一整套量子化學(xué)方法，把量子化學(xué)發(fā)展成一種工具，并已為一般化學(xué)家所使用，以便在計(jì)算機(jī)里模擬分子賦予它們異種特性的方法，研究分子間如何相互發(fā)生作用并如何隨環(huán)境而改變，從而使化學(xué)邁向用實(shí)驗(yàn)和理論共同研究探索分子體系各種性質(zhì)的新時(shí)代”。這個(gè)工具就是“Gaussian量子化學(xué)綜合軟件包”，它可實(shí)現(xiàn)如下方面的研究：分子能量和結(jié)構(gòu)，鍵和反應(yīng)能量，分子軌道，多重矩，原子電荷和電勢(shì)，振動(dòng)頻率，紅外和拉曼光譜，核磁性質(zhì)，極化率和超極化率，熱力學(xué)性質(zhì)，反應(yīng)路徑計(jì)算等。它已成為研究許多化學(xué)領(lǐng)域課題的重要工具，例如取代基的影響，化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，勢(shì)能曲面和激發(fā)能、周期體系的能量預(yù)測(cè)，結(jié)構(gòu)和分子軌道等。

2.從Gaussian工具看到的計(jì)算思維的影響

從波普所開發(fā)的Gaussian軟件包，我們可以看出計(jì)算思維對(duì)其是有很大影響的。例如：

（1）符號(hào)化、計(jì)算化、可視化思維的影響。如何將分子及其特性表達(dá)為計(jì)算機(jī)可以處理、可以顯示的符號(hào)，將分子及其對(duì)象轉(zhuǎn)化為“計(jì)算對(duì)象”。

（2）算法思維的影響。如何計(jì)算分子軌道，如何計(jì)算密度，如何計(jì)算庫侖能，如何計(jì)算分子的各種特性，這就需要算法――初始軌道猜測(cè)算法、密度擬合近似算法、庫侖能算法等。

（3）系統(tǒng)思維的影響。如何形成完整的工具，這就需要“計(jì)算系統(tǒng)”的基本思維。如通過語言/模型來讓研究者表達(dá)分子及其特性，表達(dá)其所要進(jìn)行的研究?jī)?nèi)容，通過編譯器/執(zhí)行引擎，即調(diào)用計(jì)算機(jī)程序來按語言/模型表達(dá)的內(nèi)容進(jìn)行分析與計(jì)算等。

（4）聚集數(shù)據(jù)成“庫”的思維。將信息聚集成“庫”，基于“庫”所聚集的大量信息進(jìn)行分析與研究，可發(fā)現(xiàn)規(guī)律和性質(zhì)。

（5）物理世界與信息世界的轉(zhuǎn)換思維。這是信息處理的一般思維，即協(xié)議與編碼器/解碼器的思維，以采集、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、顯示數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)物理世界與信息世界的轉(zhuǎn)換。

可以看出，“0和1”、“程序”、“遞歸”、“算法”、“系統(tǒng)”以及通用計(jì)算環(huán)境等都對(duì)其產(chǎn)生了影響，可以說任何一種計(jì)算手段的研究都離不開一些“核心”的計(jì)算思維。

3.非計(jì)算機(jī)專業(yè)人才未來對(duì)計(jì)算思維能力的需求

波普的成功體現(xiàn)了計(jì)算思維對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的一種影響，這種影響是深遠(yuǎn)的。進(jìn)一步分析我們可看出非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后將可能利用計(jì)算機(jī)從事兩類工作。

（1）應(yīng)用計(jì)算手段進(jìn)行各學(xué)科研究和創(chuàng)新。不可否認(rèn)，研究和應(yīng)用本學(xué)科的理論與技術(shù)或者藝術(shù)等，是非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生未來的主要工作內(nèi)容。面對(duì)科學(xué)、技術(shù)或藝術(shù)研究的新形勢(shì)，傳統(tǒng)的手段如實(shí)驗(yàn)-觀察手段、理論-預(yù)測(cè)手段等將會(huì)受到很大的限制，例如實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)其結(jié)果是很難通過觀察手段獲得的，此時(shí)不可避免地需要利用計(jì)算手段來輔助創(chuàng)新，利用計(jì)算手段來實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)驗(yàn)的協(xié)同創(chuàng)新。

各學(xué)科均可應(yīng)用計(jì)算手段進(jìn)行學(xué)科問題的研究和創(chuàng)新。例如，藝術(shù)類學(xué)科可通過一些計(jì)算模型產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，通過計(jì)算、模擬與仿真等獲取創(chuàng)新靈感，產(chǎn)生新的藝術(shù)品或藝術(shù)形態(tài)。再如，生物學(xué)科利用各種儀器獲取大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過計(jì)算、模擬與比較分析等研究細(xì)胞、組織、器官等的生理、病理與藥理機(jī)制，產(chǎn)生疾病治療的新手段、新藥物等。

著名的計(jì)算機(jī)科學(xué)家、1972年圖靈獎(jiǎng)得主Edsger Dijkstra說：“我們所使用的工具影響著我們的思維方式和思維習(xí)慣，從而也將深刻地影響著我們的思維能力。” 利用計(jì)算手段進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的研究將成為未來各學(xué)科人才進(jìn)行創(chuàng)新的主要手段之一。

（2）開發(fā)支持各學(xué)科研究創(chuàng)新的新型計(jì)算手段。雖然應(yīng)用已有的計(jì)算手段進(jìn)行學(xué)科研究創(chuàng)新很重要，然而如何將通用計(jì)算手段與各學(xué)科具體研究對(duì)象結(jié)合起來形成面向不同學(xué)科對(duì)象的新型計(jì)算手段卻更為重要。換句話說，利用一條生產(chǎn)線生產(chǎn)汽車很重要，但制造能夠生產(chǎn)汽車的新生產(chǎn)線卻更體現(xiàn)了創(chuàng)新。因此研究支持各學(xué)科研究創(chuàng)新的新型計(jì)算手段，如諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者波普所做的工作，也將是非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生未來的工作內(nèi)容之一。

創(chuàng)新需要復(fù)合。這種面向不同學(xué)科創(chuàng)新的新型計(jì)算手段的研究尤其需要復(fù)合型人才，即一方面理解學(xué)科專業(yè)的研究對(duì)象與思維模式，另一方面理解計(jì)算思維。

4.計(jì)算思維可有效幫助非計(jì)算機(jī)專業(yè)人才跨越鴻溝

當(dāng)前的非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)教學(xué)僅關(guān)注計(jì)算機(jī)及其通用計(jì)算手段應(yīng)用知識(shí)與應(yīng)用技能的教學(xué)，難以滿足非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生未來計(jì)算能力的需求，難以跨越由通用計(jì)算手段學(xué)習(xí)到未來的專業(yè)計(jì)算手段應(yīng)用與研究之間的鴻溝。然而若培養(yǎng)的是計(jì)算思維，計(jì)算思維與其他學(xué)科的思維相互融合，便可促進(jìn)各學(xué)科學(xué)生創(chuàng)造性思維的形成，可以說計(jì)算學(xué)科的普適思維是各學(xué)科學(xué)生創(chuàng)造性思維培養(yǎng)的重要組成部分。如圖2所示。

為什么說計(jì)算思維可有效幫助非計(jì)算機(jī)專業(yè)人才跨越鴻溝呢？

思維的特性決定了它能給人以啟迪，給人創(chuàng)造想象的空間。思維可使人具有聯(lián)想性、具有推展性；思維既可概念化又可具象性，具有普適性；知識(shí)和技能具有時(shí)間性的局限，而思維則可跨越時(shí)間性，隨著時(shí)間的推移，知識(shí)和技能可能被遺忘，但思維卻可能潛移默化地融入未來的創(chuàng)新活動(dòng)中。

具體而言，思維是由一系列知識(shí)所構(gòu)成的完整的解決問題的思路。思維的每一個(gè)環(huán)節(jié)可能需要知識(shí)的鋪墊，基于一定的知識(shí)可理解每一個(gè)環(huán)節(jié)，通過“貫通”各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)而理解“解決問題”的整個(gè)思維。這種貫通性的思維是“可實(shí)現(xiàn)的思維而非實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，盡管其可抽象化、概念化，但能留在人們記憶中的可能是其可視化、形象化的表現(xiàn)，即應(yīng)將思維以可實(shí)現(xiàn)、可視化的方式而不是簡(jiǎn)單化、概念化的方式傳授給學(xué)生，把知識(shí)貫穿于思維的講解與訓(xùn)練中。

計(jì)算機(jī)學(xué)科中體現(xiàn)了很多這樣的思維，這些典型的計(jì)算思維對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)造性思維培養(yǎng)是非常有用的，尤其是對(duì)其創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是必要的。如“0和1”“程序”有助于學(xué)生形成研究和應(yīng)用自動(dòng)化手段求解問題的思維模式，如“并行與分布計(jì)算”、“云計(jì)算”有助于學(xué)生形成現(xiàn)實(shí)空間與虛擬空間、并行分布虛擬解決社會(huì)自然問題的新型思維模式，“算法”和“系統(tǒng)”有助于學(xué)生形成化復(fù)雜為簡(jiǎn)單、層次化結(jié)構(gòu)化對(duì)象化求解問題的思維模式，“數(shù)據(jù)化”“網(wǎng)絡(luò)化”有助于學(xué)生形成數(shù)據(jù)聚集與分析、網(wǎng)絡(luò)化獲取數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)的新型思維模式。借鑒通用計(jì)算系統(tǒng)的思維，研制支持生物技術(shù)研究的計(jì)算平臺(tái)，研制支持材料技術(shù)研究的計(jì)算平臺(tái)等。大學(xué)計(jì)算機(jī)就是要挖掘這樣的思維，讓同學(xué)不僅有“思維”，更要使學(xué)生看見并確定這種“思維”是能夠?qū)崿F(xiàn)的。

周以真教授將計(jì)算思維提升到一個(gè)新的高度，即“計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)”，其本質(zhì)就是抽象與自動(dòng)化，即在不同層面進(jìn)行抽象，以及將這些抽象“機(jī)器化”。其目的是希望所有人都能學(xué)會(huì)像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣思考，將計(jì)算技術(shù)與各學(xué)科理論、技術(shù)與藝術(shù)進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)新的創(chuàng)新。

三、面向計(jì)算思維的大學(xué)計(jì)算機(jī)課程改革思路

結(jié)合前述的非計(jì)算機(jī)專業(yè)的能力需求，通過合理選擇可形成大學(xué)計(jì)算機(jī)課程的核心內(nèi)容，包括如下：

計(jì)算技術(shù)與計(jì)算系統(tǒng)的奠基性思維；

通用計(jì)算環(huán)境的進(jìn)化思維；

算法與系統(tǒng)――交替促進(jìn)與共同進(jìn)化的問題求解思維；

計(jì)算與（社會(huì)/自然）環(huán)境的融合思維――數(shù)據(jù)化與網(wǎng)絡(luò)化思維。

具體內(nèi)容組織可有多種形式，本文給出以下兩種不同的組織方式：

（1）專題化。一些典型的計(jì)算思維，如“0和1”、“程序與過程”、“遞歸”、“并行與分布”、“虛擬化”、“數(shù)據(jù)抽象”等適合于以專題形式進(jìn)行組織，通過典型的社會(huì)生活現(xiàn)象及其求解思想逐漸深入到計(jì)算系統(tǒng)的求解思想，圍繞著專題，通過多樣化的、形象化的、概念可相互映射的（注：指社會(huì)/自然中的概念與計(jì)算中的概念的映射）案例來闡述相關(guān)的思想。可使學(xué)生由淺入深地理解計(jì)算思維，并將其和社會(huì)生活現(xiàn)象有機(jī)地聯(lián)系在一起，豐富其聯(lián)想能力，促進(jìn)其復(fù)合型思維的形成。

（2）系統(tǒng)化。為使學(xué)生對(duì)計(jì)算技術(shù)與計(jì)算系統(tǒng)有一個(gè)系統(tǒng)性的了解，也可以以系統(tǒng)化的方式逐層講解計(jì)算思維。如首先介紹計(jì)算系統(tǒng)的基本思維（計(jì)算技術(shù)與計(jì)算系統(tǒng)的奠基性思維，通用計(jì)算環(huán)境的進(jìn)化思維），然后介紹問題求解的框架（算法和系統(tǒng)），再進(jìn)一步介紹一些典型的計(jì)算思維，如典型的算法思維、數(shù)據(jù)抽象與分析思維、網(wǎng)絡(luò)化思維等。

通過以上內(nèi)容的選擇與組織，結(jié)合適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方式以及合適的教學(xué)案例，筆者相信大學(xué)計(jì)算機(jī)課程是可以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的目標(biāo)的。但需注意：一定的“知識(shí)”是“思維”理解的前提，思維是將知識(shí)貫通起來所形成的問題求解的思路，但將思維轉(zhuǎn)換成能力則還需要大量的訓(xùn)練。建議大學(xué)計(jì)算機(jī)第一門課程著重于通識(shí)性思維的“講解”，而其他課程則著重于思維的“訓(xùn)練”，通過不同課程的合理分工來達(dá)到培養(yǎng)計(jì)算思維的目的。

計(jì)算機(jī)思維如何培養(yǎng)范文第5篇

（北京林業(yè)大學(xué) 信息學(xué)院，北京100083）

摘要：針對(duì)現(xiàn)今大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)漸漸落后于時(shí)代需求，對(duì)學(xué)生也越來越缺乏吸引力的現(xiàn)狀，分析當(dāng)今社會(huì)環(huán)境對(duì)教學(xué)的影響，提出以培養(yǎng)計(jì)算機(jī)思維能力為目標(biāo)的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)方式及教學(xué)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞 ：大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)；教學(xué)現(xiàn)狀；計(jì)算思維；多元化

第一作者簡(jiǎn)介：徐秋紅，女，副教授，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)，shinestar1129@126.com。

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，以及互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的無處不在，早已將我們身邊的一切事物都卷入到科技革命高速運(yùn)轉(zhuǎn)的車輪之中，一切都在改變，向著更精準(zhǔn)、更智能、更快速的方向轉(zhuǎn)變著。大學(xué)計(jì)算機(jī)教育也在這30多年中不斷地成長(zhǎng)和變化，無數(shù)教師在這場(chǎng)教育的戰(zhàn)場(chǎng)上拼搏和前行，但似乎我們總感到力不從心。

1 現(xiàn)狀分析

十幾年來，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課一直是作為高校的非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的公共基礎(chǔ)課，其教學(xué)目標(biāo)一直定位于向?qū)W生普及信息技術(shù)知識(shí)和推廣計(jì)算機(jī)的應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，教師們?cè)谡n程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段及教學(xué)方法上，一直進(jìn)行著不斷地研究和革新。但是，隨著時(shí)代的進(jìn)步，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬和仿真技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，現(xiàn)今大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課的內(nèi)容漸漸落后于時(shí)代需求，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程對(duì)學(xué)生來說也越來越缺乏吸引力。

1.1 所面對(duì)的教育對(duì)象的現(xiàn)狀

現(xiàn)在的大部分大學(xué)生已經(jīng)是出生于1995年以后的年輕人，他們一出生就開始接觸大量的電子設(shè)備，電視、計(jì)算機(jī)、手機(jī)，以及日常的家用電器等電子設(shè)備在他們的手中如同玩具一般平常，他們對(duì)電子設(shè)備操作的快速上手和熟悉程度是令成年人驚訝的，對(duì)他們而言，電子設(shè)備的操作方式理應(yīng)如此，設(shè)備體現(xiàn)的效果也是理所當(dāng)然。所以使用電子設(shè)備（如手機(jī)或計(jì)算機(jī)）處理文本、做一個(gè)計(jì)算、上網(wǎng)查詢、打游戲、電子導(dǎo)航等，已經(jīng)成為了他們的習(xí)慣。對(duì)他們而言，這是不需要加以訓(xùn)練的。這正是我們今天面對(duì)的教育對(duì)象的現(xiàn)狀，他們已經(jīng)是名副其實(shí)的互聯(lián)網(wǎng)一代了。

1.2 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的現(xiàn)狀

我國的10年義務(wù)教育早已將計(jì)算機(jī)的基本應(yīng)用操作作為普及性知識(shí)，并在全國各省市的中小學(xué)教育中開設(shè)了相關(guān)的常識(shí)性課程，所以大部分的大一新生入學(xué)時(shí)，都已經(jīng)了解過或掌握了一些計(jì)算機(jī)的基本操作技能，倘若今天我們?cè)诖髮W(xué)的計(jì)算機(jī)課程中依然以計(jì)算機(jī)初級(jí)教育為起點(diǎn)，或是還在采用重復(fù)性的教學(xué)內(nèi)容，那么一定會(huì)讓大部分的學(xué)生感到倦怠。早在4、5年前，我們周圍就已經(jīng)出現(xiàn)過許多質(zhì)疑的聲音，大學(xué)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課是否應(yīng)該適時(shí)地取消？到目前為止，我們也看到了這樣的現(xiàn)實(shí)，要么有的學(xué)校干脆撤銷了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課，要么有的學(xué)校內(nèi)部的一些專業(yè)已經(jīng)將計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程排除在四年制課程體系之外了。這不得不讓我們冷靜地思考大學(xué)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)是不是真的沒有存在的必要了？

2 重新認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)教育的新需求

跟上時(shí)代潮流，才能處于不敗之地！通過分析大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的現(xiàn)狀，不難發(fā)現(xiàn)，我們30年來不斷地改革教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式及教學(xué)手段，都是在不斷地適應(yīng)時(shí)代變化的需求。到目前為止，我們已經(jīng)完成了教育的第一步：?jiǎn)拘讶藗儗?duì)新技術(shù)革命的認(rèn)識(shí)?，F(xiàn)在我們必須邁入第二步：讓人們參與到新技術(shù)革命的進(jìn)程之中。那么，如何讓每一個(gè)人都能順利地參與其中，將自己的生活、工作和學(xué)習(xí)適應(yīng)于今天的變化，這就要培養(yǎng)人們“計(jì)算思維”的意識(shí)和習(xí)慣。

2.1 充分認(rèn)識(shí)計(jì)算思維是現(xiàn)代人類應(yīng)該具備的基本思維能力之一

什么是計(jì)算思維呢？美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)（CMU）Jeannette M. Wing （周以真）教授在她的《Computational Thinking（計(jì)算思維）》一文中指出：“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)和理解人類的行為，它涵蓋了反映計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣泛性的一系列思維活動(dòng)。計(jì)算思維是每個(gè)人的基本技能，不僅僅屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)家。除了閱讀、寫作和算術(shù)之外，我們應(yīng)當(dāng)將計(jì)算思維加入到每個(gè)孩子的解析能力之中”[1]。

自20世紀(jì)80年代的微機(jī)普及到家庭開始，計(jì)算機(jī)就已經(jīng)從專門的計(jì)算科學(xué)領(lǐng)域跨入到其他更廣泛的學(xué)科和社會(huì)的各行各業(yè)之中，隨之而來的是形成了大量的新型學(xué)科，這些新型學(xué)科產(chǎn)生的一個(gè)共同特征是都建立在與計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的深刻融合之上，那么如何讓學(xué)生理解實(shí)現(xiàn)這一融合的初始動(dòng)力，就需要用計(jì)算思維來解釋。計(jì)算思維正在成為像普通的算術(shù)思維一樣的人類必要的思維形式，它是認(rèn)知的需要，也是今天和未來的人類生活和工作的必備能力。

2.2 培養(yǎng)計(jì)算思維能力才是大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的意義所在

計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和互聯(lián)網(wǎng)的全球化，使得天才和普通人的差距逐漸變得模糊，在互聯(lián)網(wǎng)上，所有人都有機(jī)會(huì)參與其中，人人都可以平等地發(fā)表言論，互聯(lián)網(wǎng)上出現(xiàn)的許多詢問都會(huì)在瞬間得到答案，更多的難題也會(huì)在成千上萬人積極迅速的應(yīng)答中迎刃而解。人與人交流更容易，工作場(chǎng)所更靈活，學(xué)習(xí)過程更便捷，生活方式更多樣，可以預(yù)想到，當(dāng)大學(xué)生們經(jīng)過4年學(xué)習(xí)離校后，他在從事專業(yè)研究和工作時(shí)，也必須順應(yīng)本行業(yè)的計(jì)算機(jī)技術(shù)嵌入及互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，否則將被時(shí)代無情地拋棄。

今天的學(xué)生幾乎都會(huì)使用計(jì)算機(jī)和手機(jī)，但是他們未必了解計(jì)算機(jī)和手機(jī)功能的實(shí)現(xiàn)原理，或是這些功能所代表的獨(dú)特的技術(shù)特征，也就是說，他們只知其然，而不知其所以然。而大學(xué)的計(jì)算機(jī)教育應(yīng)該向?qū)W生講清這其中的基本原理，講清世界的事物之所以可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行有效管理，其實(shí)質(zhì)是該事物已經(jīng)通過數(shù)字化存在于計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)對(duì)這些數(shù)字的處理目的是要再作用于該事物，并將該事物以對(duì)人類更直觀更有益的方式來顯現(xiàn)。那么如何將事物數(shù)字化，如何規(guī)劃和設(shè)計(jì)處理過程，如何在時(shí)間和空間之間權(quán)衡處理過程的效率，如何在最壞的情況下實(shí)施預(yù)防和保護(hù)，如何進(jìn)行系統(tǒng)的自我恢復(fù)，如何利用海量的數(shù)據(jù)來加快計(jì)算和做到精準(zhǔn)計(jì)算等，這都涉及計(jì)算思維的范疇。

3 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育如何實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)計(jì)算思維能力的過程

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)始終是隨著時(shí)展而處在不斷的改革之中，其中教學(xué)內(nèi)容或多或少的包括計(jì)算思維、數(shù)學(xué)思維、實(shí)證思維的內(nèi)容，只是我們?cè)诮虒W(xué)中從來沒有刻意的要區(qū)分它們，而今天我們特別強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育要培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力時(shí)，這就需要我們?cè)诮虒W(xué)環(huán)節(jié)中，注重研究如何重整相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容、如何建立合理的教學(xué)方案，如何實(shí)施有效的實(shí)踐活動(dòng)來幫助學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)思維的能力。這也是現(xiàn)實(shí)社會(huì)發(fā)展的需要。

3.1 教學(xué)內(nèi)容要通過不斷更新來追隨時(shí)代的變化

在計(jì)算思維能力培養(yǎng)的教育中應(yīng)該注重兩個(gè)方面的教育，一個(gè)是教育學(xué)生正視現(xiàn)實(shí)，同時(shí)要眺望未來；另一個(gè)是教育學(xué)生形成開放型思維的習(xí)慣。

3.1.1 讓學(xué)生了解計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展對(duì)其他領(lǐng)域的發(fā)展有著引領(lǐng)的作用

在現(xiàn)代社會(huì)中，計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)對(duì)人類生活的影響既全面又徹底，人類對(duì)物質(zhì)的需求和占有的欲望所表現(xiàn)的行為之一——購物，其變化就很好的表現(xiàn)出這種影響的深刻性。在近10年的時(shí)間里，計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)將人們從商場(chǎng)拉到鍵盤前，甚至只要?jiǎng)右粍?dòng)手指就能夠完成整個(gè)購物過程。選購商品變得越來越便捷，大量投其所好的廣告精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)著人們的購物習(xí)慣和購物需求，這都得易于大數(shù)據(jù)時(shí)代的特征。我們要讓學(xué)生了解大數(shù)據(jù)是如何產(chǎn)生的，以及大數(shù)據(jù)的特征和價(jià)值體現(xiàn)在哪里，要讓學(xué)生了解大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)之間的關(guān)系，要讓學(xué)生了解大數(shù)據(jù)時(shí)代將對(duì)人類的思維變革、商業(yè)變革、社會(huì)的管理變革帶來什么樣的影響。

3.1.2 建立開放型思維習(xí)慣，理解數(shù)學(xué)的形式化思維與工程思維融合是培養(yǎng)計(jì)算思維能力的核心所在

正像第三次工業(yè)革命掀起的電力應(yīng)用發(fā)展，至今早已讓人類處在了無處不在的電力環(huán)境之中，我們幾乎在應(yīng)用電力的同時(shí)不再能感知電力的存在，而計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)也將步其后塵，開辟未來無處不“計(jì)算”的新天地[2]。在這一新天地中，我們將占有多少自創(chuàng)技術(shù)的前沿陣地？我們將會(huì)擁有多少自主創(chuàng)造的新領(lǐng)域？這是值得每個(gè)中國青年學(xué)生深思的。

若要在當(dāng)今時(shí)代的技術(shù)創(chuàng)新中處于領(lǐng)先的地位，首先就要了解新技術(shù)的真實(shí)內(nèi)含，要了解計(jì)算機(jī)中那些“理所當(dāng)然”的功能的內(nèi)在工作方式和基本原理，了解那些“理應(yīng)如此”的效果所包含的計(jì)算機(jī)科學(xué)的技術(shù)及方法。未來各種學(xué)科專業(yè)的創(chuàng)新都必定要與計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，而在結(jié)合點(diǎn)中尋找切入點(diǎn)是非常關(guān)鍵的。為了尋找切入點(diǎn)，就要充分認(rèn)識(shí)事物的處理作用于計(jì)算機(jī)就是數(shù)據(jù)計(jì)算，那么被處理的事物中，哪些是可以“計(jì)算”的和進(jìn)行怎樣的“計(jì)算”都是要由研究者思考和決定的。

我們應(yīng)該在大學(xué)中提倡計(jì)算機(jī)科學(xué)教育，普及計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，讓每個(gè)學(xué)生理解事物中什么是可以計(jì)算的，如何建立和尋找事物中存在的可計(jì)算的特征，讓學(xué)生掌握對(duì)事物進(jìn)行有效計(jì)算的基本方法，努力培養(yǎng)學(xué)生具備在未來進(jìn)行創(chuàng)新的基本能力，以實(shí)現(xiàn)國家整體的創(chuàng)新性研究和發(fā)展。

3.2 研究建立新型的教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)方法

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的內(nèi)容大致分為計(jì)算機(jī)的信息表示、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)、程序設(shè)計(jì)方法及計(jì)算機(jī)安全等多個(gè)內(nèi)容，若要從這些不同的內(nèi)容中提煉出表現(xiàn)計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的概念和原理，僅憑老師在課堂中的講解來讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)和聽懂是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，特別是在解釋計(jì)算機(jī)的運(yùn)行原理或操作系統(tǒng)內(nèi)部獨(dú)特的技術(shù)特征時(shí)，那些不可見或不易見的內(nèi)容往往令學(xué)生很迷惑。

由于受到環(huán)境、可用資源和師資水平的限制，我們的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課一直實(shí)行200~300人同時(shí)上課的大班課形式，實(shí)驗(yàn)室對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課僅可以滿足提供臺(tái)式微型機(jī)作為實(shí)驗(yàn)機(jī)，而且臺(tái)式微型機(jī)能直接支持的只有軟件應(yīng)用，所以只能在實(shí)驗(yàn)課上做一些使用軟件環(huán)境的操作性的實(shí)踐，基本談不上真正的“實(shí)驗(yàn)”。那么如何為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)建立合適的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，以及采用什么樣的操作方式來完成計(jì)算思維能力的訓(xùn)練，這將是今后我們必須不斷探索和嘗試的工作。目前，有的高校正在嘗試采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和仿真技術(shù)來設(shè)計(jì)和開發(fā)與之完全匹配的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[3]，實(shí)現(xiàn)向?qū)W生提供一個(gè)可以實(shí)際動(dòng)手的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)。

為了形象地描述計(jì)算機(jī)原理和計(jì)算機(jī)技術(shù)中不易直接呈現(xiàn)的內(nèi)容，我們還應(yīng)該考慮采用動(dòng)畫、三維視頻影像的方式去組建一系列專門匹配教學(xué)內(nèi)容的資料片來輔助教學(xué)。由于各個(gè)學(xué)校的資源差異較大，應(yīng)該組建和推廣校與校之間的教學(xué)資源共享平臺(tái)。

3.3 嘗試建立和選擇多元化的教學(xué)形式

3.3.1 教學(xué)形式和授課方法的多元化

在大學(xué)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育中注入培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的教育內(nèi)容，將使過去從知識(shí)技能型教學(xué)，轉(zhuǎn)向思維型教學(xué)，因此在教育方式和教學(xué)方法上也要考慮從單向灌輸方式轉(zhuǎn)為雙向的互動(dòng)方式；教學(xué)中可以嘗試讓學(xué)生討論自身專業(yè)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相關(guān)性分析等內(nèi)容；還可以開設(shè)一些特殊的講座來補(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容。

計(jì)算思維能力的培養(yǎng)單靠計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)一門課是無法完成的，應(yīng)該建立合理的系列課來系統(tǒng)地完成這個(gè)重任，從學(xué)校的計(jì)算機(jī)教育層面上應(yīng)該為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供更大的自由度和選擇空間，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的自主選擇。

3.3.2 課程設(shè)計(jì)、課程實(shí)踐、課程實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)訓(xùn)練的多元化

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容廣泛，應(yīng)該根據(jù)不同內(nèi)容去設(shè)計(jì)和實(shí)施不同形式的教學(xué)活動(dòng)。因?yàn)橛?jì)算思維的本質(zhì)是抽象和自動(dòng)化，為了契合培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)活動(dòng)中應(yīng)該至少安排一次課程實(shí)習(xí)，學(xué)生以小組為單位參與實(shí)習(xí)，每個(gè)小組通過成員的分工合作來完成一個(gè)完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)類實(shí)習(xí)內(nèi)容，讓學(xué)生真實(shí)的體驗(yàn)解決一個(gè)具體實(shí)際問題時(shí)，如何開展問題分析、綜合、抽象、推理、判斷、設(shè)計(jì)、自動(dòng)化處理、檢驗(yàn)等一系列過程，以達(dá)到最終的目標(biāo)，以及學(xué)會(huì)組員彼此間相互協(xié)作、交流溝通的方法和技巧。

3.4 師資建設(shè)中強(qiáng)調(diào)更新教育理念

目前，由于大多數(shù)正在從事計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的教師對(duì)計(jì)算思維的理解還處在逐步認(rèn)識(shí)的階段，而且現(xiàn)在也還沒有一個(gè)成熟的針對(duì)計(jì)算思維教育方法的現(xiàn)成模式，因此，不斷地探索和嘗試、不斷地交流和總結(jié)將是我們未來主要的工作狀態(tài)和工作方式。

大學(xué)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少，授課對(duì)象都是非計(jì)算機(jī)專業(yè)的大一新生，教學(xué)目標(biāo)是提升學(xué)生認(rèn)知世界的另一種能力——計(jì)算思維能力，要講好這個(gè)課程，是非常不容易的。它需要講課的教師必須具備較全面的計(jì)算機(jī)技術(shù)知識(shí)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)知識(shí)，以及其他相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)，并能夠較好的將兩種或兩種以上領(lǐng)域的知識(shí)相互溶合，同時(shí)還要求該教師應(yīng)該從事過系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具有實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)，具備較好的思維貫通能力和良好的表達(dá)能力。

計(jì)算機(jī)科技領(lǐng)域是一個(gè)發(fā)展變化最快的領(lǐng)域之一，也是一個(gè)與其他領(lǐng)域的技術(shù)相關(guān)度最密切的領(lǐng)域，這就直接導(dǎo)致了與計(jì)算機(jī)相關(guān)的概念、思想、技術(shù)、產(chǎn)品、行業(yè)等也在不斷地去陳出新，這就要求從事計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)第一線的教師必須始終關(guān)注科技發(fā)展的動(dòng)向，隨時(shí)不斷地學(xué)習(xí)和充實(shí)自身的學(xué)識(shí)，不斷地更新教育理念，以確保能夠適應(yīng)不斷變化、不斷提升的教學(xué)要求。

4 結(jié)語

我國30多年來的快速經(jīng)濟(jì)發(fā)展，迅速地消耗了國家有限的自然資源，今后如果要確保國家經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，就必須完成轉(zhuǎn)型升級(jí)，要走出一條科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮的新型道路，這些都要依靠科技創(chuàng)新。今日世界盛行的計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在提供著有利的發(fā)展平臺(tái)，我們必須抓住這個(gè)機(jī)遇，走出自己的創(chuàng)新之路，培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代需求的新型人才，而計(jì)算思維能力的具備正是這一征程的原動(dòng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王飛躍. 從計(jì)算思維到計(jì)算文化[EB/OL]. [2012-2-9]. http：//douban.com/group/topic/27344368/author=1.

[2] 王偉. 計(jì)算機(jī)科學(xué)前沿技術(shù)[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社， 2012： 8-10.