计算思维引导下的基础教育

精品文档 2016 全新精品资料 全程指导写作 独家原创 1 / 9 计算思维引导下的基础教育 一、计算思维的认识与研究 助于培养人们的抽象思维、逻辑思维以及解决问题的能力。 2006 年 3 月，美国卡内基梅隆大学计算机科学系主任周以真（）教授在美国计算机权威期刊 杂 志 上 给 出 了 计 算 思 维（ 定义。周教授认为：计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。从 周教授给出的定义可以看出，计算思维是基于计算机科学并涵盖整个计算机科学领域的一种思维活动，是人类应具有的一种能力。如同所有人都具备“读、写、算”（简称 3R）能力一样，计算思维是必须具备的思维能力。 计算机科学教师协会（ 2011 年通过给计算思维的各要素作描述，下了一个操作性的定义，即计算思维是一个问题解决的过程，该过程包括以下特点： （ 1）制定问题，并能够利用计算机和其他工具来帮助解决该问题； （ 2）要符合逻辑地组织和分析 数据； （ 3）通过抽象，例如模型、仿真等，再现数据； 精品文档 2016 全新精品资料 全程指导写作 独家原创 2 / 9 （ 4）通过算法思想（一系列有序的步骤），支持自动化的解决方案； （ 5）识别、分析和实施可能的解决方案，找到最有效的方案，并且有效结合这些步骤和资源； （ 6）将该问题的求解过程进行推广并移植到更广泛的问题中。计算思维反映了计算机学科最本质的特征和最核心的方法，是对计算机学科三个不同领域（理论、设计、实现）的概括和提炼。计算思维注重在问题求解过程中对问题的抽象及表示、注重算法设计的抽象化及算法实现的自动化、注重问题求解 后实现方法的再利用，计算思维的本质是抽象和自动化。 早期没有计算机时计算思维就已经存在了，但由于缺乏对计算思维概念的正确认识而没有被人们明确意识到。计算机的产生及计算机学科的发展使计算思维受到前所未有的广泛关注，并将计算思维的培养纳入到当今社会人才培养的目标之中。在大多数高等院校的计算机基础教育人才培养目标中，已经能够明确体现出计算机技术及操作技能的培养，但对于引领计算机学科及相关技术发展的理论与实践的创新性研究却较少涉及，以这种模式 培养出来的学生有可能被局限在解决已有类似解决方案的问题上，当遇到崭新的问题时，只能用已有的技术或方法去套用，即使问题精品文档 2016 全新精品资料 全程指导写作 独家原创 3 / 9 得以解决也很难取得突破性的成果，这对于学科的延展性以及各行业的发展前景都是不容乐观的。这就是源于在计算机基础教育中忽略了对学生计算思维能力的培养。计算思维能力不仅能为不同专业学生提供解决专业问题的有效方法和手段，更为重要的是能够提供一种独特的思维方式，这种思维方式引导学生从全局出发，以计算机理论与技术为支撑寻求解决问题的方法。对计算思维能力的培养将激发学生在各学科领域进行科学探索的兴趣，进而能 为将来就业后的行业发展和突破创新做到很好地铺垫。 二、计算机基础教育的现状及所面临的问题 目前在我国，一些高等院校将计算机基础教育狭义地定位为一门工具学科，就是认为计算机基础教学就是教学生如何将计算机作为工具使用。在教学内容组织上过于宽泛且理论层次不高，并且部分教学内容与学生在中学阶段所学内容重复，这样造成的后果不言而喻，学生的学习积极性不高，让学生感觉好像什么都知道，又好像什么都不懂。另一方面，随着信息化不断向纵深发展，各专业对学生的计算机应用能力的要求日益递增，社会对大学生的信息能力 要求越来越高，这就要求大学计算机基础教育必须不断与时俱进，改革创新，教学目标和内涵要充分体现时代的特征和需求，将计算思维融入教学的各环节中，以期进一步提升大学生的综合素质和能力，挖掘大学生的学习潜能。 精品文档 2016 全新精品资料 全程指导写作 独家原创 4 / 9 三、计算机基础教育教学目标的重定位 信息技术飞速发展的同时也带动了其他学科在某些领域的突破性进展，极大地改变了人们对信息技术学科的认知，信息技术不仅仅是一个单纯的学科，而是一个不断发展演化的学科，是一个能带动其他学科交叉发展的学科。作为信息时代主要载体的计算机已不再做为一个简单的工具存在， 其更为重要的作用和更为深刻的内涵随着信息技术的发展、社会需求的提高被越来越多的人体会到。大学中的计算机基础教育所面对的教学群体是非计算机专业的大一新生，这些学生毕业后根据自己的所学所知去工作，为社会各行各业的发展做出贡献。在大学中对这些学生的培养不仅关乎学生自身的发展，更关乎到社会各行业的发展进步。教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会提出了大学计算机基础教学要培养学生对计算机的认知能力、利用计算机解决问题的能力、基于网络的协同能力和信息社会终身学习的能力。这四个方面能力的培养，突出了计算思维能力培养的 核心地位，这种能力对学生将来从事任何行业都将是终身受益的。计算机基础教育改革必须紧跟时代的步伐，科学谋划，稳步发展，不断创新。教指委关于申报大学计算机课程改革项目的通知中明确给出了大学计算机“普及计算机文化，培养专业应用能力，训练计算思维能力”的总体教学目标，不仅要适应计算机技术发展的要求，更要适应学生终身学习精品文档 2016 全新精品资料 全程指导写作 独家原创 5 / 9 的要求以及社会对计算机应用型人才的要求，注重培养学生解决问题的思想、方法、意识、兴趣和能力，是一种更高层次的认知。 四、以计算思维为导向，拓展计算机基础教育改革的新方向 教学理念计算机基础教育传统的教学理念以知识加技能为主，过多地将授课的重点放在培养学生对知识点的理解记忆以及计算机操作技能上，这样在学生以后回忆时也仅能记起一些零散的概念、对于一些工具软件的使用等，从知识的延续性上对学生没有较大的影响。在计算机基础教育中，要确立以计算思维能力培养为主的教学理念，不仅要为学生传授知识和技能，更为重要的是在整个教学活动中要贯穿对学生计算思维的引导和训练，逐步养成利用计算思维的方式解决问题的思维习惯。让学生在计算思维能力培养的过程中掌握知识和技能，并能活学活用，解决现实生活或专业 领域中的实际问题，进而激发学生的学习兴趣和潜能。要从根本上转变教学观念，师资队伍的建设起着不容小觑的作用。教师是教学活动的组织者，是学生学习的领航人，教师对教学内容的选择、整合以及传授方式等影响着学生的发展方向和发展水平。要将教师现有的计算机知识与计算思维融为一体，对每个老师来说都是对知识体系的一种重组，因而对现有的师资队伍进行多种形式的计算思维的学习、研讨以精品文档 2016 全新精品资料 全程指导写作 独家原创 6 / 9 及交流活动都是很有必要的。 规定了培养目标实施的规划方案，新的教学理念和人才培养目标要求与 之相配套的课程体系。教育部非计算机专业计算机基础教学指导委员会提出“ 1+X”的课程设置方案，将大学本科阶段非计算机专业的计算机教学大致分为两个层面：一是作为大学计算机公共基础课的计算机基础教学；二是与学生专业或行业需求相结合的计算机专业教学。根据我校实际情况以及学科专业分布重新构建了以计算思维为核心的非计算机专业的大学计算机基础教学课程体系。 （ 1）计算机基础教学。计算机基础教学依托大学计算机基础课程，但从教学内容的组织上做了较大地改进，引入了对计算思维概念、本质以及特征的教学专题，对以往的教 学内容进行取舍，确定了计算机与计算思维、信息技术基础、操作系统、算法分析与设计、程序设计基础、多媒体技术及应用、数据库基础、计算机网络、网页制作、信息安全与职业道德共十个教学单元。将计算思维概念的体现以及计算思维能力的引导蕴含在不同的教学单元中，例如通过大量引入日常生活中涉及计算的例子让学生理解计算的概念以及计算无处不在；通过典型实例介绍抽象问题求解的基本方法，让学生理解算法的概念；通过计算机软、硬件系统了解基本计算环境等。 精品文档 2016 全新精品资料 全程指导写作 独家原创 7 / 9 （ 2）计算机专业教学。计算机专业教学主要分为两个大方向，对理、工、文科开 设程序设计技术课程，对艺术类开设 像处理课程。程序设计技术课程根据学科分类不同分为 c 语言和，同一种编程语言又根据专业不同而有所侧重。学生在完成计算机基础教学教育之后，已经初步建立了计算思维的意识，借助专业教学使学生将这一思维模式很好地延续下去。特别是在程序设计技术课程中所侧重的就是学生对于抽象算法的设计以及利用编程语言将算法具体化、自动化的实施过程，这无疑是计算思维得以体现的一个很好的教学实例。 （ 3）计算机能力教学。计算机能力教学是前两种教学的升华，包括计算思维 能力和学科创新能力。对这两种能力的培养一方面涵盖在计算机基础教学和计算机专业教学之中，另一方面根据不同学科方向开设的公共选修课、学术讲座以及学科竞赛的形式得以体现。目前我校对机电、测控专业开设计算机辅助设计 食工、化工开设高级编程、对经济管理类开设数据库设计与开发、对艺术类开设网页设计和动漫制作等。这将使学生在完成计算机基础教育过程中所培养的计算思维方式以及计算思维能力得以延续发展，进而满足学生终身学习的要求。 学方法也要同步地进行更新， 由传统课堂讲授模式改精品文档 2016 全新精品资料 全程指导写作 独家原创 8 / 9 为课堂讲授、小组讨论、专题研讨、问题引导、反思与自我建构等多种模式的结合运用。在每一种教学方法中，都要体现出教师引导的重要性，教师在授课过程中不要把所有内容灌输给学生，要给学生留有一定的思考空间，让部分内容通过学生的主动思考体会出来，这样既可以锻炼学生主动思考问题、解决问题的能力，也能让学生在学习过程中有一定的成就感，所取得的效果比教师直接讲给学生要好很多。通过多种教学模式的运用，一方面可以活跃课堂氛围，另一方面可以引导学生在计算思维的模式下发掘自身的学习潜能。 以往教师提供给学生的教学资源往往是自己的讲课、习题答案等，内容、形式都过于单一。随着网络技术的发展，校园网的迅速兴起为教师创建多样化的教学资源提供了平台。教师可以创建本课程的课程网站，将本课程的教学文档（教学大纲、教学、教学视频、习题以及答案等）放在网站上，还可以在网站上设置讨论区为师生课下交流提供空间，分阶段测试区为学生自我测试提供平台。计算机基础教育的最终目标是培养学生的计算思维意识和能力，为此还可以在网站上开辟计算思维专栏，将计算思维的概念和理论详细地进行介绍，并结合计算思维在该课程不同章节的具体使 用，使学生对计算思维从理论到结合实践的具体应用有一个深刻的认识，从而逐步锻炼并养成利用计算思维模式解决问题的使用习惯。 精品文档 2016 全新精品资料 全程指导写作 独家原创 9 / 9 且也不能将对学生计算思维意识与能力的培养停止在学期末课程结束。第二课堂以及网络课堂的开展是对课堂教学的有益补充，延展了课堂授课的时间和空间，对学生来说，无疑是很受欢迎的。近几年随着我校网上答疑、网络课堂以及课外兴趣小组的逐步推广使用，有越来越多的学生愿意加入这样的学习团体，提高自身主动学习的意识和能力。在每 学期的课程结束时，教师要根据学生专业并结合本课程的发展为学