基于计算思维在计算机应用基础课程中的

摘 要：当前,越来越多的学者对计算思维感兴趣,面向计算思维的教学已成为大学计算机课程的教学改革方向.计算思维具有定量性、可测试性、模块化等特点.从专业角度说,计算思维具有计算的手段机械化、计算过程的形式化、计算执行的自动化.现行教育中存在脱离实际、学生理解力差等问题.计算思维的应用很好的解决了这个问题,将计算思维应用于计算机基础课程,是将抽象与绑定再现的一种教育模式.

关 键 词：计算思维；定量性；自动化；教育模式

中图分类号：TP3-4；G642

2006年初,美国计算机权威期刊《CommunicationsoftheACM》杂志上刊登了某高校大学计算机科学系主任Wing教授的一篇报道.该文章中提及了计算思维（ComputationalThinking）的概念[1].周教授认为：运用计算机科学的基础概念来进行问题分析求解、系统设计、以及对人类行为进行抽象理解等涵盖计算机科学的一系列思维活动[2]都是计算思维.

为了让人们更易于理解,周教授将计算思维的定义做了阐述：通过约简、嵌入、转化和仿真等方法,把一个看来困难的问题重新阐释成一个我们知道问题怎样解决的方法；是一种递归思维,是一种并行处理,是一种把代码译成数据又能把数据译成代码,是一种多维分析推广的类型检查方法；是一种采用抽象和分解来控制庞杂的任务或进行巨大复杂系统设计的方法,是基于关注分离的方法（SoC方法）；是一种选择合适的方式去陈述一个问题,或对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法；是按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式,并从最坏情况进行系统恢复的一种思维方法；是利用启发式推理寻求解答,也即在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法；是利用海量数据来加快计算,在时间和空间之间,在处理能力和存储容量之间进行折衷的思维方法.

1计算思维的理论特征与实际特征

上面内容主要介绍了计算思维的概念,但并没有具体介绍计算思维的具体应用.周教授想让大家尽可能的扩展计算思维的外延.周教授希望人们不要把精力过多的放在计算思维的概念上,而把精力放在计算思维的运用上,通过计算思维在各个学科的创造性的运用,让计算思维在各个领域有长足的发展.

要想把计算思维应用到计算机应用基础课程上,必须先明确了解计算思维的特点.

在研究层面上,对于一个问题的解决,计算思维的习惯思路是这样的：

（1）首先明确需求,即要搞清楚需要解决一个什么问题,明确了目的之后,才能保证实施过程朝着目标前进；（2）解决方案以及阶段的里程碑都是有定量的,可以通过具体的指标进行考核,进行测试.能够确保每个阶段都是可以验证的；（3）整个解决方案可以细分成很多个小步骤来完成.这样就可以清楚的看到每一步的进步.

计算思维从专业角度来说,计算手段具有机械化的特点,从计算过程中来说具有形式化的特点,计算执行过程具有自动化的特点.

2现行计算机应用基础课程中的困惑

（1）课程地位受到新技术或者新软件的影响较大,特别是一些计算机基础课程,如操作系统、数据结构,学生感觉学的很抽象且不好理解.但是如果把课程改成以应用课程为主的话,新技术或者新软件的时效性等让人们对课程的定位和评价[3]影响较大；（2）老师对“学生”接受理解程度的判断[4]存在问题.纯理论性授课方法,学生基本接受不了,特别是对一些二类或三类本科院校.高考入学分数的差距代表了他们在对计算机相关课程的理解上存在差别,特别是对一些理论性价较强、抽象性较强的课程,比如数据结构.数据结构课程中一般使用C语言或者C++语言作为指导语言进行讲解,这是否就说明在学习某些课程之前必须要有相应的前导课程呢?（3）计算机专业与非计算机专业的教师对大学第一门计算机基础课程的核心内容的期望是否一致.在选择讲解的知识点内容是否合理、学生对于知识点的掌握程度如何等；（4）现阶段教学大纲中所列的“计算机文化基础”是否是其他计算机课程的“前沿中”的章节.大学计算机课程应该包含哪些内容,哪些内容是其他课程的前导课程等问题.现阶段安排的“C语言”,在“微机原理”课程前是否合理等问题；（5）如何由知识传授转为基于知识的思维传授.思维性教学已被提倡了很久,为什么没有很好地落实下去?思维性教学落实与执行的合适手段是怎样的?（6）怎样转换课程的教授方式,把知识传授转为基于知识的思维传授.为什么思维性教学被提倡了很久,但是没有很好地落实?应该如何落实思维性教学,才能正确的转换教授方式?

3计算思维在计算机应用基础课程中的作用

传统教学方法在计算机基础课程,如C语言、操作系统、微机原理中的应用已经很多年了,但是效果不佳.主要出现的问题有应用性差、学生不好理解、学好了之后容易忘记、实用性差.计算机专业或者非计算机专业的同学毕业后,在进入企业后基本都不能立即投入工作.

计算思维改变了现行教育的模式,如C语言的学习,传统教育的模式是每周4节课,2节理论,2节上机.计算思维不局限于课堂,充分调都课下时间,发挥学生主动性,变被动学习为主动学习.将C语言知识点细分为10个知识点,如数据类型、循环控制语句等等.每个知识点设置指定的数量的练习题,练习题通过博客上传到的网上,教师通过博客批改学生作业.使用博客的教学方法,一方面博客能调动学生学习的兴趣,学生能够主动上传作业；另一方面布置定量的作业,而且学生做的作业都可以定时检查.

以“软件系统设计”讲授为例,以软件设计的步骤为中心,贯穿讲解一个大型项目的可行性分析→需求分析→概要设计→详细设计→编码→测试→部署等.让学生实际操作一个系统,这样才能理解计算思维的含义,从而把计算思维应用到软件系统设计课程的学习中.

4计算思维对未来各学科人才的影响

嵌入式、人工智能的成功体现了计算思维对各学科专业人才的一种影响,这种影响是深远的.还有许多例子,如阿里巴巴、当当网、谷歌、华为等企业的成功是计算机的影响还是计算思维的影响呢.进一步分析可看出,各个专业的人才未来都有可能使用计算机或计算技术或从事以上两类工作.

各个学科对于计算思维的研究、创新和应用推动着各个行业的发展.各种传感器技术的发展推动着工业、汽车制造业、医疗等行业的发展.现在技术的革新、计算思维的发展已经超越了行业的限制.最近比较流行的物联网,就是指物物相连、利用各种传感器技术、借助移动网络可以采集如蔬菜等信息,从而实现智能浇水、施肥.在未来已经说不清楚是计算机思维还是计算思维在影响着人类的发展.但是各学科、各行业的发展肯定需要人才来研究和发展,未来是计算机人才引导社会向前发展.

5结束语

本文针对计算思维的内涵和外延进行的深刻分析,总结了计算思维的各种特征,同时描述了计算应用基础课程中存在的各种困惑和误区.介绍了计算机基础如：C语言和软件系统设计中如何应用计算思维进行理论和实践方面的授课.让我们体会到在计算机应用基础课程中使用计算思维,对于学生理解相关课程以及熟练使用相关课程解决实际问题方面的影响.最后本文总结了现在计算思维在各个行业的应用,造就了一批优秀的企业,如阿里巴巴、百度、谷歌、华为等,同时为我们带来了很多应用性的产品.现在环顾周围计算思维正逐步改变着我们的生活方式.可以预见在未来,掌握计算思维的各学科人才必然会成为各个行业发展的催化剂,引领前沿技术的发展.