教育大數據驅動下大學生計算思維培養方式的探究

魏夢楠　馬燕

【摘要】教育信息化快速發展，大數據在教育領域的應用與作用日益突出，教育大數據對大學生個人能力也有了更高的要求，培養出一個高素質的信息化人才，適應于時代的發展。本文從教育大數據、計算思維等概念入手，結合教育大數據的特點與發展要求，對大學生在計算思維方面的培養方式進行探究，從而得出教育大數據驅動下，大學生計算思維的培養方法，以更好地適應數據時代的發展，應對更多的挑戰。

【關鍵詞】教育大數據 計算思維 培養方式

【基金項目】重慶市研究生教育教學改革研究項目（重大項目）“重慶市研究生創新創業實踐教育研究”（項目編號：Yjg151007）

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）01-0059-02

引言

當今社會已經進入了一個信息化時代，運用計算機解決、處理問題、學習、工作是每個在校大學生必備的素質，培養大學生的信息素養，使其具備信息化社會的生存能力和終身學習能力已經成為高等教育人才培養的重要目標之一，同時又是現代信息社會對高等教育提出的新要求[1]。近年來，大數據不斷對社會各個領域產生深刻影響，無論是政府、企業、教育機構，還是廣大民眾數據意識都在逐步提高。技術變革教育，信息化帶動教育現代化發展，大數據在教育領域發展應用也有著廣闊的前景[2]。信息化高速發展，教育大數據的應用突出，對國家層教育政策科學化的制定、區域層教育均衡的發展、學校教育質量的提升、課程體系與教育效果的最優化以及個體的個性化發展都有著重要的影響，這對大學生個人能力也有了一定的要求，其中信息素養的提高和計算思維的培養也變得至關重要。教育大數據是什么？有什么價值？計算思維如何培養？又存在著哪些問題？本文將著重對這些問題進行探討，從而得出教育大數據驅動下，大學生計算思維的培養方式。

一、教育大數據的定義與特點

1.教育大數據的定義

教育大數據則大數據的一個子集，特指教育領域的大數據[3]。目前還沒有學者對教育大數據的概念做出嚴格的界定，通過各個學者對教育大數據的解析，我們可以理解為，教育大數據就是在整個教育教學過程中所產生的以及根據教育需要采集到的，一切用于教育發展并可創造巨大潛在價值的數據集合[4]。

2.教育大數據的構成與處理過程

從教育大數據的構成來看，主要來源于在線學習的數據，這些數據易采集，包括學習過程的行為數據、學習結果的數據、個人信息的數據等各個方面。而線下產生的課堂學習中的學習過程行為的數據、教師對學生學習過程評價的數據、教學管理中的數據等也都屬于教育大數據的范疇，只是相較于在線學習的數據而言，線下的教育大數據的采集會更困難一些。當然按照不同層次來看，教育大數據的構成也可以由國家層數據、區域層數據、學校層數據、課程層數據以及個體層數據等五部分構成。由于教育大數據來源多樣，數量龐大、格式不一，信息內容良莠不齊，所以對于教育大數據的處理一般需要四個基本過程：教育數據采集、處理、分析、呈現，其中教育數據的處理是教育大數據的核心環節。

3.教育大數據的特性

教育大數據是服務于教育發展的，具有教育的目的性，不是所有的一切數據都屬于教育大數據，而數據之“大”也不是單指數據的數量之大，更多的強調的是“價值”之大。從教育大數據的特性來看，教育大數據同樣具有大數據的核心特征：4V即數據量大（Volume）、輸入和處理速度快（Velocity）、數據多樣（Variety）和精確性（Ve-racity）。除此之外，教育大數據還有很強的周期性、整體性、非線性、高復雜性和巨大的價值。

二、計算思維的定義與特征

縱觀科技史與科技哲學的發展，結合人類的科技創新實踐活動來看，計算思維與理論思維、實驗思維可并列為人類三大科學思維，計算思維是人類科學思維的基本方式之一[5]。

1.計算思維的定義與內涵

早在1996年麻省理工學院的一位教授就提出了計算思維的概念，然而當時它并沒有引起很大的關注，國內對計算思維的研究起步較晚，2006年美國卡內基梅隆大學的周以真教授正式提出計算思維的概念，之后國內的學者才關注到計算思維的相關理論以及計算思維的價值意義[6]，他提出“計算思維是一種解決問題的思維過程，能夠清晰、抽象地將問題和解決方案用信息處理代理（機器或人）所能有效執行的方式表述出來[7]。”計算思維的本質是抽象和自動化，即兩個“A”，一個“A”是指是Abstraction（抽象），它是指計算思維可以同時在多個抽象層次上同時進行，并且抽象思維定義層次之間的關系。另一個“A”是指Automation（自動化），計算思維的思考方式是使抽象層次及其關系機械化，由于其符號和模型都是十分精確和嚴格的，所以其可行性特別高，接著就需要相應的一些“機器”來執行，這些既可以是人本身，也可以是計算機或者其他的，其優點就是計算思維建立在計算過程的能力和限制之上，由人由機器執行，計算方法和模型使我們敢于去處理那些原本無法由個人獨立完成的問題求解和系統設計。舉個例子來看計算思維，對100萬個32位整數進行排序，面對如此龐大的數據量，如果用人工去計算，數據量是特別龐大的，我們可以選擇用計算機算法來完成，我們采用冒泡排序則需要比較499999500000次，但是如果你運用計算思維，采用快速排序的方法只需要比較20000000次，比冒泡排序整整快了25000倍，這就說明，計算思維的使用，可以極大的提高我們的運算效率。但在這里我們需要明白的一點就是，計算思維是一種人類思維的組成部分，雖然有著計算機科學的很多特征，但是計算思維本身并不是計算機科學的專屬，只是因為計算機的出現，給了計算思維的研究和發展帶來了根本性的變化[6]。

2.計算思維的特征

計算思維具有六大特征：計算思維是概念化的思維、是根本的思維、是人的思維、是數學和工程思維的互補與融合、是思想，不是制品、是面向所有人、所有地方的思維。

2010年7 月在西安交通大學舉辦的首屆“九校聯盟（C9）計算機基礎課程研討會”（簡稱C9會議）上，發表了一篇相關聲明，聲明的核心要點是：必須正確認識大學計算機基礎教學的重要地位，需要把培養學生的“計算思維”能力作為計算機基礎教學的核心任務，并由此建設更加完備的計算機基礎課程體系和教學內容，進而為全國高校的計算機基礎教學改革樹立標桿[8]。

三、教育大數據驅動下計算思維的培養方式

在傳統的學習中，我們對于世界的認知是單一的、線性的，教育大數據的蓬勃發展，數據呈現出來數據量大、輸入和處理速度快、數據多樣、精確性、整體性、非線性、強周期性、高復雜性、高價值等特性，結合這些特性，為了從教育大數據中獲取更多的價值，推動教育更好更快發展，數據的采集、處理、分析、呈現各個過程需要我們突破固有的學習思維與方式，形成更適應大數據時代發展的學習思維方式計算思維，運用計算思維來面對數據帶來的挑戰[9]。

目前，我國高等教育階段，對大學生計算思維能力的培養也逐漸展開，大多數學校或者組織對于計算思維的培養主要是采用理論研究為主，實踐研究為輔且主要是在計算機科學學科中進行的。在理論研究方面主要就是通過大學計算機基礎的學習，了解計算思維有怎樣的價值和意義，如何利用計算思維解決實際中的問題，進行大學計算機課程設計。在實踐研究方面，多數以高等教育計算機科學學科課程為載體，在學習中融入計算思維，并通過實踐數據分析來實現教學目標和效果[7]。

這種培養方式，對于大學生的計算思維能力的提升確實起到了一定的作用，但是其中也存在著一些問題：

1.教師缺乏運用計算思維教學的意識

由于我國對計算思維的研究起步較晚，計算思維受重視程度不高，所以教師在進行教學的時候，缺乏運用計算思維教學的意識，這種教學是無意識的，對受教育者而言，不能清楚的意識到計算思維的運用，有意識地、主動地、科學系統地開展計算思維教學，更有利于學生更好的了解計算思維，學習和掌握計算思維。

2.學生對計算思維的認識不足

計算思維發展至今，并沒有一個嚴格的準確的概念界定，國內很多學者也有了自己的見解，人們普遍認為，計算思維是計算機應用能力之一，認為計算思維是機器的思維，對計算思維的認識從最初就有一定的偏差與不足。

3.將“計算”與“思維”分裂開

在計算思維培養的過程中，容易將“計算”與“思維”分裂開，以為計算思維是計算機的一種應用，忽略了它作為人類三大思維的本質，過度重視技術與應用的教學，注重軟件和系統開發的過程與細節，忽略了引領計算機引用的思維[10]。

針對以上計算思維培養中所產生的問題，也給出一些建議：

1）提高對計算思維的重視

不僅是教師要提高對計算思維的重視，學校、學生也需要提高。在教學方面，教師要主動地、有意識地運用計算思維，例如在課堂引入部分創設真實的情景，滲透計算思維，設計相應的活動、問題，運用計算思維，多與實際情況相結合等[11]。

2）加強對計算思維理論的認識

只有加強對計算思維理論的認識，才能有更好的實踐，才能在實際生活中熟練運用這種能力，做到真正的理解、認識、熟悉、掌握、運用。

3）將計算思維通過更多的方式進行傳播

由于很多學校對計算思維的培養都是在計算機科學課程中展開的，所以人們忽略了它思維的作用，在今后的學習中，計算思維可以建立自己完整的課程體系，不單是依托于計算機科學，也可以在生物、化學、經濟等各個方面展開，真正的成為一種普適的思維能力。

四、結論與展望

時代在發展，信息化腳步越來越快，教育的發展也在大數據的驅動下呈現出新的局面，未來的學習將是大數據驅動的新時代。未來教育也會產生新的變化，以前都是用經驗說話，大數據時代我們將用數據來說話，用數據去進行決策、管理 。與此同時，我們也需要冷靜的看待教育大數據，它并不是一種新鮮的事物，也不需要在任何情境下都用到它，它只是帶來了新的思維，讓我們的工具和視野發生了變化，通過利用、分析教育大數據，可以使我們對教與學的過程有更多的了解，也可以為我們提供新的方法和維度，但是應用分析最終還需要人的參與決策。

在教育大數據的驅動下，提升大學生的計算思維能力，不僅僅是適應教育的發展的規律，也是適應社會發展的需求。計算思維是信息社會學生解決問題的一種普適的基本能力，計算思維的培養，使得大學生的思維方式得到更廣闊的發展，解析問題的能力得到提升，在面對教育大數據時，能夠用一種清晰的、邏輯性更強的、抽象事物、構建模型、形成解決方案的思維框架，提升了解決問題的效率，節約了資源。未來我們更要形成良好的計算思維意識，由理論思維、實驗思維逐步轉變為計算思維，由無意識的計算思維轉變成有意識地計算思維，主動地運用這種思維方式去解決問題。

參考文獻

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[2]楊現民，王榴卉，唐斯斯.教育大數據的應用模式與政策建議[J].電化教育研究，2015，36（09）：54-61+69.

[3]楊現民，王榴卉，唐斯斯.教育大數據的應用模式與政策建議[J].電化教育研究，2015，36（09）：54-61+69.

[4]大數據[EB/OL].https：//baike.baidu.com/item/%E5%A4%A7%E6%95%B0%E6%8D%AE/1356941？fr=aladdin.

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[8]何欽銘，陸漢權，馮博琴.計算機基礎教學的核心任務是計算思維能力的培養——《九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》解讀[J].中國大學教學，2010（09）：5-9.

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