試論計算思維與大學計算機課程改革的基本思路

電子科技大學成都學院藝術與科技學院 夏鵬

計算思維，是一種抽象的思維方式，主要是基于計算機科學基本概念的前提下，對計算機教學中存在的問題予以解決，包含重新解釋、抽象分解、問題建模等內容，將其應用到教育工作中，抑或是計算機研究工作中，有利于促進該項工作質量及效率的提高。但值得注意的是，目前計算機思維研究還未達到成熟階段，思維定義尚未得到明確，對此就需加大對這方面的研究，以充分體現計算思維的應用價值。

1 計算思維概述

1.1 計算機思維的含義

隨著計算機科學技術的發展，逐步形成了計算機思維。計算思維是指通過運用計算機科學的基礎概念可以有效地解決計算機教學過程中遇到的問題[1]。根據計算思維的定義可以將其具體的含義表述為以下幾個方面：

(1)運用計算機思維，能夠對一些較為復雜的問題進行描述，進而幫助人們更好地找出問題的處理方法。一般來說，計算機思維中使用得比較多的方法有仿真法、嵌入法、約簡法、轉化法等。

(2)計算機思維具有一定的遞歸思想，能夠實現數據的并行處理，在實際的操作過程中，可以讓代碼向數據轉換，也可以讓數據向代碼轉換。具體的思維過程是將代碼換化為數據，或者將數據轉換為代碼。此種思維過程可以稱之為一種分析方法和檢查方法，兼具多維性與推廣性[2]。

(3)計算思維是一種系統設計方法，通過抽象和分解等操作實現對繁雜任務的控制，并促成復雜系統的設計。

(4)計算思維作為一種問題處理方法，兼具科學性與合理性。

(5)計算思維是一種系統恢復思維方法，即使系統出現了最壞的情況，也可以運用計算思維來對系統實施恢復操作[3]。

(6)計算思維是一種啟發式思維，通過啟發式的思維方式找出問題的正確答案。

1.2 計算思維的意義和作用

就現階段來看，人們在理解計算機思維方面還存在一些不足，且重視程度還不夠。計算思維在人類認識和改變世界的過程中起到了重要的作用。隨著時代的發展，社會上新技術層出不窮，計算機技術從發展到至今一直處于比較領先的地位，這與先進的計算思維有著密不可分的關系，任何一項科技必須要有先進的思維方式的指導與引領[4]。作為時代發展的產物，計算機帶給人們的不僅僅是先進的科學理念，還被廣泛的被人類運用到生活中進行實踐，解決了人們生活中遇到的問題。因此，計算思維必須作為一種創新的理念被大眾重視起來，在大學計算機教育改革中，計算思維的培養是必須的。對于非專業的人員來說，計算思維的培養也是十分重要，在現代社會，各個領域都有一定的互通性，計算思維可以幫助學者對多種知識進行整合，通過計算思維得出的數據，進行多領域的研究探索[5]。

2 計算思維與計算機教學的關系

一般而言，計算機原理及技術屬于計算思維的形態支撐，即在基于計算機原理及技術的前提下，制定針對性的問題解決方案，并進行落實，通過計算機系統可實現對人們思維活動的理解和總結，兩者呈相互依存狀態。同時，以教育為前提來說，在計算機教學中，計算培養思維能力屬于重要內容，在建設計算機教學系統的過程中發揮著關鍵性的作用，且想要合理、正確的應用計算機抽象語言，那么計算機方法及計算思維就是最為基礎的條件。由此就可看出，在大學教育中，計算思維也屬于學習難點內容之一，將其融入到計算機教學中，有利于促進教學效率及質量的改善。

3 計算思維指導下的大學計算機課程改革思路及建議

3.1 積極轉變教育理念

在大學計算機課堂教學中，傳統的教學模式主要傾向于對學生學習知識技能的關注，在一定程度上忽視了思維能力的培養，即在基于教師講解內容的前提下，灌輸學生相關知識，這雖然能夠豐富學生的知識點，但無法開發學生的思維，教學效果往往難以達到理想化效果，學生只是學到了技術，對于該項技術的應用能力則相對缺乏。因此，大學計算機教師就需積極轉變教育理念，重視對大學生計算思維的培養，促使其在課程學習中，能夠自主地發現問題并獨立的解決，以進一步滿足計算機課程人才培養要求。具體方案如下：一方面，教師要明確培養目標，即選擇應用及創新能力強的人才作為重點培養對象，在教學中合理融入計算思維，培養學生的計算思維能力，在此過程中需合理的選擇教學方法，教師要充分發揮引導作用，以不斷激發學生的主觀能動性，確保教學效果。另一方面，教師要科學合理的設置教學課程內容及教學體系，積極摒棄以往傳統教學模式，緊跟時代步伐，強化課堂訓練，調動學生的學習積極性，從而為大學計算機課程教育奠定基礎。

3.2 落實分層教學

在大學計算機課程的改革中，教師應引入分層教學模式，這主要是因為分層計算機技術本身的應用價值較強，以節本計算機技能為例，C、C++語言有一個層次結構，受學生個體差異的影響，在學習計算機課程中，其識別和學習能力也存在較大的差異，通過分層教學模式的引入，有利于促進學生更加完整的了解、掌握大學計算機課程，并滿足多層次計算機學習需求，可促使學生習慣性地利用計算思維，完成建模，抑或是找出問題并解決，提高教學效果。

可以根據學生自身的知識水平、接收能力等，將學生劃分為不同層級，進而對不同層次的學生展開有針對性的教育。有學者提出了“多元智能理論”，該理論指出，在教學過程中，每名學生是一個獨立的學習個體，學生之間的學習能力存在一定的差異，智力水平、知識掌握程度等都有所不同，因此，在學開展過程中，就需要重視各學習個體之間的差異性，并找出這些不同點，進而開展分層教學。通過實踐表明，大學計算機教師對學生們分層時多會采用知識水平測試或者上級實踐技能測試等方法。其次，把“1+X”課程體系作為基礎，進行分步教學改革。在大學計算機課程改革過程中，要將原有的計算機教學內容體系作為研究對象，分析出體系中需要改革或者需要完善的地方，并有針對性制定出完善計算機教學內容體系的課程改革方案，進而一步步地促進富有計算思維的大學計算機課程的改革進程。

3.3 重視教學內容的改革

在培養大學生計算思維的過程中，教師可以計算思維作為指導，進一步探究大學生計算機教學模式及內容，在基于問題探究的前提下，鼓勵學生獨立找出問題所在，并主動的進行解決，充分體現出循序漸進的原則，促使學生在學習過程中逐漸養成習慣性的計算思維。同時，教師也要重視對課下內容的布置，讓學生課余時間能夠自主的對問題進行探究，學會主動思考問題，從而達到鍛煉學生應用能力的目的，此方法可進一步鍛煉學生的學生思維，從而確保大學計算機教學質量。

3.4 改革計算機課程案例

針對計算機課程而言，其具有抽象、枯燥等特點，學生的學習熱情直接影響著此課程的教學質量，而課程案例作為教學重要內容，就需以計算思維為前提，合理地進行改革。在此過程中，需確保案例的專業性及地位，盡可能地選擇與現實生活緊密相關的案例，從而才能更好的激發學生課堂參與積極性。在教學過程中，教師在對教學內容進行講解時，可以分析案例，這樣可促使學生更加容易的了解、掌握課程內容[6]。以計算器教學為例，選擇購物計算等應用案例，指導學生對案例進行分析，讓學生學會正確應用具體程序，對信息的存儲、使用及處理進行了解，此方法在拓展學生技術知識點的同時，也可以鍛煉學生的計算思維能力。

3.5 改革實踐主題

在大學計算機教學中，實踐屬于不可缺少的環節，通過實踐可對學生的知識掌握程度進行檢驗，體現出學生的計算思維能力。在改革大學計算機課程的過程中，教師就需加大對實踐內容改革的重視度，合理的設置開放實用學科，以促進學生計算思維能力的提高，促使其通過思考、探索，能夠自主的進行規劃、實踐，從而充分的展現術計算思維培養的價值。例如，在進行課堂教學時，大學計算機教師在完成實驗任務的布置后，要求學生獨立完成，包括對實驗的思考、內容的排序、方案的構建等。同時，教師還需積極組織學生參與相關開放擴展活動，引導學生正確思考，讓其進一步了解計算思維與計算機之間的聯系，以達到拓展學生思維空間的目的，有利于增強學生的計算思維能力，從而更好地確保大學計算機教學質量及效率。

4 結語

綜上，在大學計算機課程的改革中，計算思維是最為關鍵的一項基礎條件，將其融入到改革中，可實現對教學方案的創新、教學內容的補充等，在鍛煉學生計算思維能力方面發揮著積極的意義，學生通過長期的學習、實踐，其計算機技術應用能力也會隨之提高，也進一步滿足了社會經濟對計算機人才的需求。