本站原创[摘 要]计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为.计算思维的基本组成体现在抽象思维、矛盾论与实践论的哲学思想,它的特征表现为普遍性、重要性、层次性.在计算机程序语言类课程教学中融入计算思维理念,构建计算思维培养模式,让学生体会到计算之美、编程之美,在一定程度上能提高人才培养质量.
[关 键 词]计算思维计算机程序语言抽象思维教学模式
中图分类号：B804.1文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）15-0203-01
一、引言
计算思维是当前国际计算机界广为关注的一个重要概念,也是当前计算机教育重点研究的重要课题.在国外计算思维得到美国教育界的广泛支持.美国计算机协会（ACM）2008年在网上公布对CC2001（CS2001）进行的中期审查报告（CS2001InterimReview）（草案）中,明确将“计算思维”与“计算机导论”课程绑定在一起,并明确要求该课程讲授计算思维的本质；2008年,美国国家计算机科学技术教师协会（CSTA）在网上发布了得到微软公司支持的《计算思维：一个所有课堂问题解决的工具》报告.
在国内,计算思维在教学和培训中的应用与推广正在逐步展开,一些计算机教育者在教学过程中推进计算思维能力的培养.中国科技大学陈国良教授、桂林电子科技大学董荣胜教授、中国科学院计算技术研究所所长李国杰、自动化所的王飞跃教授、国防科技大学的朱亚宗教授等多位计算机知名专家学者在这方面都做了一些有益的探索.在基于计算思维的课程教学改革方面,何明听在软件工程课程中引入计算思维的关注点分离方法,并指出：作为最重要的计算思维原则之一,关注点分离是计算科学和软件工程在长期实践中确立的一项方法论原则.廖伟志等就如何在课堂教学中引导学生利用计算思维去解决离散数学中的相关问题进行了探讨.李芳等结合教学实践及目前人才市场的需求,探讨了当前图像处理课程教学中存在的问题,并从教学内容、教学方法、实践教学等几个方面,阐述了计算思维在该课程教学中的实践及应用.
尽管在教学过程中引入计算思维取得一定的成绩,但对于什么是计算思维的研究还不够,如计算思维的基本组成部分及特征与表现是什么?如何在计算机程序课程教学中培养计算思维能力仍处于一个摸索阶段,还没有形成一套完整的方法体系.
二、核心概念定义
1.计算思维
计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为.它包括了涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动.就像读、写、算一样,计算思维是每个人的必须具备的基本技能.
2.计算机程序语言
计算机程序语言通常是一个能完整、准确和规则地表达人们的意图,并用以指挥或控制计算机工作的“符号系统”.它是一组用来定义计算机程序的语法规则,是一种被标准化的交流技巧,用来向计算机发出指令.能让程序员准确地定义计算机所需要使用的数据,并精确地定义在不同情况下所应当采取的行动.
三、计算思维的基本组成部分
当今是信息时代,“计算思维”的提出源于计算机这个工具的普遍程度,利用“计算思维”求解不同领域的应用问题也是必然、有效的,将对人们的行为方式产生深刻影响,它的基本组成部分包含三个方面.
1.抽象思维是计算思维的一个组成部分
计算思维中的抽象思维是指利用计算机理论知识从众多事物中抽取出共同、本质的特征,而舍弃非本质特征的一种思维方式.这种方式化使问题复杂度降低,容易理解,问题更容易处理.例如在面向对象程序语言中,类的设计体现了抽象思维应用.
2.矛盾论的哲学思想也是计算思维组成部分
在处理问题时,计算思维采用分离各个因素,分清主次的方法.由于各个因素混杂在一起会导致问题的复杂性大大增加,所以把不同的因素分离开来,分清主次,分别处理,问题的复杂性就会明显降低.在计算机算法与程序语言中采用这种方法,例如面向对象程序设计中的封装和类,把解决的问题分离成各个独立的部分.业务逻辑同特定领域问题的关系通过侧面来封装、维护,这样原本复杂的应用可以通过程序实现.
3.实践论的哲学思想也融入计算思维中
计算思维的实践论是指实践是检验计算思维认识正确与否的唯一标准.计算思维的认识方式对科学实验具有反作用,在实践中认识、完善、发展计算思维理论.例如在算法的优化与设计过程中,最优化算法的提出不是基于直观或经验,而是采用计算机理论知识和数学理论知识及其它相关知识反复实践后构造出的一种最优算法.
四、计算思维的特征表现
计算思维不是计算机科学独有,随着信息化的推进,利用计算思维能更好的推动科技进步,具体特征表现为以下三个方面.
1.计算思维的普遍性
计算思维是一种科学思维,与理论思维、实验思维一起构成人类的三大思维.计算思维并不是一种新的发明,而是早已存在的思维活动,是每一个人都具有的一种技能,而计算思维的方法将有助于人们运用计算机解决各自领域的问题.计算思维普遍存在,只是每个人的思维科学性、能力的高低有所不同.
2.计算思维的重要性
虽然计算思维不是计算机科学所特有的,但正是由于计算机的出现,让理论上的实现过程变成了实际上可以实现的过程,并实现了全过程的自动化,充分显示出计算思维的重要性.从而促使人们对计算思维的研究和探索,充分意识到计算思维方法的重要性,大大拓展了人们认识世界、改造世界以及解决领域问题的能力范围.在教育界,特别是在高等院校,有理由将计算思维纳入教学改革的范畴.
3.计算思维的层次性
每个人都具备计算思维,但程度不同,层次不同.计算思维具有分级（分层）性,其层次可以分为四层：高级计算思维、中级计算思维、初级计算思维、基础级计算思维.高级计算思维内容涵盖研究生基础课、专业课,中级计算思维涵盖本科计算机基础课、专业课,初级计算思维体现在大学计算机基础课程中,基础级计算思维指的是具备计算机基础理论知识.层级之间没有明显的边界,仅仅是为了说明计算思维能力的高低.
五、计算机程序语言类课程中的反思
在传统的计算机程序语言教学过程中,教师非常注重语言语法规则的讲解.面对程序设计语言中繁杂的语法规则,部分学生丧失了学习的兴趣,而且动手能力普遍较差,这也是计算机专业人才培养质量无法达到市场要求的重要因素之一.如果在计算机程序语言类课程教学中融入计算思维的理念,在教学过程中将教学重心从语言语法规则的讲解转移到计算思维的培养；在考虑问题时,能主动地、自主地、习惯地采用计算思维解决计算机应用问题；构建以教师为主导,学生为主体,教学内容为载体,计算思维培养为目标的创新型教学模式.将会激发学生对计算机程序语言及计算思维的学习兴趣,有助于构建师生双方主动参与的互动型课堂,形成和谐的师生关系；有助于让学生体会计算之美、编程之美,将极大提高学生认知能力及动手能力；有助于提高人才培养质量.
六、总结
计算思维是人类的普遍思维,在信息化社会中起到重大作用.将计算思维理念引入计算机程序语言类课程教学中,系统构建培养计算思维能力的创新型教学模式.将有效解决目前在计算机专业课程教学过程中遇到的问题,为课程教学改革提供新的思路与视角.有助于提高教育教学水平,促进计算思维在国内的进一步研究与传播.