張金輝

【摘 要】為培養(yǎng)新時(shí)期符合時(shí)代發(fā)展需求的綜合性人才，在高校內(nèi)開(kāi)展計(jì)算機(jī)課程改革已經(jīng)成為教育界行動(dòng)上的共識(shí)。論文簡(jiǎn)述了計(jì)算思維的概念和來(lái)源以及計(jì)算機(jī)課程改革的背景和基礎(chǔ)，并具體闡述了計(jì)算機(jī)課程改革的基本思路，旨在有效提升新時(shí)期大學(xué)生計(jì)算思維的有效性，為推動(dòng)高校計(jì)算機(jī)課程改革提供基本的思路參考。

【Abstract】In order to train the comprehensive talents who meet the needs of the times in the new period， the reform of computer curriculum in colleges and universities has become a consensus in the field of education. This paper briefly describes the concept and source of computing thinking， the background and foundation of computer curriculum reform， and expounds the basic ideas of computer curriculum reform in detail. The purpose of this paper is to effectively promote the effectiveness of college students' computational thinking in the new period and to provide a basic reference for promoting the reform of computer courses in colleges and universities.

【關(guān)鍵詞】計(jì)算思維；大學(xué)計(jì)算機(jī)；課程改革

【Keywords】computational thinking； college computer； curriculum reform

【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）04-0061-02

1 引言

計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為人們生活中密不可分的生產(chǎn)工具，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，信息技術(shù)正在不斷改變著人們的生活和生產(chǎn)方式，為順應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流，適應(yīng)社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)，積極推動(dòng)高校的計(jì)算機(jī)課程改革已成為亟待解決的課題。自20世紀(jì)80年代我國(guó)各主要高校引進(jìn)計(jì)算機(jī)課程后，我國(guó)高校的計(jì)算機(jī)課程改革已經(jīng)經(jīng)歷了數(shù)次變動(dòng)，每次教學(xué)體系和結(jié)構(gòu)的調(diào)整都是為了更好地培養(yǎng)符合社會(huì)需求的高技術(shù)人才，進(jìn)入21世紀(jì)后，計(jì)算思維這一理念受到了各國(guó)的高度重視，將計(jì)算機(jī)課程培養(yǎng)的目標(biāo)從“認(rèn)知技能”向“能力開(kāi)發(fā)”做出轉(zhuǎn)變，西方國(guó)家也迅速地將計(jì)算思維作為學(xué)術(shù)研究和教學(xué)的重要單元列入計(jì)算機(jī)課程改革的內(nèi)容之一，在市場(chǎng)和人才的綜合競(jìng)爭(zhēng)壓力下，開(kāi)展我國(guó)高校計(jì)算機(jī)課程改革已經(jīng)成為教學(xué)體系發(fā)展的必然選擇，對(duì)提升我國(guó)人才競(jìng)爭(zhēng)力和信息技術(shù)水平具有重要意義。

2 計(jì)算思維的內(nèi)涵

計(jì)算機(jī)技術(shù)起源于二戰(zhàn)期間，最早的計(jì)算機(jī)重達(dá)數(shù)噸，其計(jì)算能力相比現(xiàn)在已不可同日而語(yǔ)，但計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展更多體現(xiàn)在軟硬件上的突破，其計(jì)算系統(tǒng)的基本原理并沒(méi)有產(chǎn)生大的變化，總體上還是圍繞著二進(jìn)制等一系列思維體系進(jìn)行發(fā)展。二進(jìn)制的本質(zhì)是0和1，通過(guò)復(fù)雜的邏輯變換和運(yùn)算差異，形成集成化的思維體系，也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ)。在二進(jìn)制的模式下升級(jí)為各種程序和動(dòng)作指令，可以理解為將簡(jiǎn)單的基本動(dòng)作進(jìn)行重做和復(fù)雜規(guī)劃來(lái)實(shí)現(xiàn)多元次序的過(guò)程，程序也就是指令的集合，是計(jì)算機(jī)一切復(fù)雜功能得以實(shí)現(xiàn)的軟件基礎(chǔ)，“程序化”思維正是在計(jì)算機(jī)技術(shù)演變過(guò)程中，由機(jī)械程序反哺為人體思維的一種體現(xiàn)，是計(jì)算思維的核心部分?！斑f歸”是計(jì)算機(jī)理論下特有的算法，在遞推邏輯法的基礎(chǔ)上演變而來(lái)，是通過(guò)有限的邏輯達(dá)成無(wú)限功能的一種思維方法，本身是計(jì)算機(jī)程序的一種邏輯方式，隨著時(shí)代的發(fā)展，遞歸程序的思維內(nèi)核也被人挖掘?yàn)橛?jì)算思維，在元素推理及前端設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用[1]。

計(jì)算機(jī)技術(shù)在發(fā)展過(guò)程中，與多門(mén)學(xué)科相融合，形成了許多分支的融合性思維，并逐漸形成了具有鮮明特色的分支樹(shù)，產(chǎn)生了層次分明的思維網(wǎng)絡(luò)，包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、多維互聯(lián)網(wǎng)以及未來(lái)的智慧網(wǎng)絡(luò)層次，也被稱為互聯(lián)網(wǎng)思維，這種具備前瞻性的思維方式對(duì)人們的生活方式造成了潛移默化的影響，即便在非計(jì)算機(jī)領(lǐng)域依然具有指導(dǎo)意義。在算法方面，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的規(guī)則為集合的設(shè)計(jì)和算法融合提供了多種方案。算法在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的位置猶如靈魂之于人體，它是計(jì)算機(jī)軟硬件結(jié)合的紐帶和橋梁，算法邏輯上的突破也是計(jì)算思維研究的重要內(nèi)容。除算法外，系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)軟件的載體，是賦予計(jì)算機(jī)功能展示和結(jié)構(gòu)完整性的基礎(chǔ)，計(jì)算思維在系統(tǒng)中的表現(xiàn)是化繁為簡(jiǎn)，通過(guò)整體性的優(yōu)化，使軟件的各部分取得聯(lián)系，保障結(jié)構(gòu)功能的各種特性。

3 大學(xué)課程改革的背景

計(jì)算思維的重要性不言而喻，它不斷刷新著人們對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)的認(rèn)識(shí)，同時(shí)為非計(jì)算機(jī)領(lǐng)域提供著運(yùn)營(yíng)或設(shè)計(jì)思維上的幫助，對(duì)社會(huì)發(fā)展具有重要的推動(dòng)作用。自從人們對(duì)計(jì)算思維的認(rèn)識(shí)從一種技能轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?，推行系統(tǒng)化的計(jì)算思維教學(xué)已經(jīng)成為各國(guó)積極推動(dòng)的一種共識(shí)，在北美，為適應(yīng)行業(yè)發(fā)展，培育全方位人才，在高校聯(lián)盟和聯(lián)邦政府的主導(dǎo)下，多個(gè)州的公立大學(xué)已經(jīng)將計(jì)算思維列為計(jì)算機(jī)科學(xué)課程的必修單元，同時(shí)從技術(shù)和思維兩個(gè)方面對(duì)計(jì)算思維的算法和邏輯進(jìn)行傳授，旨在積極推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，為未來(lái)潛在的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)積累人才。在歐洲，多個(gè)國(guó)家將計(jì)算思維同工業(yè)4.0和人工智能等領(lǐng)域列為21世紀(jì)影響世界技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)革命的潛在方向，德國(guó)和法國(guó)已在2011年后全面開(kāi)展新時(shí)期“計(jì)算機(jī)課程”改革計(jì)劃，編制全新教材用于計(jì)算機(jī)思維和邏輯的傳授與普及，同時(shí)加入了計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的方向規(guī)劃與原始宗旨的探討，將計(jì)算思維總結(jié)為一種建立在計(jì)算機(jī)技術(shù)上產(chǎn)生的理性思維，對(duì)編程算法和跨行業(yè)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新具有重要意義。我國(guó)高校的計(jì)算機(jī)課程改革起步較晚，但教育部在多所高校和專家的聯(lián)名致信下終于開(kāi)展了關(guān)于以計(jì)算思維為核心的新時(shí)期高校教學(xué)體制改革的可行性研討。在陳院士帶領(lǐng)下，我國(guó)在2010年也同步開(kāi)展了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃，在九所985重點(diǎn)大學(xué)展開(kāi)試點(diǎn)教學(xué)，其中計(jì)算思維作為人才培養(yǎng)計(jì)劃的核心，受到了業(yè)內(nèi)的一致重視。

4 高校計(jì)算機(jī)課程改革的思路

4.1 改革的內(nèi)容

在21世紀(jì)，計(jì)算機(jī)尚未普及的年代，互聯(lián)網(wǎng)、軟件編程、硬件知識(shí)等都作為常人難以理解的高級(jí)知識(shí)而存在，隨著時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，當(dāng)年這些看似復(fù)雜和生僻的原理，現(xiàn)在已經(jīng)變?yōu)楹?jiǎn)單的常識(shí)，這說(shuō)明看似高深的專業(yè)知識(shí)并不具有普及意義，除計(jì)算機(jī)系的學(xué)生外，多數(shù)人對(duì)所謂的高新知識(shí)并沒(méi)有掌握的必要，但實(shí)際上，計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展背后蘊(yùn)含的工作原理和計(jì)算思維卻永不過(guò)時(shí)，他能夠幫助受教育者在技能培養(yǎng)的基礎(chǔ)上提升計(jì)算機(jī)的應(yīng)用能力。因此，高校計(jì)算機(jī)課程改革也要遵循思維優(yōu)先的原則，在開(kāi)展改革之前要明確進(jìn)行大學(xué)計(jì)算機(jī)課程改革的意義。包括：①如何看待計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展；②通過(guò)算法推演揭示計(jì)算思維的優(yōu)勢(shì)和核心理念；③嘗試用計(jì)算思維去解決問(wèn)題；④深化研究潛在的問(wèn)題，提出具象化的解決方案，并據(jù)此推導(dǎo)出計(jì)算思維的方法論。改革之前要明確計(jì)算思維的具體內(nèi)涵是什么，并根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征設(shè)計(jì)出符合體系要求的，利于學(xué)生接受的課程[2]。

4.2 體系的建設(shè)與發(fā)展

推行改革的步驟分為兩個(gè)部分，一是以計(jì)算思維為核心的教材的編撰與相關(guān)問(wèn)題的探討；二是圍繞在新時(shí)期的高校環(huán)境中教學(xué)體系的建設(shè)。在研究體系建設(shè)前，我們可以先借鑒西方國(guó)家的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。例如，美國(guó)作為較早開(kāi)展計(jì)算思維普及和教學(xué)體系建設(shè)的國(guó)家，最初在推行教學(xué)體系的建設(shè)過(guò)程中，將計(jì)算思維的相關(guān)知識(shí)列為教學(xué)的核心，并以此為基礎(chǔ)開(kāi)展全方位的理論建設(shè)，但通過(guò)實(shí)際教學(xué)成果反饋研究發(fā)現(xiàn)，由于計(jì)算思維涉及的概念和理論相對(duì)冗雜，在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)課堂教學(xué)進(jìn)行推廣是不現(xiàn)實(shí)的，因此，在進(jìn)行教學(xué)體系建設(shè)之前，要首先進(jìn)行哲學(xué)層面上對(duì)計(jì)算思維的內(nèi)容討論。比如在以計(jì)算思維進(jìn)行一次糾錯(cuò)和方案分析時(shí)，要首先思考該技術(shù)如何通過(guò)建模來(lái)進(jìn)行表達(dá)，即一種合適的方式去計(jì)算和解決問(wèn)題。高校計(jì)算機(jī)課程改革的思路是以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維為導(dǎo)向開(kāi)展的內(nèi)容試點(diǎn)，所以對(duì)計(jì)算思維的概況不僅要體現(xiàn)在程序和原理上，還要幫助學(xué)生理解計(jì)算思維的理念和內(nèi)涵。

5 結(jié)論

計(jì)算思維的養(yǎng)成實(shí)際上是一種能力進(jìn)步的體現(xiàn)，隨著世界各國(guó)愈發(fā)重視對(duì)計(jì)算機(jī)人才思維能力的培養(yǎng)，未來(lái)的人才競(jìng)爭(zhēng)將從計(jì)算機(jī)領(lǐng)域延伸到多元化全方位的技術(shù)和能力競(jìng)爭(zhēng)，因此開(kāi)展圍繞計(jì)算思維展開(kāi)的高校課程改革要盡快落實(shí)。在大數(shù)據(jù)和高度發(fā)達(dá)的信息化時(shí)代，計(jì)算機(jī)技術(shù)將會(huì)在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用，加快教材編寫(xiě)，推動(dòng)模式創(chuàng)新，做好理論與實(shí)踐的結(jié)合，才是應(yīng)對(duì)時(shí)代發(fā)展和激烈競(jìng)爭(zhēng)的正確道路。望本文能得到相關(guān)院校及教育工作者的關(guān)注，積極響應(yīng)政策號(hào)召，使我國(guó)高校計(jì)算機(jī)課程教學(xué)接近世界先進(jìn)水平，為培養(yǎng)綜合型人才發(fā)揮更多作用。

【參考文獻(xiàn)】

【1】李磊.淺析計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)課程改革的基本思路[J].課程教育研究，2016，18（20）：10050-10051.

【2】周海山.計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)課程改革的基本思路[J].信息系統(tǒng)工程，2015，26（11）：151-151.