发表过的计算思维论文

计算机思维能力探讨论文

有关计算思维的认识和理解对广大的计算机基础课教师是一个循序渐近的过程。有关计算思维的一些例子都是一些和计算机处理问题相关的思维方法。新的计算机基础教育侧重点应当是对这些方法的介绍，并能够让学生深入的理解这些思维的方法，从而培养学生能灵活应用这种思维方法去创造性的解决一些实际的问题。这样的培养目标，和教育理念，更多注重的是思维技能的训练，学生通过计算机基础课程，接触计算机，并利用计算机完成一些任务，这些都只是让学生进行计算思维训练的一种手段，我们的目标是让大学生形成良好的计算思维方面的能力。当然这并不是说推翻现有的计算机基础教育的框架，现有的计算机基础教育框架仍然很重要，比如，学生仍需要掌握一些计算机软件的使用方法，仍然需要去了解什么是计算机程序设计语言，以及能够去设计一些简单的计算机程序。但这些是培养学生计算思维能力的手段，不应当再是目标了。

具体的计算思维能力包括如下例子：

（1）通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个困难的问题阐释成如何求解它的思维方法。

（2）采用抽象和分解的方法来控制庞杂的任务或进行巨型复杂系统的设计。

（3）利用启发式推理寻求解答，即在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法。等等，这些都属于计算思维能力的范畴。由上面的例子可以看出，计算思维能力的培养是一个巨大的，艰难的任务。许多的思维能力的培养和训练已深入到了计算机科学的前沿。但是，通过计算机基础教育的.学习，应当让学生能够了解、并理解计算思维的思考方法，计算思维能力的养成不是一朝一夕能够实现的，需要伴随着人们的不断学习才能养成的技能。

之前已提到，计算思维能力的培养并不是完全打破现有的计算机基础教育的课程体系，而是通过现有的课程体系，引导学生思考计算的本质，了解计算机在解决一些实际问题的时候所采用的思想和方法等。所以，在计算机的基础教学中，融入计算思维，主要是教学方法、教学理念的改革，和教学的内容变更关系并不是非常大。当然，也可能需要在教学内容中适当变更，比如增加计算的本质，可计算性理论等内容。但这些内容的引入，在计算机基础教育中不应当是重点。在教学过程中，从解决问题的角度出发，强调解决问题的方法、思路，而不是仅仅教会学生如何解决问题，引发学生的深入思考，使学生从计算的角度理解问题，从而培养学生的计算思维能力。深入到具体的教学过程中，计算思维不是内容和工具的改变，而是教学方式、理念的改变。这首先需要教师从更高的层次看待问题，引导学生深入的思考。计算思维能力的培养，是让学生学会如何运用计算机科学的基础概念进行问题求解与分析。这要求学生对一些原理性的概念有深入的理解，所以可能需要适当的增加一些教学内容，在原有课程体系的基础之上，扩展一些教学内容。扩展的这些内容主要是帮助学生更深入的思考下去。可以在计算机基础教学中适当增加计算机语言教学，在程序设计课程中强调与计算思维能力有关的数据结构和算法实现。但应当注意，计算思维能力的培养，绝不仅仅是培养学生的程序设计能力，计算思维是概念化，而不是程序化，要像计算机科学家那样去思维，意味着远远不止能为计算机编程，还要求能够在抽象的多个层次上思维。在现代的计算机基础教学中，需要教师做恰当的引导，让学生自觉地去学习、思考。例如，在所有的计算机基础教学中，都会介绍到计算机使用二进制来表示信息，如数、字符等等，一般而言，如果教师只是单纯的讲解这些内容，学生们对此有个大概的认识，但不太可能引起普通学生对这些信息如何使用二进制表示的兴趣。如果引入相应的例子，就可能会引导起学生的兴趣和思考。比如，在1991年的海湾战争中，有一枚爱国者导弹并未能成功拦截飞毛腿导弹，造成美军的伤亡。如果提示学生，之所以出现这样的问题，原因就在于爱国者导弹系统的内置时钟出现了问题，和计算机用二进制数来表示浮点数产生的误差有关，这肯定会引起学生的兴趣，学生们就会对计算机如何表示浮点数产生兴趣，引导学生去阅读相关的表示标准，如此一来，学生独立思考、学习的兴趣会大大的增加。在这一过程中，教学的内容并没有实质上的大变化，但对于教师的要求显然是提高了很多。教师能不能以高的角度去引导学生是非常重要的。

在教学实践中，计算机基础教育，首先训练的还是学生应用计算机的基本技能，在学生掌握了基本技能之上，培养学生在遇到问题以后，熟练运用基本技能解决问题的应用能力，在这些基础之上，逐步使得学生深入思考，提高学生的信息素养，从而引起学生在计算思维能力方面的逐步形成。教学内容仍然分为基础理论教学与实践教学两个部分。其中，基础理论教学部分可以根据学生所学专业的不同分为不同的部分。具体的一些教学安排和现有的计算机基础教学安排差别并不大，因为笔者认为，计算思维的培养着重在于教师如何引导，教学的内容并不是能力培养的主导因素。具体的课程安排以及课时设置，可以根据不同高校的实际情况进行。其中实践教学部分当中的扩展实验的设计，需要教师能较好的把握：既不能设计的太简单，太简单不能促进学生思考、动手，也不能设计的太难，太难，学生往往有挫败感，失去学习思考的兴趣。

以培养计算思维为目标的计算机基础教育在实施起来也会有带来许多问题。比如，计算思维的培养需要长期的过程，而大学里计算机基础教育能否在1~2门课程内，使学生掌握好计算思维的思考方法？这无论对教师还是学生都是一个挑战。还有，计算思维评估的困惑：如何界定计算思维内容是什么、本质是什么、核心是什么？通过何种方式对学生掌握计算思维程度进行考核？以及如何从教学过程中获得有效的反馈？转变计算机基础教育的理念，培养拥有计算思维能力的学生是科技发展的要求，但如何才能做好，需要我们不断的实践以及探讨。

计算思维的内涵是什么？计算思维就是分辨一个人反应能力！

容易被误解的计算思维2006年，卡内基·梅隆大学周以真教授首次系统性地定义了计算思维。这一年，她在美国计算机权威期刊《Communications of the ACM》上发表了题为《Computational Thinking》的论文，由此开启了计算思维大众化的全新历程。在此之前，“计算思维”在非计算机领域的应用多集中在科研学术圈，如计算化学、计算生物学、计算决策学等。像我这样的普罗大众真正开始了解“计算思维”的价值是在《Computational Thinking》发表之后（的10年）。今天，计算思维成了世界公认的普适思维方式，和理论思维、实验思维一样，任何人在解决任何问题时都可以运用。计算思维对每个人都意义重大，但却非常容易被误解。有人望文生义，以为计算思维就是关于数学的学问；有人片面理解，以为学了编程就懂了计算思维；有人非要攀高枝，连学个Word、Exel、PPT都要说培养了计算思维。计算思维被误解成这样，小编决心为它正名，带大家好好认识下计算思维。计算思维是什么，不是什么计算思维是什么呢？在《Computational Thinking》这篇论文中，周以真教授用“硬科学”的术语描述了计算思维：计算思维是运用计算机科学的基本理念，进行问题求解，系统设计以及理解人类行为。也就是说，计算思维是一种解决问题的思考方式，而不是具体的学科知识，这种思考方式要运用计算机科学的基本理念，而且用途挺广的。想要更快更好的理解计算思维，先来看看周以真教授对计算思维的几个清晰论断。1 计算机思维是研究计算的。2 是概念化，不是编程。3 是基础技能，不是死记硬背的技能。4 是人的思考方式，不是计算机的思考方式。5 是数学思维、工程思维的补充和结合。6 是想法，不是人造产品。理解了上面6句话，就能在很大程度上减少对计算思维的误解了。把编程当作计算思维是对计算思维的常见误解之一，甚至一些学计算机专业出身的人也会有类似的观点，其实不然。计算思维是一种概念化的思考方式，而编程则是一种行为，虽然编程的过程中经常会用到计算思维，但计算思维绝不是编程。把信息素养当作计算思维也是对计算思维的常见误解之一，其实计算思维和信息素养完全不同。信息素养注重的是培养人们对信息进行有效利用的方式方法，重点在于利用信息工具和信息，比如Excel、录音机、传感器、QQ的使用，从互联网上找到自己想要的信息等。而计算思维则是研究计算的，研究一个问题中哪些可以计算，怎样进行计算。计算思维不是一门孤立的学问，也不是一门学科知识，它源于计算机科学，又和数学思维、工程思维有非常紧密的关系。说它和数学思维相关，是因为用计算思维解决问题时，需要将问题抽象为可计算的数学问题，例如比较罗马帝国的崛起和蒙古人的扩张，需要选择适当的数学模型来对国力进行量化计算。在运用计算思维设计大型复杂系统时，需要考虑效率、可靠性、自动化等问题，这些都是工程思维中非常重要的东西。计算思维是每个人在日常生活中都可以运用的一种思考方式。没错，每个人都可以运用，而且可以用在几乎任何地方。出行路线规划、理财投资选择、科学研究分析、天气预报预测，不论你试图解决什么问题，运用计算思维都能帮你化繁为简，四两拨千斤。理解计算思维，首先要理解计算理解计算思维的前提是理解计算，因为计算思维本质上还是研究计算的，研究在解决问题过程中，哪些是可计算的，以及如何计算。通常我们理解的计算是算术运算，如“1+1=2”，，但运算其实有很多种类，如集合运算、逻辑运算、条件运算等等。集合运算如 “ ∁U（A∩B）=（∁UA）∪（∁UB）”,这里面就没有具体的数值运算了，而是用代表集合的字母进行运算；又比如逻辑运算“1∧0=0”，这个运算里有数值“0”和1，但意义完全不同，这里的“1”代表的是“真”—即命题为真，“0”代表的是“假”—即命题为假，通过用数字“0”和“1”来代换命题的真假，用“∧”来代换逻辑语言里的“并且”，逻辑判断过程也能通过计算来实现。在上面这三类运算中，“1和2”、“ A、B” “1和0”是计算对象，是用特定符号代表一定的含义（可能是数、集合、命题真假等等）；“+”、“∁U、∩、U”和“∧”是运算符,也就是运算规则（可能是加减乘除、可能是求并／补集、可能是判断并且／或者的复合命题）。如果把计算对象用特定的符号串表示，计算的实质就是将已知的特定的符号串，按照预定的规则，一步一步地改变符号串，经过有限步骤，最终得到一个满足预定条件的符号串的过程。当我们跳出算术运算的局限，理解了计算的本质后，就会发现原来好多看似不可计算的东西都能变得可计算，也就很容易理解计算思维的普适性了。因为经过一定的抽象，我们对很多问题的理解都能用特定的数学语言来描述，接下来，当我们用特定的数学语言去描述解决过程的时候，就是在用计算化的方式来求解了。计算思维里的人机分工当我们把一个问题的求解操作变的可计算化后，我们是要靠人力去进行运算吗？NO！运用计算思维就是为了把人从大量的机械的运算中解脱出来，让计算机去做这些事。在用计算思维解决问题时，人负责把实际问题转化为可计算问题，并设计算法让计算机去执行，计算机负责具体的运算任务，这就是计算思维里的人机分工。人机分工能大幅提高问题处理的效率，减少出错率，特别是在处理情况复杂，运算量大的问题时。比如出行路线规划，在没有导航软件的时候，我们想要规划从A点到B点的最近的路线，可能要花费不少功夫，往往是我们根据经验进行判断，并不精确，很难有足够的时间和精力去寻找最优解。当我们用电子地图来表示实际地理情况，用坐标点来表示实际位置时，最短路线的问题就转化为比较地图上A点到B点的各种线段组合的长度问题。从输入起点和目的地到导航软件给出导航路线不到半秒的时间里，后台服务器已经进行了高达千万甚至上亿次的运算，这种效率高出人类N个数量级。