摘要：本文研究計算思維應(yīng)用于高職教學(xué)模式改革中的理論問題與具體方法。首先梳理當(dāng)前計算思維研究現(xiàn)狀并提出計算思維概念的層次化結(jié)構(gòu)，詳細(xì)闡述了計算思維的核心要素、培養(yǎng)目標(biāo)與實現(xiàn)方法，并在此基礎(chǔ)上，探討了計算思維理論應(yīng)用于高職教學(xué)模式改革中的問題與解決思路。

關(guān)鍵詞：計算思維；核心要素；教學(xué)模式；教學(xué)案例

中圖分類號：G712文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1005-1422（2016）07-0007-03

收稿日期：2016-05-05

作者簡介：鄧單（1981-），男，廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，高級工程師，博士。研究方向：計算機網(wǎng)絡(luò)、信息安全。（廣東 廣州/511483）

基金項目：本文系廣州市教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃面上一般課題（編號：1201431075）和2015廣東省高職教育信息技術(shù)教指委教改課題（編號XXJZW2015050）資助項目成果。

一、引言

計算思維的系統(tǒng)理論最早由周以真教授提出，并由其他研究學(xué)者進行了深入探討與擴展。2010年，九校聯(lián)盟發(fā)表計算機基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明：旗幟鮮明地提出要將計算思維能力培養(yǎng)作為計算機基礎(chǔ)教育的核心任務(wù)。至此，相關(guān)研究機構(gòu)與學(xué)者掀起了計算思維研究的熱潮。

四川師范大學(xué)的牟琴等對計算思維的理論及其在計算機相關(guān)課程中的應(yīng)用進行了系統(tǒng)研究。浙江大學(xué)陸漢權(quán)、何欽銘認(rèn)為計算思維的核心是基于計算模型（環(huán)境）和約束的問題求解。作者提出計算思維的核心方法就是“構(gòu)造”，包括對象構(gòu)造、過程改造和驗證構(gòu)造。并將計算思維與數(shù)學(xué)思維、邏輯思維和工程思維進行了簡要對比。進一步，作者在分析計算思維核心方法的基礎(chǔ)上，探討了計算機專業(yè)核心課程改革思路，以計算機網(wǎng)絡(luò)課程為例，提出完整的課程教學(xué)內(nèi)容組織架構(gòu)，將教學(xué)內(nèi)容的實施過程分為四個步驟：問題引入，解決思路，實現(xiàn)方法，發(fā)散提問。聶哲針對當(dāng)前高職院校中計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)現(xiàn)狀，探索計算思維視野下計算機公共基礎(chǔ)課程如何進行信息素質(zhì)培養(yǎng)。邱蘇林將計算思維的基本理論與高職院校計算機基礎(chǔ)教學(xué)實際相結(jié)合，探討在面向計算思維改革過程中的面臨的問題，提出計算機綜合應(yīng)用為核心，同時注意計算思維培養(yǎng)能力的原則。陳國良院士和董榮勝教授從研究層面、技術(shù)層面和專業(yè)層面闡述了計算思維教育的目的，為計算思維基本概念的表述體系提出包括三層次的基本框架，并認(rèn)為計算思維為人們提供了理解自然現(xiàn)象的提供了新視角，為解決問題提供新途徑，強調(diào)了創(chuàng)造知識而非使用信息。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的戰(zhàn)德臣等提出了大學(xué)計算機面向計算思維的課程內(nèi)容最小集合以及擴展集合，試圖破解在計算機課程教學(xué)內(nèi)容體系方面的困惑。南開大學(xué)的趙宏等深入分析了我國大學(xué)計算機教學(xué)危機的主要原因，介紹了計算思維理論的改革歷程與重要成果，也指明了目前基于計算思維教學(xué)改革的問題與挑戰(zhàn)。趙龍德提出以計算思維為核心、以計算過程為主線的大學(xué)計算機課程認(rèn)知體系構(gòu)建和計算思維培養(yǎng)新思路，同時說明如何在實踐基礎(chǔ)上構(gòu)建大學(xué)計算機課程認(rèn)知體系的最小集。

2013年4月，北京大學(xué)、清華大學(xué)等43所高校齊聚廈門，對大學(xué)計算機教學(xué)體系進行了廣泛而深入的研討，發(fā)表了廈門會議共識，要求堅持在計算機教學(xué)面向應(yīng)用的過程中 培養(yǎng)計算思維，并認(rèn)為計算思維應(yīng)成為大學(xué)生的普適能力，同時面向應(yīng)用是計算思維能力培養(yǎng)的出發(fā)點。會議共識為梳理了計算思維的內(nèi)涵意義，提出對大學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)就按照分類原則，并為計算思維理論的教學(xué)實踐指出了可操作性的方法。

雖然對計算思維的理論與應(yīng)用的研究一直是高校教學(xué)改革研究的熱點，也取得了一系列豐碩的理論與實踐成果，但直到目前為止，對計算思維的內(nèi)涵與外延的定義仍在不斷探索與討論之中。另一方面，由我國一流大學(xué)提出的計算思維理論是否適用于高職院校，計算思維理論如何與高職院校學(xué)生培養(yǎng)中的面向應(yīng)用面向職業(yè)能力理念相統(tǒng)一等問題，仍然需要我們進一步探索。

二、計算思維的再認(rèn)識

為探討計算思維理論在教學(xué)改革中的應(yīng)用，我們首先對已有研究成果進行歸納與梳理，并對計算思維的內(nèi)涵與外延進行重新認(rèn)識。

如圖1所示，我們首先將計算思維的基本概念進行層次化分解。按照計算思維基本概念的不同要求，我們分為三個層次：核心要素、培養(yǎng)目的與實現(xiàn)方法。

（一）計算思維的核心要素

陳國良院士曾提出：計算思維與實驗思維、理論思維一起并稱為三大科學(xué)思維，而科學(xué)思維的共同基本特征是抽象化。抽象化即是約簡、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方式，將復(fù)雜龐大的系統(tǒng)問題重新分解為若干個我們相對容易處理的小問題。為更好是理解計算思維的本質(zhì)特征，我們首先需要分析計算思維的核心要素與核心能力。

計算思維的核心要素是其基本概念的最本質(zhì)特點，也是其他兩個層次的理論基礎(chǔ)。我們將計算思維的核心要素定義為：將計算機科學(xué)與其他學(xué)科相結(jié)合，并以抽象化和自動化分析為具體手段，從而解決技術(shù)問題的方法體系。

周以真教授曾提出：計算思維指的是一種能力，這種能力通過熟練地掌握計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念而得到提高。我們則將上述定義進一步擴展，強調(diào)運用計算機科學(xué)的相關(guān)知識，并與其他學(xué)科相融合，或?qū)⒂嬎銠C科學(xué)中的思維方法應(yīng)用于其他學(xué)科，以此來解決問題的方法。Denning曾提出著名的計算原理七大類別：計算、通信、協(xié)作、記憶、自動化、評估和設(shè)計。我們將上述分類重新整理并結(jié)合董榮勝教授對計算思維表述體系的相關(guān)論述，提煉出簡明易懂的計算思維的核心能力：算法思維與設(shè)計，抽象能力，分析與評估。

基于計算思維的高職教學(xué)模式探索

（二）面向計算思維的培養(yǎng)目標(biāo)

一般認(rèn)為，在傳統(tǒng)的計算機課程教學(xué)過程中，計算思維是隱藏在知識與能力培養(yǎng)過程中。學(xué)生大多在無意識狀態(tài)下接受了計算思維的訓(xùn)練，或者在學(xué)習(xí)過程中通過自身的感悟與摸索得到計算思維的相關(guān)理念與認(rèn)識。面向計算思維的計算機課程改革則需要將計算思維的核心要素融入到每一堂課程中，要求教師將計算思維的概念與思維方式有意識地對學(xué)生加以引導(dǎo)，通過教學(xué)案例循序漸近地培養(yǎng)學(xué)生自覺應(yīng)用計算思維的能力。換言之，面向計算思維教學(xué)模式的培養(yǎng)目的是培養(yǎng)計算思維的邏輯分析習(xí)慣。讓學(xué)生具備專業(yè)領(lǐng)域研究者一樣的思考解決問題的習(xí)慣和方法，具體地說首先需要培養(yǎng)學(xué)生以專業(yè)視角對問題進行描述的能力；其次是將具體問題抽象化的能力和相應(yīng)算法設(shè)計能力；最后則是將復(fù)雜問題進行分解后再綜合解決的能力。

（三）培養(yǎng)計算思維的實現(xiàn)方法

明確面向計算思維的培養(yǎng)目標(biāo)之后，我們需要繼續(xù)探索可行的培養(yǎng)計算思維的實現(xiàn)方法。傳統(tǒng)的計算機專業(yè)課程都是以應(yīng)用能力為教學(xué)目標(biāo)，面向計算思維的培養(yǎng)理念與應(yīng)用能力培養(yǎng)不僅不會沖突，而且可以相互促進。計算思維能力的培養(yǎng)必須以應(yīng)用能力為基礎(chǔ)，計算思維能力的培養(yǎng)目標(biāo)必須在計算機綜合應(yīng)用能力教學(xué)過程中，潛移默化地實現(xiàn)。技術(shù)層面上，計算思維的培養(yǎng)過程，不需要對現(xiàn)有教學(xué)體系全盤推翻。更推薦的方法是對現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容按照計算思維的邏輯結(jié)構(gòu)重新組織；或者在經(jīng)典的章節(jié)教學(xué)之后，再用計算思維的語言重新表述，幫助學(xué)生理解其中的思維特點。

三、計算思維理論在高職教學(xué)模式中的探索

計算思維的教學(xué)理念是由我們一流大學(xué)率先提出并廣泛采用的，而高職院校的在培養(yǎng)層次和內(nèi)容上與研究型大學(xué)有巨大差異。將計算思維理論應(yīng)用在高職計算機教學(xué)體系中，還需要與高職教學(xué)實際相結(jié)合，探索出適合于高職特點的教學(xué)模式。

當(dāng)前高職教學(xué)模式普遍采用案例教學(xué)或項目教學(xué)模式，如圖2所示，我們試圖將計算思維能力培養(yǎng)與案例教學(xué)相統(tǒng)一，將計算思維的理念與培養(yǎng)目標(biāo)，融入到教學(xué)案例的講解與討論中。

傳統(tǒng)的案例教學(xué)中，通常以行業(yè)中某個典型技術(shù)問題為背景。在教師簡要進行情境導(dǎo)入后，組織學(xué)生對技術(shù)背景進行技術(shù)性復(fù)述，要求學(xué)生以專業(yè)視角對問題進行描述；學(xué)生了解具體場景需求后，可組織小組討論的方式，將實際生活中的技術(shù)問題進行抽象化，進而能夠?qū)⑤^為復(fù)雜的難題分解為幾個較為簡單的技術(shù)問題；在問題分解的基礎(chǔ)上，運用已有的儲備知識嘗試從不同角度不同方法對問題進行分析與解決，并最終能夠提出綜合解決方案。學(xué)生在分解問題與綜合歸納過程中，已經(jīng)得到了計算思維培養(yǎng)目標(biāo)的有效訓(xùn)練。教師需要適時地對討論結(jié)果與解決思路進行點評，并引導(dǎo)學(xué)生將已有成果推廣到更一般的應(yīng)用場景，并整理出一大類場景的統(tǒng)一解決思路，以此回歸到計算思維的核心要素中。

基于計算思維能力培養(yǎng)的教學(xué)模式中，還需要配合針對性的教學(xué)評價體系。基于計算思維的評價體系，可以從具體課程的教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)中提取中對應(yīng)的若干種計算思維能力項目，通過測試考核方式對教學(xué)效果進行定量評價。

四、小結(jié)

本文研究計算思維應(yīng)用于高職教學(xué)模式改革中的理論問題與具體方法。我們首先梳理了當(dāng)前計算思維研究現(xiàn)狀并提出計算思維概念的層次化結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)闡述了計算思維的核心要素、培養(yǎng)目標(biāo)與實現(xiàn)方法；在此基礎(chǔ)上，我們探討了計算思維理論應(yīng)用于高職教學(xué)模式改革中的問題與解決思路。

參考文獻：

[1]周以真.計算思維[J].中國計算機學(xué)會通訊，2007，3（11）：83-85.

[2] 牟琴，譚良，周雄竣.基于計算思維的任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)模式的研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)， 2011，21（6）：44-50.

[3]牟琴，譚良，吳長城.基于計算思維的網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)模式的研究[J]. 電化教育研究，2011（5）：53-60.

[4]牟琴，譚良.計算思維的研究及其進展[J]. 計算機科學(xué)，2011，38（3）：10-15.

[5]何欽銘，陸漢權(quán)，馮博琴.計算機基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)是計算思維能力的培養(yǎng)——九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明解讀[J]. 中國大學(xué)教學(xué)，2010（9）.

[6]陸漢權(quán)，何欽銘，徐鏡春.基于計算思維的“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計[J]. 中國大學(xué)教學(xué)，2012（9）：55-58.

[7]聶哲.計算思維視野下高職計算機公共課教學(xué)改革與實踐[J].計算機教育， 2014（7）：20-24.

[8]邱蘇林.高職院校計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)面向計算思維改革的探討[J].重慶電子工程職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2014，23（6）：135-137.

[9]陳國良，董榮勝.計算思維的表述體系[J].中國大學(xué)教學(xué)，2013（12）：22-26.

[10]戰(zhàn)德臣，王浩.面向計算思維的大學(xué)計算機課程教學(xué)內(nèi)容體系[J].中國大學(xué)教學(xué)，2014（7）：59-66.

[11]趙宏，王愷.我國大學(xué)計算機課程現(xiàn)狀及改革探索[J].中國大學(xué)教學(xué)，2015（2）：50-54.

[12]趙龍德.基于計算思維和計算過程的大學(xué)計算機課程認(rèn)知體系[J].計算機教育.2015（9）：51-53.

[13]盧湘鴻.大學(xué)計算機體系研討——43所院校廈門會議共識[J].計算機教育，2014（13）：27-31.

[14]Peter J. Denning. Great principles of computing[J]. Communications of the ACM， 2003， 46（11）： 15-20.

[15]鄧單.面向計算思維的教學(xué)模式研究與實踐[J].廣東教育，2015（4）：54-57.

[16]陳國良，董榮勝.計算思維與大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育[J].中國大學(xué)教學(xué)，2011（1）：7-12.

責(zé)任編輯賴俊辰