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        教育大數(shù)據(jù)驅(qū)動下大學生計算思維培養(yǎng)方式的探究

        2018-07-26 10:39:42魏夢楠馬燕
        關鍵詞:教育大數(shù)據(jù)培養(yǎng)方式計算思維

        魏夢楠 馬燕

        【摘要】教育信息化快速發(fā)展,大數(shù)據(jù)在教育領域的應用與作用日益突出,教育大數(shù)據(jù)對大學生個人能力也有了更高的要求,培養(yǎng)出一個高素質(zhì)的信息化人才,適應于時代的發(fā)展。本文從教育大數(shù)據(jù)、計算思維等概念入手,結(jié)合教育大數(shù)據(jù)的特點與發(fā)展要求,對大學生在計算思維方面的培養(yǎng)方式進行探究,從而得出教育大數(shù)據(jù)驅(qū)動下,大學生計算思維的培養(yǎng)方法,以更好地適應數(shù)據(jù)時代的發(fā)展,應對更多的挑戰(zhàn)。

        【關鍵詞】教育大數(shù)據(jù) 計算思維 培養(yǎng)方式

        【基金項目】重慶市研究生教育教學改革研究項目(重大項目)“重慶市研究生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐教育研究”(項目編號:Yjg151007)

        【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089(2018)01-0059-02

        引言

        當今社會已經(jīng)進入了一個信息化時代,運用計算機解決、處理問題、學習、工作是每個在校大學生必備的素質(zhì),培養(yǎng)大學生的信息素養(yǎng),使其具備信息化社會的生存能力和終身學習能力已經(jīng)成為高等教育人才培養(yǎng)的重要目標之一,同時又是現(xiàn)代信息社會對高等教育提出的新要求[1]。近年來,大數(shù)據(jù)不斷對社會各個領域產(chǎn)生深刻影響,無論是政府、企業(yè)、教育機構(gòu),還是廣大民眾數(shù)據(jù)意識都在逐步提高。技術變革教育,信息化帶動教育現(xiàn)代化發(fā)展,大數(shù)據(jù)在教育領域發(fā)展應用也有著廣闊的前景[2]。信息化高速發(fā)展,教育大數(shù)據(jù)的應用突出,對國家層教育政策科學化的制定、區(qū)域?qū)咏逃獾陌l(fā)展、學校教育質(zhì)量的提升、課程體系與教育效果的最優(yōu)化以及個體的個性化發(fā)展都有著重要的影響,這對大學生個人能力也有了一定的要求,其中信息素養(yǎng)的提高和計算思維的培養(yǎng)也變得至關重要。教育大數(shù)據(jù)是什么?有什么價值?計算思維如何培養(yǎng)?又存在著哪些問題?本文將著重對這些問題進行探討,從而得出教育大數(shù)據(jù)驅(qū)動下,大學生計算思維的培養(yǎng)方式。

        一、教育大數(shù)據(jù)的定義與特點

        1.教育大數(shù)據(jù)的定義

        教育大數(shù)據(jù)則大數(shù)據(jù)的一個子集,特指教育領域的大數(shù)據(jù)[3]。目前還沒有學者對教育大數(shù)據(jù)的概念做出嚴格的界定,通過各個學者對教育大數(shù)據(jù)的解析,我們可以理解為,教育大數(shù)據(jù)就是在整個教育教學過程中所產(chǎn)生的以及根據(jù)教育需要采集到的,一切用于教育發(fā)展并可創(chuàng)造巨大潛在價值的數(shù)據(jù)集合[4]。

        2.教育大數(shù)據(jù)的構(gòu)成與處理過程

        從教育大數(shù)據(jù)的構(gòu)成來看,主要來源于在線學習的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)易采集,包括學習過程的行為數(shù)據(jù)、學習結(jié)果的數(shù)據(jù)、個人信息的數(shù)據(jù)等各個方面。而線下產(chǎn)生的課堂學習中的學習過程行為的數(shù)據(jù)、教師對學生學習過程評價的數(shù)據(jù)、教學管理中的數(shù)據(jù)等也都屬于教育大數(shù)據(jù)的范疇,只是相較于在線學習的數(shù)據(jù)而言,線下的教育大數(shù)據(jù)的采集會更困難一些。當然按照不同層次來看,教育大數(shù)據(jù)的構(gòu)成也可以由國家層數(shù)據(jù)、區(qū)域?qū)訑?shù)據(jù)、學校層數(shù)據(jù)、課程層數(shù)據(jù)以及個體層數(shù)據(jù)等五部分構(gòu)成。由于教育大數(shù)據(jù)來源多樣,數(shù)量龐大、格式不一,信息內(nèi)容良莠不齊,所以對于教育大數(shù)據(jù)的處理一般需要四個基本過程:教育數(shù)據(jù)采集、處理、分析、呈現(xiàn),其中教育數(shù)據(jù)的處理是教育大數(shù)據(jù)的核心環(huán)節(jié)。

        3.教育大數(shù)據(jù)的特性

        教育大數(shù)據(jù)是服務于教育發(fā)展的,具有教育的目的性,不是所有的一切數(shù)據(jù)都屬于教育大數(shù)據(jù),而數(shù)據(jù)之“大”也不是單指數(shù)據(jù)的數(shù)量之大,更多的強調(diào)的是“價值”之大。從教育大數(shù)據(jù)的特性來看,教育大數(shù)據(jù)同樣具有大數(shù)據(jù)的核心特征:4V即數(shù)據(jù)量大(Volume)、輸入和處理速度快(Velocity)、數(shù)據(jù)多樣(Variety)和精確性(Ve-racity)。除此之外,教育大數(shù)據(jù)還有很強的周期性、整體性、非線性、高復雜性和巨大的價值。

        二、計算思維的定義與特征

        縱觀科技史與科技哲學的發(fā)展,結(jié)合人類的科技創(chuàng)新實踐活動來看,計算思維與理論思維、實驗思維可并列為人類三大科學思維,計算思維是人類科學思維的基本方式之一[5]。

        1.計算思維的定義與內(nèi)涵

        早在1996年麻省理工學院的一位教授就提出了計算思維的概念,然而當時它并沒有引起很大的關注,國內(nèi)對計算思維的研究起步較晚,2006年美國卡內(nèi)基梅隆大學的周以真教授正式提出計算思維的概念,之后國內(nèi)的學者才關注到計算思維的相關理論以及計算思維的價值意義[6],他提出“計算思維是一種解決問題的思維過程,能夠清晰、抽象地將問題和解決方案用信息處理代理(機器或人)所能有效執(zhí)行的方式表述出來[7]?!庇嬎闼季S的本質(zhì)是抽象和自動化,即兩個“A”,一個“A”是指是Abstraction(抽象),它是指計算思維可以同時在多個抽象層次上同時進行,并且抽象思維定義層次之間的關系。另一個“A”是指Automation(自動化),計算思維的思考方式是使抽象層次及其關系機械化,由于其符號和模型都是十分精確和嚴格的,所以其可行性特別高,接著就需要相應的一些“機器”來執(zhí)行,這些既可以是人本身,也可以是計算機或者其他的,其優(yōu)點就是計算思維建立在計算過程的能力和限制之上,由人由機器執(zhí)行,計算方法和模型使我們敢于去處理那些原本無法由個人獨立完成的問題求解和系統(tǒng)設計。舉個例子來看計算思維,對100萬個32位整數(shù)進行排序,面對如此龐大的數(shù)據(jù)量,如果用人工去計算,數(shù)據(jù)量是特別龐大的,我們可以選擇用計算機算法來完成,我們采用冒泡排序則需要比較499999500000次,但是如果你運用計算思維,采用快速排序的方法只需要比較20000000次,比冒泡排序整整快了25000倍,這就說明,計算思維的使用,可以極大的提高我們的運算效率。但在這里我們需要明白的一點就是,計算思維是一種人類思維的組成部分,雖然有著計算機科學的很多特征,但是計算思維本身并不是計算機科學的專屬,只是因為計算機的出現(xiàn),給了計算思維的研究和發(fā)展帶來了根本性的變化[6]。

        2.計算思維的特征

        計算思維具有六大特征:計算思維是概念化的思維、是根本的思維、是人的思維、是數(shù)學和工程思維的互補與融合、是思想,不是制品、是面向所有人、所有地方的思維。

        2010年7 月在西安交通大學舉辦的首屆“九校聯(lián)盟(C9)計算機基礎課程研討會”(簡稱C9會議)上,發(fā)表了一篇相關聲明,聲明的核心要點是:必須正確認識大學計算機基礎教學的重要地位,需要把培養(yǎng)學生的“計算思維”能力作為計算機基礎教學的核心任務,并由此建設更加完備的計算機基礎課程體系和教學內(nèi)容,進而為全國高校的計算機基礎教學改革樹立標桿[8]。

        三、教育大數(shù)據(jù)驅(qū)動下計算思維的培養(yǎng)方式

        在傳統(tǒng)的學習中,我們對于世界的認知是單一的、線性的,教育大數(shù)據(jù)的蓬勃發(fā)展,數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來數(shù)據(jù)量大、輸入和處理速度快、數(shù)據(jù)多樣、精確性、整體性、非線性、強周期性、高復雜性、高價值等特性,結(jié)合這些特性,為了從教育大數(shù)據(jù)中獲取更多的價值,推動教育更好更快發(fā)展,數(shù)據(jù)的采集、處理、分析、呈現(xiàn)各個過程需要我們突破固有的學習思維與方式,形成更適應大數(shù)據(jù)時代發(fā)展的學習思維方式計算思維,運用計算思維來面對數(shù)據(jù)帶來的挑戰(zhàn)[9]。

        目前,我國高等教育階段,對大學生計算思維能力的培養(yǎng)也逐漸展開,大多數(shù)學?;蛘呓M織對于計算思維的培養(yǎng)主要是采用理論研究為主,實踐研究為輔且主要是在計算機科學學科中進行的。在理論研究方面主要就是通過大學計算機基礎的學習,了解計算思維有怎樣的價值和意義,如何利用計算思維解決實際中的問題,進行大學計算機課程設計。在實踐研究方面,多數(shù)以高等教育計算機科學學科課程為載體,在學習中融入計算思維,并通過實踐數(shù)據(jù)分析來實現(xiàn)教學目標和效果[7]。

        這種培養(yǎng)方式,對于大學生的計算思維能力的提升確實起到了一定的作用,但是其中也存在著一些問題:

        1.教師缺乏運用計算思維教學的意識

        由于我國對計算思維的研究起步較晚,計算思維受重視程度不高,所以教師在進行教學的時候,缺乏運用計算思維教學的意識,這種教學是無意識的,對受教育者而言,不能清楚的意識到計算思維的運用,有意識地、主動地、科學系統(tǒng)地開展計算思維教學,更有利于學生更好的了解計算思維,學習和掌握計算思維。

        2.學生對計算思維的認識不足

        計算思維發(fā)展至今,并沒有一個嚴格的準確的概念界定,國內(nèi)很多學者也有了自己的見解,人們普遍認為,計算思維是計算機應用能力之一,認為計算思維是機器的思維,對計算思維的認識從最初就有一定的偏差與不足。

        3.將“計算”與“思維”分裂開

        在計算思維培養(yǎng)的過程中,容易將“計算”與“思維”分裂開,以為計算思維是計算機的一種應用,忽略了它作為人類三大思維的本質(zhì),過度重視技術與應用的教學,注重軟件和系統(tǒng)開發(fā)的過程與細節(jié),忽略了引領計算機引用的思維[10]。

        針對以上計算思維培養(yǎng)中所產(chǎn)生的問題,也給出一些建議:

        1)提高對計算思維的重視

        不僅是教師要提高對計算思維的重視,學校、學生也需要提高。在教學方面,教師要主動地、有意識地運用計算思維,例如在課堂引入部分創(chuàng)設真實的情景,滲透計算思維,設計相應的活動、問題,運用計算思維,多與實際情況相結(jié)合等[11]。

        2)加強對計算思維理論的認識

        只有加強對計算思維理論的認識,才能有更好的實踐,才能在實際生活中熟練運用這種能力,做到真正的理解、認識、熟悉、掌握、運用。

        3)將計算思維通過更多的方式進行傳播

        由于很多學校對計算思維的培養(yǎng)都是在計算機科學課程中展開的,所以人們忽略了它思維的作用,在今后的學習中,計算思維可以建立自己完整的課程體系,不單是依托于計算機科學,也可以在生物、化學、經(jīng)濟等各個方面展開,真正的成為一種普適的思維能力。

        四、結(jié)論與展望

        時代在發(fā)展,信息化腳步越來越快,教育的發(fā)展也在大數(shù)據(jù)的驅(qū)動下呈現(xiàn)出新的局面,未來的學習將是大數(shù)據(jù)驅(qū)動的新時代。未來教育也會產(chǎn)生新的變化,以前都是用經(jīng)驗說話,大數(shù)據(jù)時代我們將用數(shù)據(jù)來說話,用數(shù)據(jù)去進行決策、管理 。與此同時,我們也需要冷靜的看待教育大數(shù)據(jù),它并不是一種新鮮的事物,也不需要在任何情境下都用到它,它只是帶來了新的思維,讓我們的工具和視野發(fā)生了變化,通過利用、分析教育大數(shù)據(jù),可以使我們對教與學的過程有更多的了解,也可以為我們提供新的方法和維度,但是應用分析最終還需要人的參與決策。

        在教育大數(shù)據(jù)的驅(qū)動下,提升大學生的計算思維能力,不僅僅是適應教育的發(fā)展的規(guī)律,也是適應社會發(fā)展的需求。計算思維是信息社會學生解決問題的一種普適的基本能力,計算思維的培養(yǎng),使得大學生的思維方式得到更廣闊的發(fā)展,解析問題的能力得到提升,在面對教育大數(shù)據(jù)時,能夠用一種清晰的、邏輯性更強的、抽象事物、構(gòu)建模型、形成解決方案的思維框架,提升了解決問題的效率,節(jié)約了資源。未來我們更要形成良好的計算思維意識,由理論思維、實驗思維逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎闼季S,由無意識的計算思維轉(zhuǎn)變成有意識地計算思維,主動地運用這種思維方式去解決問題。

        參考文獻

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        [3]楊現(xiàn)民,王榴卉,唐斯斯.教育大數(shù)據(jù)的應用模式與政策建議[J].電化教育研究,2015,36(09):54-61+69.

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