鄭福妍 鄭寶民 韓 雪

(黑河學(xué)院 a.計算機與信息工程學(xué)院；b. 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，黑龍江 黑河 164300)

一、計算思維的相關(guān)概念

計算思維是運用計算機科學(xué)相關(guān)概念進(jìn)行問題求解、設(shè)計相應(yīng)系統(tǒng)并融入人類行為的一系列思維活動的統(tǒng)稱[1]，計算思維是每個人都應(yīng)具備的思維能力，受計算能力的限制，最終由人和計算機共同執(zhí)行。理解計算思維的相關(guān)內(nèi)容就是掌握人們是如何利用計算系統(tǒng)對現(xiàn)實世界中各種事物進(jìn)行控制和處理，培養(yǎng)計算思維有利于培養(yǎng)復(fù)合型知識結(jié)構(gòu)的人才，對新型計算手段的創(chuàng)新也有重要意義。具有計算思維的人通過對數(shù)據(jù)的收集、整理，能夠加深對問題的近一步研究，通過點看到面、透過表面看到實質(zhì)，具有舉一反三的能力。找出其共性問題為其建立數(shù)據(jù)模型，將其抽象為具有數(shù)據(jù)特征的問題，然后通過編寫程序代碼的形式解決所有相似問題，最后還能通過大量數(shù)據(jù)對其進(jìn)行測試以驗證該解決方案的正確性。計算思維不只是在計算機編程中使用，在人類工作生活的各行各業(yè)中也廣泛運用。培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，也有利于其他課程的學(xué)習(xí)。

二、鍛煉和提高我國大學(xué)生的計算思維能力的方法

通過對美國基礎(chǔ)教育(K-12)的計算思維能力培養(yǎng)形式提出以下可借鑒方法：

(一)計算機編程課程的學(xué)習(xí)是計算思維能力培養(yǎng)的直接手段和方法

國外教育與我國教育有很大區(qū)別：國內(nèi)教育重點在知識點的傳授，讓學(xué)生學(xué)習(xí)時更加的直接，縮短學(xué)習(xí)時間；國外教育重點在能力的培養(yǎng)，讓學(xué)生通過實踐探索總結(jié)其中的奧妙，使記憶更加牢固，無形中培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新及動手能力?？梢詫ξ覈慕逃Ｊ竭M(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，保留我國的直接快捷，同時，提高學(xué)生的實踐動手能力比例，以此激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

計算思維與編程能力相輔相成，編程過程就是讓學(xué)生將學(xué)習(xí)到的理論知識實踐化的過程，一方面，通過編程操作有助于計算思維的培養(yǎng)；另一方面，計算思維的運用能快速地提高編程能力，二者相互促進(jìn)，計算思維及編程能力的提高能使學(xué)生從技能操作層面上升到創(chuàng)新創(chuàng)造層面。

通過編程語言的學(xué)習(xí)既掌握了該種高級語言的語法規(guī)則，同時，也鍛煉了人們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S能力，這是任何一門課程都無法替代的。如果人們能夠從小就開始接觸計算機編程，真正投入精力去了解、掌握，那么計算機編程將給人們打開一個觀察、認(rèn)識世界的全新視角[2]。

布倫南等人將計算思維定義為三維框架，主要包括以下三個關(guān)鍵部分：(1)計算相關(guān)概念：如順序、循環(huán)、事件、條件、運算、數(shù)據(jù)等；(2)計算實現(xiàn)：如迭代、繼承、測試、抽象化、模塊化；(3)計算觀念：如表達(dá)方式、連接、質(zhì)疑等[3]。

上述所提出的計算思維的特征和關(guān)鍵部分都是我國計算機專業(yè)人員在計算機編程語言學(xué)習(xí)中所要學(xué)習(xí)的，可見，通過計算機編程語言的學(xué)習(xí)能更加直接有效地提高人們的計算思維能力的培養(yǎng)。

(二)計算思維與其他課程的融合

找到提高計算思維的主要方法后，其他課程的學(xué)習(xí)也是必不可少的，將語文、數(shù)學(xué)、音樂、地理、物理、化學(xué)等課程與計算機編程進(jìn)行融合對不同年齡的孩子在計算思維方面也有不同的鍛煉與收獲，能使其將不同學(xué)科的內(nèi)容進(jìn)行融合，使各科之間的分界線不明顯，在使用時能夠靈活轉(zhuǎn)換，不會造成理論與實踐相脫節(jié)的情況，并能充分表達(dá)自己的思想，最大程度激發(fā)孩子的創(chuàng)造力。

如在Scratch編程中孩子理解了計算機模塊化的編程思想后，任課教師只需布置主題任務(wù)，不要對具體實現(xiàn)過程加以約束，通過游戲式的程序開發(fā)方式讓孩子展開想象力，有的制作新年賀卡、有的編寫音樂播放程序、有的開發(fā)小游戲……，孩子可以自由設(shè)計，按照自己的想法在程序中融入各種元素，在程序設(shè)計開發(fā)過程中即運用了計算思維、鍛煉了程序開發(fā)能力，同時，也提高了對其他課程的理解與探究的欲望和學(xué)習(xí)的熱情。每一個優(yōu)秀作品的呈現(xiàn)都離不開宏觀的布局及微觀每個細(xì)節(jié)的實現(xiàn)，其中的耐心與創(chuàng)新力也是必不可少的。

STEM教育為科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)多學(xué)科的融合，為提高大學(xué)生的就業(yè)率，需要多學(xué)科、多專業(yè)培養(yǎng)，畢竟現(xiàn)實生活中發(fā)生的大多數(shù)問題無法單純地界定為是某一知識領(lǐng)域的問題，大都需要運用多種學(xué)科的知識來共同解決。在高等教育中無論是哪個專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)，都應(yīng)融入STEM教育，只有這樣才能培養(yǎng)出符合社會需求的復(fù)合型人才。

(三)經(jīng)常進(jìn)行計算思維練習(xí)

使用計算機解決實際問題包括兩個過程。

1.實際問題的抽象過程

如何將現(xiàn)實生活中存在的實際問題抽象成計算機內(nèi)部的數(shù)據(jù)操作問題，這就是計算思維，當(dāng)具有計算思維后，就能夠很容易地將問題進(jìn)行分解、抽象，就知道應(yīng)該如何在計算機中建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，這就是數(shù)據(jù)庫課程中所講解的將數(shù)據(jù)由現(xiàn)實世界到信息世界的抽象過程，這一過程非常重要，只有這一步成功了，才能進(jìn)入第二個過程。

2.代碼的實現(xiàn)過程

當(dāng)對實際問題抽象為數(shù)據(jù)模型后，就需要通過計算機借助于某種具體的編程語言進(jìn)行程序代碼的編寫實現(xiàn)，代碼的調(diào)試。

在這兩個過程中第一個過程是非常重要的，筆者通過自己的實踐教學(xué)發(fā)現(xiàn)，大部分同學(xué)不會編程的原因，不是某種程序設(shè)計語言不會運用，大部分學(xué)生對別人編寫好的程序都能讀懂，說明程序閱讀是沒有問題的，那么差的是什么呢？分析原因，就出現(xiàn)在第一個環(huán)節(jié)的練習(xí)，也就是計算思維能力及邏輯思維能力沒有得到鍛煉，還不具備使用計算思維的方式來理解和分析問題，造成無法進(jìn)入第二個——程序代碼的編寫環(huán)節(jié)。為解決這個問題，在高校計算機專業(yè)課程中開設(shè)了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程就是鍛煉學(xué)生問題抽象能力的，通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的講解，向?qū)W生講授傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型無非也就是線性結(jié)構(gòu)、樹形結(jié)構(gòu)和圖形結(jié)構(gòu)。拿來一個現(xiàn)實問題，先分析其屬于哪種(邏輯)結(jié)構(gòu)，然后再根據(jù)操作來確定采用哪種存儲結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲，使操作更加方便，因為不同的存儲結(jié)構(gòu)，在代碼實現(xiàn)時操作思想就不同，語句代碼自然也不同，相應(yīng)的時間復(fù)雜度及空間復(fù)雜度也不同，也就是效率也有所不同。畢竟實際問題的解決，還是要講究效率問題的。計算機專業(yè)的學(xué)生數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的內(nèi)容要熟練掌握，通過這門課程的學(xué)習(xí)會大大提高學(xué)生的邏輯思維能力及計算思維能力。

三、編程能力對大學(xué)生就業(yè)創(chuàng)業(yè)的影響

人類研究發(fā)明了計算機，使計算機越來越智能，成為人腦的延伸，同時，計算機的不斷強大和發(fā)展反過來也改變了人們的生活及思維方式，人們也開始使用類似于計算機的思維模式進(jìn)行思考問題，這一點對于當(dāng)今社會的每個人來說都深有體會。

數(shù)字化是未來社會發(fā)展的大趨勢，在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)將編程認(rèn)定為未來所有產(chǎn)業(yè)必須掌握的技能，成為社會生存的一項基礎(chǔ)能力。

各種人工智能產(chǎn)品已無法阻擋深入人們的工作和生活，機器人在幫助人們的同時，對人們的工作也產(chǎn)生了極大的威脅，大量公司引入機器人代替員工工作，裁員的消息不斷充斥著網(wǎng)絡(luò)。以前是人與人的競爭，只要比別人強，就會獲得這份工作；現(xiàn)今是人與機器的競爭，人如何才能競爭過不知疲憊的機器，答案只有一個，那就是在思維方面戰(zhàn)勝機器人。

據(jù)美國計算機科學(xué)教師協(xié)會CSTA的報告，到2020年將會產(chǎn)生920萬與STEM有關(guān)的工作，其中一半都與計算思維緊密相關(guān)[4]?？梢钥闯?，只有計算思維方式才符合數(shù)字化社會的發(fā)展，在未來大量的工作崗位將被機器人所取代，計算機編程語言就像一門外語一樣，只有具備了一定的編程能力才能夠?qū)W會與智能機器進(jìn)行溝通，未來所剩無幾的崗位將是留給懂編程的高科技人才。具備一定的編程能力有利于大學(xué)生盡快融入社會，適應(yīng)社會的思維模式，在社會中找到適合自己的工作，對大學(xué)生的就業(yè)和創(chuàng)業(yè)將有極大幫助。

四、結(jié)語

計算思維是一種思維習(xí)慣，不是只有學(xué)習(xí)計算機的人才具有的，不管從事什么專業(yè)學(xué)習(xí)的人都應(yīng)該具備這種思維習(xí)慣，特別是在如今信息化社會，要求人們更應(yīng)具備這種思維習(xí)慣，并努力提高其能力，當(dāng)人們具備了這種思維習(xí)慣后，會不自覺地運用到自己的工作和生活中，計算思維的運用能夠降低工作出錯的概率、提高工作效率。計算思維形成過程中的同時，培養(yǎng)了人們就業(yè)、創(chuàng)業(yè)所需的各項素質(zhì)能力，如敏捷的思維、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度、堅強的意志等，這些能力的培養(yǎng)不管是以后從事哪種工作，都是必不可少的。