计算思维与大学计算机课程改革的基本思路

【摘 要】为培养新时期符合时代发展需求的综合性人才，在高校内开展计算机课程改革已经成为教育界行动上的共识。论文简述了计算思维的概念和来源以及计算机课程改革的背景和基础，并具体阐述了计算机课程改革的基本思路，旨在有效提升新时期大学生计算思维的有效性，为推动高校计算机课程改革提供基本的思路参考。

【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.

【关键词】计算思维；大学计算机；课程改革

【Keywords】computational thinking； college computer； curriculum reform

【中圖分类号】G642 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）04-0061-02

1 引言

计算机已经成为人们生活中密不可分的生产工具，随着计算机技术的不断进步，信息技术正在不断改变着人们的生活和生产方式，为顺应时代发展潮流，适应社会竞争，积极推动高校的计算机课程改革已成为亟待解决的课题。自20世纪80年代我国各主要高校引进计算机课程后，我国高校的计算机课程改革已经经历了数次变动，每次教学体系和结构的调整都是为了更好地培养符合社会需求的高技术人才，进入21世纪后，计算思维这一理念受到了各国的高度重视，将计算机课程培养的目标从“认知技能”向“能力开发”做出转变，西方国家也迅速地将计算思维作为学术研究和教学的重要单元列入计算机课程改革的内容之一，在市场和人才的综合竞争压力下，开展我国高校计算机课程改革已经成为教学体系发展的必然选择，对提升我国人才竞争力和信息技术水平具有重要意义。

2 计算思维的内涵

计算机技术起源于二战期间，最早的计算机重达数吨，其计算能力相比现在已不可同日而语，但计算机技术发展更多体现在软硬件上的突破，其计算系统的基本原理并没有产生大的变化，总体上还是围绕着二进制等一系列思维体系进行发展。二进制的本质是0和1，通过复杂的逻辑变换和运算差异，形成集成化的思维体系，也是计算机系统构建的基础。在二进制的模式下升级为各种程序和动作指令，可以理解为将简单的基本动作进行重做和复杂规划来实现多元次序的过程，程序也就是指令的集合，是计算机一切复杂功能得以实现的软件基础，“程序化”思维正是在计算机技术演变过程中，由机械程序反哺为人体思维的一种体现，是计算思维的核心部分。“递归”是计算机理论下特有的算法，在递推逻辑法的基础上演变而来，是通过有限的逻辑达成无限功能的一种思维方法，本身是计算机程序的一种逻辑方式，随着时代的发展，递归程序的思维内核也被人挖掘为计算思维，在元素推理及前端设计中得到广泛应用[1]。

计算机技术在发展过程中，与多门学科相融合，形成了许多分支的融合性思维，并逐渐形成了具有鲜明特色的分支树，产生了层次分明的思维网络，包括计算机网络、多维互联网以及未来的智慧网络层次，也被称为互联网思维，这种具备前瞻性的思维方式对人们的生活方式造成了潜移默化的影响，即便在非计算机领域依然具有指导意义。在算法方面，计算机系统的规则为集合的设计和算法融合提供了多种方案。算法在计算机系统内的位置犹如灵魂之于人体，它是计算机软硬件结合的纽带和桥梁，算法逻辑上的突破也是计算思维研究的重要内容。除算法外，系统是计算机软件的载体，是赋予计算机功能展示和结构完整性的基础，计算思维在系统中的表现是化繁为简，通过整体性的优化，使软件的各部分取得联系，保障结构功能的各种特性。

3 大学课程改革的背景

计算思维的重要性不言而喻，它不断刷新着人们对计算机科学的认识，同时为非计算机领域提供着运营或设计思维上的帮助，对社会发展具有重要的推动作用。自从人们对计算思维的认识从一种技能转变为能力后，推行系统化的计算思维教学已经成为各国积极推动的一种共识，在北美，为适应行业发展，培育全方位人才，在高校联盟和联邦政府的主导下，多个州的公立大学已经将计算思维列为计算机科学课程的必修单元，同时从技术和思维两个方面对计算思维的算法和逻辑进行传授，旨在积极推动产业升级，为未来潜在的行业竞争积累人才。在欧洲，多个国家将计算思维同工业4.0和人工智能等领域列为21世纪影响世界技术革新和产业革命的潜在方向，德国和法国已在2011年后全面开展新时期“计算机课程”改革计划，编制全新教材用于计算机思维和逻辑的传授与普及，同时加入了计算机科学发展的方向规划与原始宗旨的探讨，将计算思维总结为一种建立在计算机技术上产生的理性思维，对编程算法和跨行业结构创新具有重要意义。我国高校的计算机课程改革起步较晚，但教育部在多所高校和专家的联名致信下终于开展了关于以计算思维为核心的新时期高校教学体制改革的可行性研讨。在陈院士带领下，我国在2010年也同步开展了高新技术产业人才培养计划，在九所985重点大学展开试点教学，其中计算思维作为人才培养计划的核心，受到了业内的一致重视。

4 高校计算机课程改革的思路

4.1 改革的内容

在21世纪，计算机尚未普及的年代，互联网、软件编程、硬件知识等都作为常人难以理解的高级知识而存在，随着时代的发展和社会的进步，当年这些看似复杂和生僻的原理，现在已经变为简单的常识，这说明看似高深的专业知识并不具有普及意义，除计算机系的学生外，多数人对所谓的高新知识并没有掌握的必要，但实际上，计算机技术发展背后蕴含的工作原理和计算思维却永不过时，他能够帮助受教育者在技能培养的基础上提升计算机的应用能力。因此，高校计算机课程改革也要遵循思维优先的原则，在开展改革之前要明确进行大学计算机课程改革的意义。包括：①如何看待计算机技术的发展；②通过算法推演揭示计算思维的优势和核心理念；③尝试用计算思维去解决问题；④深化研究潜在的问题，提出具象化的解决方案，并据此推导出计算思维的方法论。改革之前要明确计算思维的具体内涵是什么，并根据其结构特征设计出符合体系要求的，利于學生接受的课程[2]。

4.2 体系的建设与发展

推行改革的步骤分为两个部分，一是以计算思维为核心的教材的编撰与相关问题的探讨；二是围绕在新时期的高校环境中教学体系的建设。在研究体系建设前，我们可以先借鉴西方国家的先进经验。例如，美国作为较早开展计算思维普及和教学体系建设的国家，最初在推行教学体系的建设过程中，将计算思维的相关知识列为教学的核心，并以此为基础开展全方位的理论建设，但通过实际教学成果反馈研究发现，由于计算思维涉及的概念和理论相对冗杂，在短时间内通过课堂教学进行推广是不现实的，因此，在进行教学体系建设之前，要首先进行哲学层面上对计算思维的内容讨论。比如在以计算思维进行一次纠错和方案分析时，要首先思考该技术如何通过建模来进行表达，即一种合适的方式去计算和解决问题。高校计算机课程改革的思路是以培养学生计算思维为导向开展的内容试点，所以对计算思维的概况不仅要体现在程序和原理上，还要帮助学生理解计算思维的理念和内涵。

5 结论

计算思维的养成实际上是一种能力进步的体现，随着世界各国愈发重视对计算机人才思维能力的培养，未来的人才竞争将从计算机领域延伸到多元化全方位的技术和能力竞争，因此开展围绕计算思维展开的高校课程改革要尽快落实。在大数据和高度发达的信息化时代，计算机技术将会在更多领域得到应用，加快教材编写，推动模式创新，做好理论与实践的结合，才是应对时代发展和激烈竞争的正确道路。望本文能得到相关院校及教育工作者的关注，积极响应政策号召，使我国高校计算机课程教学接近世界先进水平，为培养综合型人才发挥更多作用。

【参考文献】

【1】李磊.浅析计算思维与大学计算机课程改革的基本思路[J].课程教育研究，2016，18（20）：10050-10051.

【2】周海山.计算思维与大学计算机课程改革的基本思路[J].信息系统工程，2015，26（11）：151-151.