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计算机设计大赛与思维能力培养 1计算机科学中的计算思维 计算机科学中的计算思维概念于2023年3月由JeannetteWing提出，JeannetteWing认为“计算思维是运用计算机科学的根底概念进展问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动”，并将计算思维的应用引申到非计算机专业的计算机教育及智力养成和科学的计算思维化两个领域。计算思维是学问思维的一个实例，这个学问思维的实例有肯定的特别性，缘由是作为计算思维内容的计算机科学学问本身是系统思维科学化、工程化的结果。计算思维是自然思维、系统思维之上的学问思维，计算思维的内容是计算机科学的学问系统，计算思维的形式是计算思维的核心。由于学问思维有内容和形式两个属性，内容是学问，形式是思维。这一点同作为系统思维组成的相容规律有一样之处，规律的内容是学问，规律的形式是规律。 JeannetteWing指出，计算思维力量是人们在阅读、写作、算数根本思维力量以外的一种思维力量。阅读、写作、算数其实就是系统思维的组成：语言、数学和规律。系统思维是通过感知、留意、记忆、分析、解决问题等自然思维力量学习语言、数学、规律形成的系统思维力量。在系统思维的三个组成局部之上，通过学问思维中的计算思维内容的学习形成了以计算思维形式为本质的系统思维层面的计算思维。JeannetteWing认为科学正在积极应用计算方法、计算手段、计算思维推动科学详细学科的进展，特殊是在生物学领域。计算机和计算机科学与科学结合不仅仅是使用计算方法、计算手段、计算思维促进科学的进展，而是正在给科学带来一场深刻的进化。 计算认知正在成为传统思维语言认知、数学认知、规律认知之后的第四个认知成分；计算机正在成为传统思维语言认知、数学认知、规律认知的大脑认知器官之后的第四个认知器官。感觉器官的感觉力量自400年前的科学革命以来，已经有了来自科学、技术方面的很多延长。认知器官的认知力量自20世纪40年月产生的计算机和20世纪60年月产生的计算机科学以来，也已经有了质量和数量的延长。在21世纪，计算机和计算机科学带来的认知力量的延长正在给相容规律维度上的熟悉论的学问系统和信息系统带来科学的变化。计算机和计算机科学延长了感知、留意、记忆、分析、解决问题的自然思维，以计算机和计算机科学为内容的计算认知和计算思维增加了语言、数学、规律的系统思维维度。自然思维的延长和系统思维维度的增加正在引起科学学问系统的深刻变化。新型科学不断形成，人们习惯和熟识的科学正在成为同计算科学结合形成的新型科学的子集。 2教育学中的计算思维与计算思维的教育 2023年9月11日至12日，在英国曼彻斯特进行的英国学习技术协会（AssociationforLearningTechnology，ALT）的年会上，AaronSloman作了“什么是计算思维？谁需要计算思维？为什么需要计算思维？计算思维可以学习吗？计算思维可以教吗？”的演讲。JeannetteWing提出计算机科学的计算思维概念之后不到十年的时间，爱尔兰的国立爱尔兰大学（NationalUniversityofIreland）梅努斯分校的计算机科学系便设立了计算思维的本科教育，有完整的大纲和课程设置。这个本科教育大纲和课程设置直接答复了AaronSloman演讲中5个问题的后两个问题：计算思维可以学习，计算思维可以教授。国立爱尔兰大学计算机科学系这个专业的目标是集成和统一计算机科学、数学和哲学，课程是从现有的计算机科学课程、数学课程和哲学课程中选择、重新组合形成的一个课程集合。从学问系统的角度看，没有一门新的课程属于计算思维课程。 计算思维是一个横跨思维和学问的涉及多个学科的组合概念，从事计算机相关工作的专家和学者领先感觉到了计算思维的存在，并从自己熟识的眼前的第一步开头进入计算思维这个领域。对计算思维在不同学科的不同熟悉和描述并不影响人们对计算思维的感知和在教育中对计算思维的培育。对计算思维本质的熟悉已经超出了计算机科学的范围，但这并不影响在计算机科学领域对计算思维规律的熟悉和在教育学领域对计算思维的培育。关键是要在计算机科学领域熟悉计算思维，要在教育学领域应用计算思维进展计算思维的培育，对计算思维的观看必需从科学哲学和哲学的角度动身。计算思维的教育主要在计算机科学计算思维和计算机应用计算机思维领域，通过计算机科学学问系统和计算机应用学问系统的教学和学习进展。计算机科学从20世纪60年月成为独立学科以来已经有完整的学问系统和相应的教育体制。计算机科学的学问体系也在进展变化中，有关计算思维的课程也在甄别和抽象形式化的过程中。人们都知道熟悉论中有熟悉主体、熟悉客体、学问系统三个根本组成局部。对于计算思维来说，熟悉的主体是人的大脑中熟悉计算思维所需要的智力和思维力量，熟悉的客体是客观存在的计算思维，熟悉结果的学问系统是计算思维学问系统。同一般清楚可见的熟悉对象的熟悉主体、熟悉客体、学问系统分别是三个独立的系统不同，计算思维的熟悉主体、熟悉客体、学问系统三个系统之间相互交错、关系重叠。缘由是计算思维既是熟悉的主体，又是熟悉的客体，同时还是熟悉结果的学问系统。 3计算机大赛中的计算思维力量培育 目前，对于如何在大学的计算机课程中培育学生的计算思维力量，国内学者已提出了一些很好的设想。陈国良院士认为大学第一门计算机根底课程是计算思维培育的一个关键。哈尔滨工业大学的战德臣教授认为，大学第一门计算机根底课程必需强化思维性教学改革，强调可实现思维的教授与培育。浙江大学的何铭钦教授等在对九校联盟（C9）联合声明的解读中提出，一方面要突出相应领域问题求解的核心思路和根本方法，另一方面要通过小规模的应用系统设计与实现，使学生领悟应用系统级的问题求解方式。因此计算思维力量的培育不仅仅局限于大学的计算机课程，更应贯穿于计算机课程的课程设计、计算机大赛等综合实践活动中，通过应用系统的设计与实现逐步启发和培育学生的计算思维力量。计算机设计大赛是大学生综合运用计算机学问和计算思维的一个创新实践活动，大赛作品本身就是计算机学问和计算思维应用的表现。学生通过对详细问题进展理论建模和工程实施，不但运用了计算机学问和计算思维，同时拓展了计算机学问，增加了计算思维力量。大赛内容包括软件应用与开发、微课（课件制作）、数字媒体设计、中华优秀传统文化微电影、中华民族文化元素、动漫嬉戏创意设计、软件效劳外包及计算机音乐创作8大类别。从问题求解的角度来看，每一类作品都需要对现实世界的详细应用问题进展抽象和模型化，并通过计算机硬件平台来呈现。通过讲解这些实际问题的解决思路，可以培育学生运用计算机学问进展问题求解的计算思维。完成作品的过程涉及从作品筹划、构思、设计到开发、的各个阶段，大赛作品是由设计者通过计算机模型化出来的虚拟世界，展现了设计者如何利用计算机科学的学问、方法和模型进展问题求解、系统设计和人类行为理解的整个计算思维过程。学生在作品的设计开发过程中，逐步培育了运用计算机科学的学问、方法和模型进展抽象、自动化的计算思维力量。 在指导学生参赛的过程中，教师通过大赛引导学生主动参加学问的学习，在实践活动中有意识地逐步培育学生个人的计算思维。数据库、计算机网络、程序设计的根本概念、原理和方法都表达着计算机科学家的计算思维，在指导教师有意识地引导和系统规划下，学生通过学习和应用数据库、计算机网络和程序设计，能够了解计算的方法和模型，建立起利用计算机求解问题的根本思路，站在计算思维的高度观看和处理问题，从而转变旧的思维方式和工作方式，有意识地培育计算思维。例如，在大赛作品的设计中，关注点分别是掌握和解决简单问题的一种思维方法，该方法先将简单问题进展合理的分解，再分别讨论问题的不同侧面（关注点），最终综合得到整体的解决方案，在计算机科学中的典型表现即“分而治之”。在数据库设计、庞杂的数据治理和数据库应用开发中，常常采纳“分而治之”的思想。数据库设计采纳软件工程的思想，自顶向下将设计任务划分为多个阶段，每个阶段有各自相对独立的任务，相邻阶段又相互联系、相互承接，共同完成整个设计任务；面对简单的数据治理和维护任务，也进一步分解为数据恢复、并发掌握、数据完整性和安全性的爱护、数据库的运行维护等多个子任务，由不同的子系统负责，并相互协作爱护数据在运行过程中的正确性和有效性；在进展基于数据库的应用开发中，模块化是最常用的最有代表性的一个分解方法。这些数据库的学问点都充分表达了计算思维的方法。信息化教学为大学生供应了丰富的学习资源：微课、优秀大赛作品和计算思维专题，创设环境，鼓舞大学生通过自主学习、探究学习，培育计算思维力量。我们在大赛活动中充分敬重学生的主体性，通过教学方法的改革和对学生主观能动性的开发，创立了以培育计算思维为核心的协作学习、讨论性学习模式。指导教师把计算模型、算法、并行计算、云计算这些计算思维的思想融入到计算机大赛活动中，与专业课程的学问点严密连接起来，进展深入细致的实例分析，使学生不再觉得计算思维是悬空抽象的概念，而是实实在在的思维方法，从而真正做到了教学与科研的互补与相互促进。 4结语 计算思维的概念在计算机科学中提出，但计算思维本身是一个穿插学科的概念。计算思维直接涉及的学科包括认知科学、计算机科学、教育学，间接涉及的学科有语言学、数学、规律学。计算思维刚刚走出计算机科学，在计算机科学哲学的领域通过自然科学哲学来渐渐感知认知科学中计算思维的本质。计算思维的培育在教育理论中的探讨和在教育实践中的实施涉及教学大纲的制定、教材的编写、教学心理、学习心理、学习模式、课堂教学活动、课堂学习活动、实践教学活动、测试教育理论和实践的方方面面。学生是教学情境中的主角，是学习的主体。学习的过程是学习者主动建构学问的过程。学习活动不是由教师单纯向学生传递学问，也不是学生被动地承受信息的过程，而是学生凭借原有的学问和阅历，通过与外界的互动，主动生成信息的过程，教育的成效最终取决于受教育者对所受教育的内化过程。学生通过计算机设计大赛活动成为了教学情境中的主角，积极主动地参加到教学过程中，从而使教学成为一个激发学生建构学问的过程，而不是传授、灌输学问的活动。计算思维力量的培育最终要靠学生自己在学习和实践活动过程中逐步把握和形成。 ：曹菡 刘永勃 单位：陕西师范大学计算机科学学院