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什么叫计算思维 计算思维的含义

学习啦【逻辑思维】 编辑:映芳 发布时间:2016-11-02

  你知道计算思维吗?计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、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。下面,学习啦小编来为你介绍计算思维的含义。

  什么叫计算思维 计算思维的含义

  计算思维是数字时代人人都应具备的基本技能。计算思维与理论思维和实验思维一起构成了科技创新的三大支柱。

  美国卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)Jeannette M. Wing 教授2006年3月在美国计算机权威期刊Communication of the ACM上将计算思维定义为:计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计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。

  计算思维具有如下特征:

  (1)计算思维是概念化的抽象思维,而非程序思维。

  (2)计算思维是人的思维,而非机器的思维。

  (3)计算思维是思想,而非人造品。

  (4)计算思维与数学和工程思维互补和融合。

  (5)计算思维面向所有的人,所有的领域。

  (6)如同“读、写、算”一样,计算思维是一种基本技能。

  计算思维教育实践途径

  计算思维培养,具体到中小学教育实践中,必须要有一个依托工具和抓手。中小学信息技术课程中,如何渗透计算思维教育,可以从如下几个方面尝试。

  (一)在计算机程序设计教学中渗透计算思维

  通过计算机程序设计教学培养学生的计算思维,是中小学信息技术教师最容易上手的做法。对于计算思维的培养,宜选择可视化的、模块化的、易于学习的程序设计软件。

  LOGO语言是一种早期的编程语言,也是一种与自然语言非常接近的编程语言,它通过“绘图”的方式来学习编程,对初学者特别是儿童进行寓教于乐的教学方式。至今还有很多人使用LOGO语言教学生程序设计,2012韩国对小学教师职前培训增加的计算思维的内容,就是借助LOGO语言的算法学习项目实施的。

  Scratch是一种新式的程序语言,可以让你用非常简单的方式,创造属于你自己的故事、动画、游戏、音乐甚至是绘画,并且可以轻易的分享至网络上。在英国、美国、韩国、新加坡等国家的研究中小学计算思维培养方面的论文中,很多都提到了Scratch软件的使用,在我国很多小学和初中教师也在使用Scratch软件实施程序设计教学。

  目前移动应用开发比较流行,APP Inventor也是很好的选择。Google App Inventor是一个完全在线开发的Android编程环境,抛弃复杂的程序代码而使用积木式的堆叠法来完成Android程序开发。北京景山学校和北大附中的部分教师在尝试通过APP Inventor程序设计培养学生的计算思维。移动应用设计也将作为一门选修课,纳入高中信息技术课程体系之中。

  当然,借助程序设计培养学生的计算思维不一定要在计算机上实现。韩国济州大学计算机教育系的学者金彬苏研究了基于纸和笔的游戏程序设计策略,程序设计只需要纸和笔,不用计算机。研究表明基于纸和笔的程序设计PPS跟基于LOGO语言的程序化设计一样可以培养学生的整体逻辑思维能力。英国中学计算机教材Computer Science在内容设计上比较重视学生计算思维的培养,在程序设计部分也不需要计算机,使用的是伪代码,只要纸和笔就够了。人大附中的温婷婷老师也引进开设了一门类似选修课,称为不插电的计算机。

  (二)通过机器人教学渗透计算思维

  塔夫茨大学的玛丽亚•尤玛奇•伯斯(Marina Umaschi Bers)等的研究中提到了波斯顿的三所幼儿园通过TangibleK机器人课程对5-6岁儿童开展计算思维教育的情况。德克萨斯大学奥斯汀分校学者考帕特(Ko Pat)研究中也提到了对K12学生以机器人作为计算思维教育的工具。我在十年前也已经开始借助能力风暴机器人开展教学,图形化和模块化的程序设计界面易学易懂,通过完成项目任务设计,可以很好的培养学生分析问题和解决问题的能力。目前很多学校都在用的Lego机器人也是很好的培养学生计算思维的教学平台,结构搭建不学就能上手,结构可简可繁,程序设也是拼积木形式的可视化环境,通过巧妙的任务设置,可以很好的完成这一使命。

  (三)通过游戏软件培养学生的计算思维

  英国格林威治大学尝试过通过计算机视频游戏实施教学,基于游戏学习,传授理论和应用知识。他们设计了创新的游戏教育框架来开发计算思维能力,促进计算机程序设计导论课程的学习。把有限的计算机程序设计导论关键概念融入游戏中,学生通过玩游戏获取计算思维能力。加州大学圣克鲁斯分校的学者研究了通过游戏程序设计课程提升中学生的计算思维,并设计了中学生计算思维能力评测工具。中科院软件所王丹力研究员介绍过一叫T-maze的电子编程工具,让5-9岁儿童在迷宫游戏中通过搭建积木建立计算机程序,促进孩子计算思的维培养。微软亚洲研究院也介绍过他们开发的游戏我的世界(Minecraft)也可以培养学生的计算思维。这款游戏可以让每一个玩家在三维空间中自由地创造和破坏不同种类的方块为主体。玩家在游戏中可以在单人或多人模式中通过摧毁或创造方块以创造精妙绝伦的建筑物和艺术,或者收集物品探索地图以完成游戏的主线。这块有很多中小学生都很痴迷。

  (四)通过音视频创作培养学生的计算思维

  音视频作品的创作需要经历一个很完整的项目流程,通过这个流程,也可以很好的培养学生的计算思维。马萨诸塞大学洛厄尔分校音乐与计算机科学系开设了一门课程——声音中的计算思维,这是一门交叉学科,是科技教育与艺术教育的融合,通过对音乐的演奏、分析与处理培养学生的计算思维。目前全国都有针对中学生的微电影和微视频创作大赛,中小学信息技术教师可以借助这个项目的开展,有意识的培养学生的计算思维。

  (五)通过开源硬件项目设计培养学生的计算思维

  未来的中小学信息技术教育,不仅需要传授理论知识、基于软件的实践和研究,还需带领学生做开源硬件项目设计,这个既可以紧扣创客教育这个热门主题,也是实施计算思维培养的有力手段。带领学生从头设计、制作一个项目,从规划、实施,到项目发布,甚至申请风投,整个过程都包含着计算思维的元素。开源硬件设计项目也将作为一门选修课,也将纳入国家高中信息技术课程体系之中。

  (六)通过建模与仿真培养学生的计算思维

  计算思维与数学学科的建模思维,物理学科的科学思维——模型构建结合起来,可以提高解决现实生活中各类问题的能力。在计算机算法与编程的课程中,可以通过建模仿真实际问题充分激发学生兴趣,并培养其问题解决的思维方法与能力,例如科学模拟仿真——物理中的抛体运动,可以通过计算机科学中的离散采样、时间相应、图形编程等开展涉及多方面知识的综合实践。再如计算思维中的递归思想,可以与数学中的分形概念紧密结合起来,并可以结合音乐中的赋格、艺术中的无穷上升等表现形式进行旁征博引,给学生一个跨学科的研究课题,找到分形在实际生活中的具体事例,并通过计算机算法与编程对其进行建模与仿真。

  (七)培养计算思维的其他工具和途径

  培养学生计算思维的工具还很多,按照基于项目的学习理念开展动画设计教学、三维设计与创意项目教学、3D打印项目设计等,同样可以培养学生的计算思维。中国传媒大学的王海波和张伟娜曾借助“网页设计与制作”课程实践过基于计算思维的教学改革。美国宾州州立大学计算机科学与工程系学者尝试过通过电子表格软件的函数教学培养非计算机专业学生的计算思维。

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