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什么是計算思維 計算思維的含義

時間:2018-11-06 11:49:38本文內容及圖片來源于讀者投稿,如有侵權請聯系[email protected] 祥聰 我要投稿

  你知道計算思維嗎?計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計、以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。下面小編為你整理計算思維,希望能幫到你。

什么是計算思維 計算思維的含義

  什么叫計算思維 計算思維的含義

  計算思維是數字時代人人都應具備的基本技能。計算思維與理論思維和實驗思維一起構成了科技創新的三大支柱。

  美國卡內基梅隆大學(Carnegie Mellon University)Jeannette M. Wing 教授2006年3月在美國計算機權威期刊Communication of the ACM上將計算思維定義為:計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。

  計算思維具有如下特征:

  (1)計算思維是概念化的抽象思維,而非程序思維。

  (2)計算思維是人的思維,而非機器的思維。

  (3)計算思維是思想,而非人造品。

  (4)計算思維與數學和工程思維互補和融合。

  (5)計算思維面向所有的人,所有的領域。

  (6)如同“讀、寫、算”一樣,計算思維是一種基本技能。

  計算思維教育實踐途徑

  計算思維培養,具體到中小學教育實踐中,必須要有一個依托工具和抓手。中小學信息技術課程中,如何滲透計算思維教育,可以從如下幾個方面嘗試。

  (一)在計算機程序設計教學中滲透計算思維

  通過計算機程序設計教學培養學生的計算思維,是中小學信息技術教師最容易上手的做法。對于計算思維的培養,宜選擇可視化的、模塊化的、易于學習的程序設計軟件。

  LOGO語言是一種早期的編程語言,也是一種與自然語言非常接近的編程語言,它通過“繪圖”的方式來學習編程,對初學者特別是兒童進行寓教于樂的教學方式。至今還有很多人使用LOGO語言教學生程序設計,2012韓國對小學教師職前培訓增加的計算思維的內容,就是借助LOGO語言的算法學習項目實施的。

  Scratch是一種新式的程序語言,可以讓你用非常簡單的方式,創造屬于你自己的故事、動畫、游戲、音樂甚至是繪畫,并且可以輕易的分享至網絡上。在英國、美國、韓國、新加坡等國家的研究中小學計算思維培養方面的論文中,很多都提到了Scratch軟件的使用,在我國很多小學和初中教師也在使用Scratch軟件實施程序設計教學。

  目前移動應用開發比較流行,APP Inventor也是很好的選擇。Google App Inventor是一個完全在線開發的Android編程環境,拋棄復雜的程序代碼而使用積木式的堆疊法來完成Android程序開發。北京景山學校和北大附中的部分教師在嘗試通過APP Inventor程序設計培養學生的計算思維。移動應用設計也將作為一門選修課,納入高中信息技術課程體系之中。

  當然,借助程序設計培養學生的計算思維不一定要在計算機上實現。韓國濟州大學計算機教育系的學者金彬蘇研究了基于紙和筆的游戲程序設計策略,程序設計只需要紙和筆,不用計算機。研究表明基于紙和筆的程序設計PPS跟基于LOGO語言的程序化設計一樣可以培養學生的整體邏輯思維能力。英國中學計算機教材Computer Science在內容設計上比較重視學生計算思維的培養,在程序設計部分也不需要計算機,使用的是偽代碼,只要紙和筆就夠了。人大附中的溫婷婷老師也引進開設了一門類似選修課,稱為不插電的計算機。

  (二)通過機器人教學滲透計算思維

  塔夫茨大學的瑪麗亞•尤瑪奇•伯斯(Marina Umaschi Bers)等的研究中提到了波斯頓的三所幼兒園通過TangibleK機器人課程對5-6歲兒童開展計算思維教育的情況。德克薩斯大學奧斯汀分校學者考帕特(Ko Pat)研究中也提到了對K12學生以機器人作為計算思維教育的工具。我在十年前也已經開始借助能力風暴機器人開展教學,圖形化和模塊化的程序設計界面易學易懂,通過完成項目任務設計,可以很好的培養學生分析問題和解決問題的能力。目前很多學校都在用的Lego機器人也是很好的培養學生計算思維的教學平臺,結構搭建不學就能上手,結構可簡可繁,程序設也是拼積木形式的可視化環境,通過巧妙的任務設置,可以很好的完成這一使命。

  (三)通過游戲軟件培養學生的計算思維

  英國格林威治大學嘗試過通過計算機視頻游戲實施教學,基于游戲學習,傳授理論和應用知識。他們設計了創新的游戲教育框架來開發計算思維能力,促進計算機程序設計導論課程的學習。把有限的計算機程序設計導論關鍵概念融入游戲中,學生通過玩游戲獲取計算思維能力。加州大學圣克魯斯分校的學者研究了通過游戲程序設計課程提升中學生的計算思維,并設計了中學生計算思維能力評測工具。中科院軟件所王丹力研究員介紹過一叫T-maze的電子編程工具,讓5-9歲兒童在迷宮游戲中通過搭建積木建立計算機程序,促進孩子計算思的維培養。微軟亞洲研究院也介紹過他們開發的游戲我的世界(Minecraft)也可以培養學生的計算思維。這款游戲可以讓每一個玩家在三維空間中自由地創造和破壞不同種類的方塊為主體。玩家在游戲中可以在單人或多人模式中通過摧毀或創造方塊以創造精妙絕倫的建筑物和藝術,或者收集物品探索地圖以完成游戲的主線。這塊有很多中小學生都很癡迷。

  (四)通過音視頻創作培養學生的計算思維

  音視頻作品的創作需要經歷一個很完整的項目流程,通過這個流程,也可以很好的培養學生的計算思維。馬薩諸塞大學洛厄爾分校音樂與計算機科學系開設了一門課程——聲音中的計算思維,這是一門交叉學科,是科技教育與藝術教育的融合,通過對音樂的演奏、分析與處理培養學生的計算思維。目前全國都有針對中學生的微電影和微視頻創作大賽,中小學信息技術教師可以借助這個項目的開展,有意識的培養學生的計算思維。

  (五)通過開源硬件項目設計培養學生的計算思維

  未來的中小學信息技術教育,不僅需要傳授理論知識、基于軟件的實踐和研究,還需帶領學生做開源硬件項目設計,這個既可以緊扣創客教育這個熱門主題,也是實施計算思維培養的有力手段。帶領學生從頭設計、制作一個項目,從規劃、實施,到項目發布,甚至申請風投,整個過程都包含著計算思維的元素。開源硬件設計項目也將作為一門選修課,也將納入國家高中信息技術課程體系之中。

  (六)通過建模與仿真培養學生的計算思維

  計算思維與數學學科的建模思維,物理學科的科學思維——模型構建結合起來,可以提高解決現實生活中各類問題的能力。在計算機算法與編程的課程中,可以通過建模仿真實際問題充分激發學生興趣,并培養其問題解決的思維方法與能力,例如科學模擬仿真——物理中的拋體運動,可以通過計算機科學中的離散采樣、時間相應、圖形編程等開展涉及多方面知識的綜合實踐。再如計算思維中的遞歸思想,可以與數學中的分形概念緊密結合起來,并可以結合音樂中的賦格、藝術中的無窮上升等表現形式進行旁征博引,給學生一個跨學科的研究課題,找到分形在實際生活中的具體事例,并通過計算機算法與編程對其進行建模與仿真。

  (七)培養計算思維的其他工具和途徑

  培養學生計算思維的工具還很多,按照基于項目的學習理念開展動畫設計教學、三維設計與創意項目教學、3D打印項目設計等,同樣可以培養學生的計算思維。中國傳媒大學的王海波和張偉娜曾借助“網頁設計與制作”課程實踐過基于計算思維的教學改革。美國賓州州立大學計算機科學與工程系學者嘗試過通過電子表格軟件的函數教學培養非計算機專業學生的計算思維。


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