計(jì)算思維與創(chuàng)新教育

1、計(jì)算思維與創(chuàng)新教育(軟件 13 李海偉 2111601045 )摘要： 針與目前中國(guó)教育對(duì)創(chuàng)新教育的強(qiáng)調(diào)以及倡導(dǎo)，在分析了創(chuàng)新思維 培養(yǎng)的基礎(chǔ)上， 本文探討了計(jì)算思維和創(chuàng)新教育的有關(guān)問(wèn)題， 進(jìn)一步提出計(jì)算思 維對(duì)創(chuàng)新教育的重要意義。關(guān)鍵詞： 計(jì)算思維 創(chuàng)新思維 創(chuàng)新教育 創(chuàng)新能力 創(chuàng)新教育是在教育創(chuàng)新思想觀念的指導(dǎo)下， 通過(guò)有效的教育方法， 培養(yǎng)學(xué)生 創(chuàng)新素質(zhì)，使其成為社會(huì)發(fā)展需要的創(chuàng)新人才的教育。創(chuàng)新教育包括創(chuàng)新精神、 創(chuàng)新能力、創(chuàng)新人格。美國(guó)著名心理學(xué)家吉爾福特( J.Guilford )提出：創(chuàng)造力 是整個(gè)教育的關(guān)鍵， 也是解決人類(lèi)最嚴(yán)重問(wèn)題的關(guān)鍵 【1 】。只有通過(guò)創(chuàng)新教育， 才能夠有

2、效培養(yǎng)出與時(shí)俱進(jìn)、 開(kāi)拓創(chuàng)新的掌握現(xiàn)代信息技術(shù)的新型人才。 大學(xué)是 培養(yǎng)未來(lái)社會(huì)所需人才的基地， 創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)是全社會(huì)的責(zé)任， 高等教育更 是擔(dān)當(dāng)著不可替代的歷史使命。 除了人類(lèi)的核心知識(shí)外， 大學(xué)應(yīng)該給學(xué)生提供一 個(gè)獨(dú)立思考的環(huán)境、 自由思考問(wèn)題的氣氛， 積極開(kāi)展創(chuàng)新教育， 為社會(huì)不斷輸送 具有創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力的各種專(zhuān)業(yè)人才。1 計(jì)算思維的定義、特性和影響1. 1 計(jì)算思維的定義計(jì)算思維一詞由美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué) ( CMU)Jeannette M. Wing( 周以 真) 教授于 2006 年提出，其定義是 : 應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問(wèn)題、 設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類(lèi)行為。 它包括了

3、涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之的一系列思維活動(dòng)， 具體 如下2:1) . 計(jì)算思維就是通過(guò)約簡(jiǎn)、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，把一個(gè)看來(lái)困難的 問(wèn)題重新闡述成一個(gè)我們知道怎樣解決的問(wèn)題（2）. 計(jì)算思維是一種遞歸思維，是并行處理。（3）. 計(jì)算思維采用抽象的分解來(lái)迎戰(zhàn)龐雜的任務(wù)或者設(shè)計(jì)巨大的復(fù)雜系統(tǒng)。（4）. 計(jì)算思維選擇合適的方式對(duì)一個(gè)問(wèn)題的相關(guān)方面用建模方式使其易于處 理。它具備利用已明確的理念簡(jiǎn)明扼要地描述系統(tǒng)行為。（5）. 計(jì)算思維是通過(guò)冗余、容錯(cuò)、糾錯(cuò)的方式從最壞情形下進(jìn)行預(yù)防、保護(hù) 及恢復(fù)的一種思維。（6）. 計(jì)算思維就是學(xué)習(xí)在同步相互會(huì)合時(shí)如何避免競(jìng)爭(zhēng)的情形。（7）. 計(jì)算思維利用啟發(fā)式思維來(lái)尋求解

4、答。即在不確定情況下的規(guī)劃、學(xué)習(xí) 和調(diào)度。（8）. 計(jì)算思維利用海量數(shù)據(jù)來(lái)加快計(jì)算，在時(shí)間和空間之間、處理能力和存 儲(chǔ)容量之間進(jìn)行權(quán)衡。總之，計(jì)算思維是人們運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的思想與方法進(jìn)行問(wèn)題求解、 系統(tǒng)設(shè) 計(jì)，以及人類(lèi)行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)3。JimGray4 對(duì)科學(xué)的發(fā)展總結(jié)出四個(gè)范式： 經(jīng)驗(yàn)積累型、 數(shù)學(xué)理論型、計(jì)算模擬型、 數(shù)據(jù)探索型。 其中計(jì)算模擬型意為在過(guò)去幾十年間， 科學(xué)家們將各種觀測(cè)儀器與 計(jì)算機(jī)相連， 把觀測(cè)到的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)計(jì)算， 面對(duì)計(jì)算機(jī)屏幕， 觀察研究模擬 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果； 數(shù)據(jù)探索型意為處于信息爆炸的今天， 各種理論、 實(shí)驗(yàn)、模擬都統(tǒng) 一在信息處理

5、這種數(shù)據(jù)探索框架之下， 科學(xué)研究就是收集數(shù)據(jù)， 計(jì)算數(shù)據(jù)， 分析 數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的來(lái)源可以是傳感器也可以是計(jì)算模擬結(jié)果， 通過(guò)軟件進(jìn)行分析 計(jì)算，結(jié)果存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。 科學(xué)家必須能夠用統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)對(duì)這些計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行 挖掘、探索和提煉。由此，更能加深我們對(duì)計(jì)算思維重要性的理解。1.2計(jì)算思維的特性針對(duì)計(jì)算思維“是什么，不是什么”的定義，周教授總結(jié)出以下特征：“概念化，不是程序化；基礎(chǔ)的，不是機(jī)械的技能；人的，不是計(jì)算機(jī)的思維方式；是 數(shù)學(xué)和工程思維的互補(bǔ)與融合；是思想，不是人造品；是面向所有的人，所有地 方”【5】。2. 創(chuàng)新教育2.1 創(chuàng)新教育創(chuàng)新教育就是以培養(yǎng)人們創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力為基本價(jià)值取

6、向的教育。其核心是在普及九年義務(wù)教育的基礎(chǔ)上，在全面實(shí)施素質(zhì)教育的過(guò)程中，為迎接知識(shí) 經(jīng)濟(jì)時(shí)代的挑戰(zhàn)，著重研究與解決在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域如何培養(yǎng)中小學(xué)生的創(chuàng)新意 識(shí)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的問(wèn)題【6】。2.2 創(chuàng)新能力與創(chuàng)新思維面對(duì)信息時(shí)代的發(fā)展要求，我們必須培養(yǎng)出能夠應(yīng)付復(fù)雜局面、不斷解決新 問(wèn)題的創(chuàng)新型人才。創(chuàng)新能力是在創(chuàng)新活動(dòng)中表現(xiàn)出來(lái)的各種能力的總和。通過(guò)創(chuàng)新能力培訓(xùn)激發(fā)人們的創(chuàng)新意識(shí)， 增強(qiáng)創(chuàng)新欲望、訓(xùn)練創(chuàng)新思維、掌握創(chuàng)新方 法、培養(yǎng)創(chuàng)新精神、提升創(chuàng)新能力，從而對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和文化發(fā)展起到積極作用。 創(chuàng)新思維是人們運(yùn)用已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)增長(zhǎng)開(kāi)拓新領(lǐng)域的思維能力，亦即在人們的思維領(lǐng)域中追求最佳、最新知識(shí)

7、獨(dú)創(chuàng)的思維。創(chuàng)新思維就是不受現(xiàn)成的、 常規(guī)的 思路約束，尋求對(duì)問(wèn)題的全新的、獨(dú)特性的解答和方法的思維過(guò)程， 是人類(lèi)思維 的最高表現(xiàn)。創(chuàng)新思維包括兩個(gè)方面，一方面是創(chuàng)新意識(shí)，即發(fā)現(xiàn)和探索的強(qiáng)烈欲望；另 一方面是創(chuàng)新思考行為，即理性地提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的科學(xué)思維習(xí) 慣。二者對(duì)于一個(gè)現(xiàn)代高等教育人才來(lái)說(shuō)均是不可或缺的素質(zhì)， 且這種素質(zhì)也可 同時(shí)成為人才質(zhì)量的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。 建立在以信息技術(shù)和電子技術(shù)基礎(chǔ)上的現(xiàn)代 社會(huì)以創(chuàng)新為價(jià)值理念。 培養(yǎng)適合時(shí)代要求的人才， 創(chuàng)新思維是重要培養(yǎng)目標(biāo)之 一。創(chuàng)新思維能力是創(chuàng)新能力的核心，創(chuàng)新教育的本質(zhì)是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力， 而具有創(chuàng)新思維是提高創(chuàng)新能力的基

8、本要求 7 。3. 計(jì)算思維對(duì)創(chuàng)新教育的影響創(chuàng)新教育不能僅僅停留于培養(yǎng)創(chuàng)造力或創(chuàng)造性思維的層次上，它包括豐富的 內(nèi)容。從構(gòu)成上看， 個(gè)體的創(chuàng)新品質(zhì)可以分為創(chuàng)新的智力品質(zhì)和創(chuàng)新的非智力品 質(zhì)。創(chuàng)新的智力品質(zhì)包括創(chuàng)新的創(chuàng)造性思維、 創(chuàng)新的能力素質(zhì)、 創(chuàng)新的知識(shí)素質(zhì)； 創(chuàng)新的非智力品質(zhì)包括有利于創(chuàng)新思維和活動(dòng)的情感、 意志等等。 思維是創(chuàng)新的 基礎(chǔ)，在信息技術(shù)快速發(fā)展和計(jì)算機(jī)應(yīng)用不斷普及的形勢(shì)下， 運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決問(wèn) 題是達(dá)到創(chuàng)新的主要手段， 積極研究和探索計(jì)算思維的內(nèi)涵與外延， 挖掘計(jì)算思 維的特點(diǎn)、規(guī)律以及與其它思維活動(dòng)的聯(lián)系， 有助于新思想、 新方法的產(chǎn)生。在 高等教育實(shí)施過(guò)程中， 通過(guò)課程教育

9、與實(shí)踐， 有目的、有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算 思維能力，有助于學(xué)生創(chuàng)新思維發(fā)展和創(chuàng)新能力的提高。當(dāng)前，計(jì)算科學(xué)與理論科學(xué)和實(shí)驗(yàn)科學(xué)并列成為推動(dòng)人類(lèi)文明進(jìn)步和促進(jìn)科 技發(fā)展的三大手段， 而作為計(jì)算科學(xué)基礎(chǔ)的計(jì)算思維是大學(xué)生創(chuàng)新思維培養(yǎng)的重 要組成部分， 是創(chuàng)新思維不可或缺的部分。 計(jì)算思維包括一系列廣泛的計(jì)算機(jī)科 學(xué)的思維方式， 計(jì)算思維能力的培養(yǎng)對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力提高具有重要作用。 大學(xué) 計(jì)算機(jī)課程應(yīng)強(qiáng)調(diào)計(jì)算思維基礎(chǔ)教育， 知識(shí)講授與素養(yǎng)培養(yǎng)應(yīng)貫穿于計(jì)算思維的 教學(xué)中 8 ?？偨Y(jié)計(jì)算思維與創(chuàng)新思維關(guān)系密切，計(jì)算思維的培養(yǎng)對(duì)高校學(xué)生今后的發(fā)展影 響重大。作為擔(dān)負(fù)著提升學(xué)生計(jì)算思維能力主要責(zé)任的大學(xué)計(jì)算

10、機(jī)教育， 不但應(yīng) 給學(xué)生傳授計(jì)算機(jī)科學(xué)知識(shí)， 更應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生正確的思維方式， 學(xué)會(huì)將有待解決的 問(wèn)題抽象成有效的計(jì)算過(guò)程， 進(jìn)而將計(jì)算思維溶入到實(shí)際工作中去。 在注重基礎(chǔ) 和應(yīng)用能力的培養(yǎng)基礎(chǔ)上 ,要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力 ,必須注意加強(qiáng)學(xué)生知識(shí)融通 與學(xué)習(xí)能力、遷移能力的培養(yǎng) , 使學(xué)生在橫向和縱向兩個(gè)方向?qū)λ鶎W(xué)專(zhuān)業(yè)有較好 的宏觀把握。計(jì)算思維能力的培養(yǎng)對(duì)各專(zhuān)業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是至關(guān)重要的。參考文獻(xiàn)：【 1】：魏所康 . 創(chuàng)新教育論 M. 南京 : 江蘇人民出版社， 2002 ?！?】： Wing J M Computational ThinkingJ Communicationsof the

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12、04(5).【 8】：戰(zhàn)德臣，聶蘭順，徐曉飛 . “大學(xué)計(jì)算機(jī)”所有大學(xué)生都應(yīng)學(xué)習(xí)的一門(mén)計(jì)算思維基礎(chǔ)教育課程 J. 中國(guó)大學(xué)教學(xué)， 2011(4).Computati on thi nking and inno vative educati on(Software engineering -13 LI Hai-wei 2111601045 )Abstract:According to China's emphasizing and advocating forinno vati on educati on and based on the an alysis of the cultivati on of creative thinking, this article discusses about the calculati on thi nking and innovative education and further