高等教育計(jì)算思維探索(全文)

1、高等教育計(jì)算思維探究計(jì)算思維幾十年來在學(xué)術(shù)界中一直存在爭議，直到20XX年，JeneteeWing描述計(jì)算思維是能夠使學(xué)生在所有領(lǐng)域可以獲得成功而需要的一項(xiàng)思維技能。Wing有關(guān)計(jì)算思維的理論和著作有著廣泛的影響，已經(jīng)成為研究計(jì)算思維的學(xué)者在制定教學(xué)計(jì)劃時的主要參考材料，用于將計(jì)算思維貫穿于12年的義務(wù)教育之中。盡管著手點(diǎn)在義務(wù)教育之中，然而，除了計(jì)算機(jī)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)（STEM）之外很少涉及計(jì)算思維，但是計(jì)算思維在高等教育中的潛力亟待人們?nèi)グl(fā)掘。文章的目的是審視當(dāng)前計(jì)算思維在高等教育領(lǐng)域中的狀態(tài)，并討論計(jì)算思維與其他學(xué)科的相關(guān)性。計(jì)算思維；高等教育；STEM一、介紹計(jì)算思維是人類在思維

2、過程中參與制訂問題及其解決辦法的一種思維模式，通過這種方式能快速地、有效地進(jìn)行信息處理，提出問題的解決方案。計(jì)算思維幾十年來在學(xué)術(shù)界有著不同的名稱和定義。1962年由lnPerlis最早提出，同時闡述了卡內(nèi)基理工學(xué)院（現(xiàn)在是卡內(nèi)基.梅隆大學(xué)）的編程入門課程?；谒难芯縎eymourPpert在1980年使用編程語言進(jìn)行數(shù)學(xué)概念的教學(xué)，正如所望，程序性的思維（即“像計(jì)算機(jī)一樣思考”）被認(rèn)為是構(gòu)成整體思維技能的一部分。直到20XX年，JenetteWing在CM美國計(jì)算機(jī)學(xué)會通訊發(fā)表了“計(jì)算思維”這篇文章，從此，計(jì)算思維得到了新的定義。Wing的文章提出計(jì)算思維不只對計(jì)算機(jī)這門學(xué)科的專家有用的一

3、種技能，而是任何人在解決問題和發(fā)現(xiàn)計(jì)算解決方案時都能使用的心理過程。在這個更廣泛的意義上，被視為邏輯思維的一部分，計(jì)算思維可視為一項(xiàng)與所有學(xué)科有關(guān)的技能，不僅僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)。因此，Wing認(rèn)為：“像對閱讀、寫作和算術(shù)一樣，我們應(yīng)將計(jì)算思維加到評價(jià)每個學(xué)生的能力中去”。二、計(jì)算思維在高等教育中的缺失在高等教育方面，對計(jì)算思維的應(yīng)用則較為分散。對于計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)的本科生早期階段的教學(xué)而言，計(jì)算思維技能問題仍然是熱門的研究課題，也是在各個重要的、有革新性的領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)，但是許多對計(jì)算思維在交叉學(xué)科感興趣的，要么是具體的機(jī)構(gòu)，例如卡內(nèi)基梅隆大學(xué)和斯坦福大學(xué)，要么就是較大學(xué)院專業(yè)的分支機(jī)構(gòu)。而沒有機(jī)

4、構(gòu)將計(jì)算思維作為一個基本的技能融入到除計(jì)算機(jī)科學(xué)以外的幾個學(xué)科中。之所以會出現(xiàn)這種情況，主要是以下幾個原因：1.計(jì)算思維概念化的問題。這些問題更容易在中小學(xué)通過務(wù)實(shí)專注教學(xué)方法來解決它們，卻成為高等教育中更注重研究領(lǐng)域教育的潛在障礙。除了計(jì)算機(jī)科學(xué)和數(shù)學(xué)領(lǐng)域，對于從計(jì)算機(jī)科學(xué)分離出來的計(jì)算思維方法和簡單的應(yīng)用計(jì)算機(jī)程序去解決數(shù)據(jù)問題的區(qū)別了解不多。即使在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，對于計(jì)算的理解也是有限的。有些問題是可計(jì)算的，而另一些則不能。可能，在人文和其他非科學(xué)領(lǐng)域核心訓(xùn)練問題的構(gòu)建是一種非計(jì)算性的；在某些情況下用“可計(jì)算”方式來構(gòu)建這些問題也許是不可取的。但是，我們當(dāng)前理解計(jì)算的局限性可能被新興計(jì)算模

5、型所改變，例如自然計(jì)算和并行交互計(jì)算。在本文中，我們會進(jìn)一步了解現(xiàn)狀以發(fā)現(xiàn)計(jì)算思維在高等教育中的潛力，希望能夠?yàn)闃?gòu)建計(jì)算思維教育提供一套明確的方向，以便更好地學(xué)習(xí)和應(yīng)用計(jì)算思維。三、計(jì)算思維在高等教育中的應(yīng)用在大學(xué)教育中，關(guān)于計(jì)算思維的實(shí)踐教學(xué)研究依舊很大程度上存在于科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)（STEM）領(lǐng)域中。Miller和Settle對計(jì)算機(jī)科學(xué)和非計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)的學(xué)生對學(xué)習(xí)樹（路徑）遍歷的多個方法進(jìn)行了研究。這些樣本表明進(jìn)行過非結(jié)構(gòu)化學(xué)習(xí)的學(xué)生比經(jīng)過傳統(tǒng)教學(xué)的學(xué)生表現(xiàn)的更好。有研究表明，基于游戲的學(xué)習(xí)可能是復(fù)雜計(jì)算思維技能訓(xùn)練的有效策略。這種游戲原理的理解有可能早在60年代初就被提出了。更多現(xiàn)代的研究將解決謎