什么是計(jì)算思維 計(jì)算思維的含義
你知道計(jì)算思維嗎?計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。下面小編為你整理計(jì)算思維，希望能幫到你。
什么叫計(jì)算思維 計(jì)算思維的含義
計(jì)算思維是數(shù)字時(shí)代人人都應(yīng)具備的基本技能。計(jì)算思維與理論思維和實(shí)驗(yàn)思維一起構(gòu)成了科技創(chuàng)新的三大支柱。
美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)(Carnegie Mellon University)Jeannette M. Wing 教授2006年3月在美國計(jì)算機(jī)權(quán)威期刊Communication of the ACM上將計(jì)算思維定義為：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。
計(jì)算思維具有如下特征：
(1)計(jì)算思維是概念化的抽象思維，而非程序思維。
(2)計(jì)算思維是人的思維，而非機(jī)器的思維。
(3)計(jì)算思維是思想，而非人造品。
(4)計(jì)算思維與數(shù)學(xué)和工程思維互補(bǔ)和融合。
(5)計(jì)算思維面向所有的人，所有的領(lǐng)域。
(6)如同“讀、寫、算”一樣，計(jì)算思維是一種基本技能。
計(jì)算思維教育實(shí)踐途徑
計(jì)算思維培養(yǎng)，具體到中小學(xué)教育實(shí)踐中，必須要有一個(gè)依托工具和抓手。中小學(xué)信息技術(shù)課程中，如何滲透計(jì)算思維教育，可以從如下幾個(gè)方面嘗試。
(一)在計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)教學(xué)中滲透計(jì)算思維
通過計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，是中小學(xué)信息技術(shù)教師最容易上手的做法。對(duì)于計(jì)算思維的培養(yǎng)，宜選擇可視化的、模塊化的、易于學(xué)習(xí)的程序設(shè)計(jì)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(xué)習(xí)編程，對(duì)初學(xué)者特別是兒童進(jìn)行寓教于樂的教學(xué)方式。至今還有很多人使用LOGO語言教學(xué)生程序設(shè)計(jì)，2012韓國對(duì)小學(xué)教師職前培訓(xùn)增加的計(jì)算思維的內(nèi)容，就是借助LOGO語言的算法學(xué)習(xí)項(xiàng)目實(shí)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(chuàng)造屬于你自己的故事、動(dòng)畫、游戲、音樂甚至是繪畫，并且可以輕易的分享至網(wǎng)絡(luò)上。在英國、美國、韓國、新加坡等國家的研究中小學(xué)計(jì)算思維培養(yǎng)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(xué)和初中教師也在使用Scratch軟件實(shí)施程序設(shè)計(jì)教學(xué)。
目前移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)比較流行，APP Inventor也是很好的選擇。Google App Inventor是一個(gè)完全在線開發(fā)的Android編程環(huán)境，拋棄復(fù)雜的程序代碼而使用積木式的堆疊法來完成Android程序開發(fā)。北京景山學(xué)校和北大附中的部分教師在嘗試通過APP Inventor程序設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。移動(dòng)應(yīng)用設(shè)計(jì)也將作為一門選修課，納入高中信息技術(shù)課程體系之中。
當(dāng)然，借助程序設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維不一定要在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。韓國濟(jì)州大學(xué)計(jì)算機(jī)教育系的學(xué)者金彬蘇研究了基于紙和筆的游戲程序設(shè)計(jì)策略，程序設(shè)計(jì)只需要紙和筆，不用計(jì)算機(jī)。研究表明基于紙和筆的程序設(shè)計(jì)PPS跟基于LOGO語言的程序化設(shè)計(jì)一樣可以培養(yǎng)學(xué)生的整體邏輯思維能力。英國中學(xué)計(jì)算機(jī)教材Computer Science在內(nèi)容設(shè)計(jì)上比較重視學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，在程序設(shè)計(jì)部分也不需要計(jì)算機(jī)，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(jìn)開設(shè)了一門類似選修課，稱為不插電的計(jì)算機(jī)。
(二)通過機(jī)器人教學(xué)滲透計(jì)算思維
塔夫茨大學(xué)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(jī)器人課程對(duì)5-6歲兒童開展計(jì)算思維教育的情況。德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校學(xué)者考帕特(Ko Pat)研究中也提到了對(duì)K12學(xué)生以機(jī)器人作為計(jì)算思維教育的工具。我在十年前也已經(jīng)開始借助能力風(fēng)暴機(jī)器人開展教學(xué)，圖形化和模塊化的程序設(shè)計(jì)界面易學(xué)易懂，通過完成項(xiàng)目任務(wù)設(shè)計(jì)，可以很好的培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。目前很多學(xué)校都在用的Lego機(jī)器人也是很好的培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的教學(xué)平臺(tái)，結(jié)構(gòu)搭建不學(xué)就能上手，結(jié)構(gòu)可簡可繁，程序設(shè)也是拼積木形式的可視化環(huán)境，通過巧妙的任務(wù)設(shè)置，可以很好的完成這一使命。
(三)通過游戲軟件培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維
英國格林威治大學(xué)嘗試過通過計(jì)算機(jī)視頻游戲?qū)嵤┙虒W(xué)，基于游戲?qū)W習(xí)，傳授理論和應(yīng)用知識(shí)。他們?cè)O(shè)計(jì)了創(chuàng)新的游戲教育框架來開發(fā)計(jì)算思維能力，促進(jìn)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)導(dǎo)論課程的學(xué)習(xí)。把有限的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)導(dǎo)論關(guān)鍵概念融入游戲中，學(xué)生通過玩游戲獲取計(jì)算思維能力。加州大學(xué)圣克魯斯分校的學(xué)者研究了通過游戲程序設(shè)計(jì)課程提升中學(xué)生的計(jì)算思維，并設(shè)計(jì)了中學(xué)生計(jì)算思維能力評(píng)測(cè)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(jì)算機(jī)程序，促進(jìn)孩子計(jì)算思的維培養(yǎng)。微軟亞洲研究院也介紹過他們開發(fā)的游戲我的世界(Minecraft)也可以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。這款游戲可以讓每一個(gè)玩家在三維空間中自由地創(chuàng)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(chuàng)造方塊以創(chuàng)造精妙絕倫的建筑物和藝術(shù)，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(xué)生都很癡迷。
(四)通過音視頻創(chuàng)作培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維
音視頻作品的創(chuàng)作需要經(jīng)歷一個(gè)很完整的項(xiàng)目流程，通過這個(gè)流程，也可以很好的培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。馬薩諸塞大學(xué)洛厄爾分校音樂與計(jì)算機(jī)科學(xué)系開設(shè)了一門課程——聲音中的計(jì)算思維，這是一門交叉學(xué)科，是科技教育與藝術(shù)教育的融合，通過對(duì)音樂的演奏、分析與處理培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。目前全國都有針對(duì)中學(xué)生的微電影和微視頻創(chuàng)作大賽，中小學(xué)信息技術(shù)教師可以借助這個(gè)項(xiàng)目的開展，有意識(shí)的培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。
(五)通過開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維
未來的中小學(xué)信息技術(shù)教育，不僅需要傳授理論知識(shí)、基于軟件的實(shí)踐和研究，還需帶領(lǐng)學(xué)生做開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)，這個(gè)既可以緊扣創(chuàng)客教育這個(gè)熱門主題，也是實(shí)施計(jì)算思維培養(yǎng)的有力手段。帶領(lǐng)學(xué)生從頭設(shè)計(jì)、制作一個(gè)項(xiàng)目，從規(guī)劃、實(shí)施，到項(xiàng)目發(fā)布，甚至申請(qǐng)風(fēng)投，整個(gè)過程都包含著計(jì)算思維的元素。開源硬件設(shè)計(jì)項(xiàng)目也將作為一門選修課，也將納入國家高中信息技術(shù)課程體系之中。
(六)通過建模與仿真培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維
計(jì)算思維與數(shù)學(xué)學(xué)科的建模思維，物理學(xué)科的科學(xué)思維——模型構(gòu)建結(jié)合起來，可以提高解決現(xiàn)實(shí)生活中各類問題的能力。在計(jì)算機(jī)算法與編程的課程中，可以通過建模仿真實(shí)際問題充分激發(fā)學(xué)生興趣，并培養(yǎng)其問題解決的思維方法與能力，例如科學(xué)模擬仿真——物理中的拋體運(yùn)動(dòng)，可以通過計(jì)算機(jī)科學(xué)中的離散采樣、時(shí)間相應(yīng)、圖形編程等開展涉及多方面知識(shí)的綜合實(shí)踐。再如計(jì)算思維中的遞歸思想，可以與數(shù)學(xué)中的分形概念緊密結(jié)合起來，并可以結(jié)合音樂中的賦格、藝術(shù)中的無窮上升等表現(xiàn)形式進(jìn)行旁征博引，給學(xué)生一個(gè)跨學(xué)科的研究課題，找到分形在實(shí)際生活中的具體事例，并通過計(jì)算機(jī)算法與編程對(duì)其進(jìn)行建模與仿真。
(七)培養(yǎng)計(jì)算思維的其他工具和途徑
培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的工具還很多，按照基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)理念開展動(dòng)畫設(shè)計(jì)教學(xué)、三維設(shè)計(jì)與創(chuàng)意項(xiàng)目教學(xué)、3D打印項(xiàng)目設(shè)計(jì)等，同樣可以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。中國傳媒大學(xué)的王海波和張偉娜曾借助“網(wǎng)頁設(shè)計(jì)與制作”課程實(shí)踐過基于計(jì)算思維的教學(xué)改革。美國賓州州立大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系學(xué)者嘗試過通過電子表格軟件的函數(shù)教學(xué)培養(yǎng)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的計(jì)算思維。
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