教育大数据驱动下大学生计算思维培养方式的探究

魏梦楠　马燕

【摘要】教育信息化快速发展，大数据在教育领域的应用与作用日益突出，教育大数据对大学生个人能力也有了更高的要求，培养出一个高素质的信息化人才，适应于时代的发展。本文从教育大数据、计算思维等概念入手，结合教育大数据的特点与发展要求，对大学生在计算思维方面的培养方式进行探究，从而得出教育大数据驱动下，大学生计算思维的培养方法，以更好地适应数据时代的发展，应对更多的挑战。

【关键词】教育大数据 计算思维 培养方式

【基金项目】重庆市研究生教育教学改革研究项目（重大项目）“重庆市研究生创新创业实践教育研究”（项目编号：Yjg151007）

【中图分类号】G434 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）01-0059-02

引言

当今社会已经进入了一个信息化时代，运用计算机解决、处理问题、学习、工作是每个在校大学生必备的素质，培养大学生的信息素养，使其具备信息化社会的生存能力和终身学习能力已经成为高等教育人才培养的重要目标之一，同时又是现代信息社会对高等教育提出的新要求[1]。近年来，大数据不断对社会各个领域产生深刻影响，无论是政府、企业、教育机构，还是广大民众数据意识都在逐步提高。技术变革教育，信息化带动教育现代化发展，大数据在教育领域发展应用也有着广阔的前景[2]。信息化高速发展，教育大数据的应用突出，对国家层教育政策科学化的制定、区域层教育均衡的发展、学校教育质量的提升、课程体系与教育效果的最优化以及个体的个性化发展都有着重要的影响，这对大学生个人能力也有了一定的要求，其中信息素养的提高和计算思维的培养也变得至关重要。教育大数据是什么？有什么价值？计算思维如何培养？又存在着哪些问题？本文将着重对这些问题进行探讨，从而得出教育大数据驱动下，大学生计算思维的培养方式。

一、教育大数据的定义与特点

1.教育大数据的定义

教育大数据则大数据的一个子集，特指教育领域的大数据[3]。目前还没有学者对教育大数据的概念做出严格的界定，通过各个学者对教育大数据的解析，我们可以理解为，教育大数据就是在整个教育教学过程中所产生的以及根据教育需要采集到的，一切用于教育发展并可创造巨大潜在价值的数据集合[4]。

2.教育大数据的构成与处理过程

从教育大数据的构成来看，主要来源于在线学习的数据，这些数据易采集，包括学习过程的行为数据、学习结果的数据、个人信息的数据等各个方面。而线下产生的课堂学习中的学习过程行为的数据、教师对学生学习过程评价的数据、教学管理中的数据等也都属于教育大数据的范畴，只是相较于在线学习的数据而言，线下的教育大数据的采集会更困难一些。当然按照不同层次来看，教育大数据的构成也可以由国家层数据、区域层数据、学校层数据、课程层数据以及个体层数据等五部分构成。由于教育大数据来源多样，数量庞大、格式不一，信息内容良莠不齐，所以对于教育大数据的处理一般需要四个基本过程：教育数据采集、处理、分析、呈现，其中教育数据的处理是教育大数据的核心环节。

3.教育大数据的特性

教育大数据是服务于教育发展的，具有教育的目的性，不是所有的一切数据都属于教育大数据，而数据之“大”也不是单指数据的数量之大，更多的强调的是“价值”之大。从教育大数据的特性来看，教育大数据同样具有大数据的核心特征：4V即数据量大（Volume）、输入和处理速度快（Velocity）、数据多样（Variety）和精确性（Ve-racity）。除此之外，教育大数据还有很强的周期性、整体性、非线性、高复杂性和巨大的价值。

二、计算思维的定义与特征

纵观科技史与科技哲学的发展，结合人类的科技创新实践活动来看，计算思维与理论思维、实验思维可并列为人类三大科学思维，计算思维是人类科学思维的基本方式之一[5]。

1.计算思维的定义与内涵

早在1996年麻省理工学院的一位教授就提出了计算思维的概念，然而当时它并没有引起很大的关注，国内对计算思维的研究起步较晚，2006年美国卡内基梅隆大学的周以真教授正式提出计算思维的概念，之后国内的学者才关注到计算思维的相关理论以及计算思维的价值意义[6]，他提出“计算思维是一种解决问题的思维过程，能够清晰、抽象地将问题和解决方案用信息处理代理（机器或人）所能有效执行的方式表述出来[7]。”计算思维的本质是抽象和自动化，即两个“A”，一个“A”是指是Abstraction（抽象），它是指计算思维可以同时在多个抽象层次上同时进行，并且抽象思维定义层次之间的关系。另一个“A”是指Automation（自动化），计算思维的思考方式是使抽象层次及其关系机械化，由于其符号和模型都是十分精确和严格的，所以其可行性特别高，接着就需要相应的一些“机器”来执行，这些既可以是人本身，也可以是计算机或者其他的，其优点就是计算思维建立在计算过程的能力和限制之上，由人由机器执行，计算方法和模型使我们敢于去处理那些原本无法由个人独立完成的问题求解和系统设计。举个例子来看计算思维，对100万个32位整数进行排序，面对如此庞大的数据量，如果用人工去计算，数据量是特别庞大的，我们可以选择用计算机算法来完成，我们采用冒泡排序则需要比较499999500000次，但是如果你运用计算思维，采用快速排序的方法只需要比较20000000次，比冒泡排序整整快了25000倍，这就说明，计算思维的使用，可以极大的提高我们的运算效率。但在这里我们需要明白的一点就是，计算思维是一种人类思维的组成部分，虽然有着计算机科学的很多特征，但是计算思维本身并不是计算机科学的专属，只是因为计算机的出现，給了计算思维的研究和发展带来了根本性的变化[6]。

2.计算思维的特征

计算思维具有六大特征：计算思维是概念化的思维、是根本的思维、是人的思维、是数学和工程思维的互补与融合、是思想，不是制品、是面向所有人、所有地方的思维。

2010年7 月在西安交通大学举办的首届“九校联盟（C9）计算机基础课程研讨会”（简称C9会议）上，发表了一篇相关声明，声明的核心要点是：必须正确认识大学计算机基础教学的重要地位，需要把培养学生的“计算思维”能力作为计算机基础教学的核心任务，并由此建设更加完备的计算机基础课程体系和教学内容，进而为全国高校的计算机基础教学改革树立标杆[8]。

三、教育大数据驱动下计算思维的培养方式

在传统的学习中，我们对于世界的认知是单一的、线性的，教育大数据的蓬勃发展，数据呈现出来数据量大、输入和处理速度快、数据多样、精确性、整体性、非线性、强周期性、高复杂性、高价值等特性，结合这些特性，为了从教育大数据中获取更多的价值，推动教育更好更快发展，数据的采集、处理、分析、呈现各个过程需要我们突破固有的学习思维与方式，形成更适应大数据时代发展的学习思维方式计算思维，运用计算思维来面对数据带来的挑战[9]。

目前，我国高等教育阶段，对大学生计算思维能力的培养也逐渐展开，大多数学校或者组织对于计算思维的培养主要是采用理论研究为主，实践研究为辅且主要是在计算机科学学科中进行的。在理论研究方面主要就是通过大学计算机基础的学习，了解计算思维有怎样的价值和意义，如何利用计算思维解决实际中的问题，进行大学计算机课程设计。在实践研究方面，多数以高等教育计算机科学学科课程为载体，在学习中融入计算思维，并通过实践数据分析来实现教学目标和效果[7]。

这种培养方式，对于大学生的计算思维能力的提升确实起到了一定的作用，但是其中也存在着一些问题：

1.教师缺乏运用计算思维教学的意识

由于我国对计算思维的研究起步较晚，计算思维受重视程度不高，所以教师在进行教学的时候，缺乏运用计算思维教学的意识，这种教学是无意识的，对受教育者而言，不能清楚的意识到计算思维的运用，有意识地、主动地、科学系统地开展计算思维教学，更有利于学生更好的了解计算思维，学习和掌握计算思维。

2.学生对计算思维的认识不足

計算思维发展至今，并没有一个严格的准确的概念界定，国内很多学者也有了自己的见解，人们普遍认为，计算思维是计算机应用能力之一，认为计算思维是机器的思维，对计算思维的认识从最初就有一定的偏差与不足。

3.将“计算”与“思维”分裂开

在计算思维培养的过程中，容易将“计算”与“思维”分裂开，以为计算思维是计算机的一种应用，忽略了它作为人类三大思维的本质，过度重视技术与应用的教学，注重软件和系统开发的过程与细节，忽略了引领计算机引用的思维[10]。

针对以上计算思维培养中所产生的问题，也给出一些建议：

1）提高对计算思维的重视

不仅是教师要提高对计算思维的重视，学校、学生也需要提高。在教学方面，教师要主动地、有意识地运用计算思维，例如在课堂引入部分创设真实的情景，渗透计算思维，设计相应的活动、问题，运用计算思维，多与实际情况相结合等[11]。

2）加强对计算思维理论的认识

只有加强对计算思维理论的认识，才能有更好的实践，才能在实际生活中熟练运用这种能力，做到真正的理解、认识、熟悉、掌握、运用。

3）将计算思维通过更多的方式进行传播

由于很多学校对计算思维的培养都是在计算机科学课程中展开的，所以人们忽略了它思维的作用，在今后的学习中，计算思维可以建立自己完整的课程体系，不单是依托于计算机科学，也可以在生物、化学、经济等各个方面展开，真正的成为一种普适的思维能力。

四、结论与展望

时代在发展，信息化脚步越来越快，教育的发展也在大数据的驱动下呈现出新的局面，未来的学习将是大数据驱动的新时代。未来教育也会产生新的变化，以前都是用经验说话，大数据时代我们将用数据来说话，用数据去进行决策、管理 。与此同时，我们也需要冷静的看待教育大数据，它并不是一种新鲜的事物，也不需要在任何情境下都用到它，它只是带来了新的思维，让我们的工具和视野发生了变化，通过利用、分析教育大数据，可以使我们对教与学的过程有更多的了解，也可以为我们提供新的方法和维度，但是应用分析最终还需要人的参与决策。

在教育大数据的驱动下，提升大学生的计算思维能力，不仅仅是适应教育的发展的规律，也是适应社会发展的需求。计算思维是信息社会学生解决问题的一种普适的基本能力，计算思维的培养，使得大学生的思维方式得到更广阔的发展，解析问题的能力得到提升，在面对教育大数据时，能够用一种清晰的、逻辑性更强的、抽象事物、构建模型、形成解决方案的思维框架，提升了解决问题的效率，节约了资源。未来我们更要形成良好的计算思维意识，由理论思维、实验思维逐步转变为计算思维，由无意识的计算思维转变成有意识地计算思维，主动地运用这种思维方式去解决问题。

参考文献

[1]钟志荣.地方院校大学生信息素养的培养途径与方法探讨[J].高教探索，2011（04）：138-142.

[2]杨现民，王榴卉，唐斯斯.教育大数据的应用模式与政策建议[J].电化教育研究，2015，36（09）：54-61+69.

[3]杨现民，王榴卉，唐斯斯.教育大数据的应用模式与政策建议[J].电化教育研究，2015，36（09）：54-61+69.

[4]大数据[EB/OL].https：//baike.baidu.com/item/%E5%A4%A7%E6%95%B0%E6%8D%AE/1356941？fr=aladdin.

[5]朱亚宗.论计算思维——计算思维的科学定位、基本原理及创新路径[J].计算机科学，2009，36（04）：53-55+93.

[6]李廉.计算思维——概念与挑战[J].中国大学教学，2012（01）：7-12.

[7]陈鹏，黄荣怀，梁跃，张进宝.如何培养计算思维——基于2006-2016年研究文献及最新国际会议论文[J].现代远程教育研究，2018（01）：98-112.

[8]何钦铭，陆汉权，冯博琴.计算机基础教学的核心任务是计算思维能力的培养——《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》解读[J].中国大学教学，2010（09）：5-9.

[9]王森.大数据时代研究生学习方式转变研究[D].西南大学，2017.

[10]龚沛曾，杨志强.大学计算机基础教学中的计算思维培养[J].中国大学教学，2012（05）：51-54.

[11]郑茜.信息技术教学中培养学生计算思维的策略研究[J].现代教育技术，2017，27（08）：121-123.