计算思维培养的作用与方法研究

张淑辉

（武警工程大学，陕西 西安 710086）

0 引言

随着“计算思维”概念的提出与发展，计算思维已经逐渐成为计算机领域专家学者关注的重要课题。计算思维已经渗透到每个人的生活当中，其蕴含的思想、方法对许多领域都有着非常深远和重要的影响。全国各大高校有的已经开设了计算思维的相关课程，有的则在原有计算机课程的基础上设计了相应的计算思维教学模块。计算思维的培养对人才培养具有重要意义，有助于提升其内驱力和创造力。因此，如何引导学习者完善和提高计算思维，是当前高校教育中一个需要深入研究的重要课题。

1 计算思维培养的发展需求

“计算思维”是由美国卡内基梅隆大学原计算机科学系主任周以真教授于2006年提出并定义的概念[1]，是指运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动，由人和计算机协同配合执行。计算思维是一种基础且强大的能力，它能够解决许多在计算机出现之前无法解决的问题。在计算机学习过程中，有意识地去培养和锻炼计算思维有助于培养分析问题和解决问题的能力。

随着计算机技术不断发展，计算思维的内涵也在不断丰富，不再局限于计算机学科和专业，而是跨学科跨专业综合培养，其在计算数学、计算物理、计算化学等交叉科学已得到了广泛的应用，并推动整个知识体系的发展。许多专家学者都认为计算思维是现代学习者的核心能力之一，与阅读、写作、算术等基本技能同样重要，是人才发展核心能力的重要组成部分，对其教育重视程度决定了未来国家科技发展的水平。

但是，很多人在计算机学习过程中对计算机应用的理解较为狭隘，不仅对计算机学习的重视程度不高，而且缺乏转化计算思维的各种方法和技巧，无法将计算思维应用于解决实际问题，所以针对计算机学习中计算思维的培养与锻炼是我们当前需要高度重视的问题。在未来，社会对计算机人才的需求越来越大，计算思维的培养会越来越受到国家的重视，培养模式也将由过去潜移默化的自我革新转变为科学高效的教育培养，并开设相对应的基础课程，以提高学生解决实际问题的能力和创造能力[2]。

2 计算思维培养的作用

计算思维不单单是利用计算机解决问题的一种思维方式，而是如何通过使用计算机强化自己的认知能力。因此，计算思维代表着一种普遍的认识和一类普适的技能。培养计算思维，有助于培养和提高人们的综合能力。

2.1 有助于培养利用计算机分析和解决问题的能力

计算机的实质是一种解决问题的工具，我们能否熟练地使用工具将决定我们能否快速地解决问题。合理的人机配合，可以提高处理问题的效率，特别是在遇到纷繁复杂、较大规模问题的时候。在日常的学习生活中，我们通过计算机快速高效解决问题的同时，深深感受到运用计算思维设计解决问题的方便快捷。

人的知识和经验具有局限性。在解决问题之前，借助于网络中海量的资料，利用计算机分析出问题存在的无限可能性，可以帮助人们得到大量有关问题的信息，制定多种解决问题的方案。通过分析和研究，人们将其转化为可计算问题，并选择可靠的算法让计算机去解决问题，计算机负责执行计算任务。

计算思维让我们解决问题的能力进一步得到提高的同时，拓展我们的知识面，便于更好地掌握与应用知识。在程序编写中逐步提高计算思维，当计算思维在我们的脑海当中根深蒂固的时候，我们在第一时间就会想到使用计算思维的方法去解决我们所遇到的问题。当我们再遇到类似问题的时候，就不用重复思考解决方案，而是直接拿出我们已经设计好的算法，通过简单的修改，就能够解决当下的问题。

2.2 有助于培养基于网络的协同能力

计算思维整合群体的力量可以解决复杂的实际问题，并提高计算机系统的可靠性。当我们遇到一个复杂而又庞大的系统问题，个人能力无法解决时，我们可以结合计算机将复杂的问题分配给网络中的其他计算机，将大型问题划分为一个个小型问题，或者将其中我们无法解决的部分通过网络寻求其他人的帮助。

2.3 有助于培养信息社会下的终身学习能力

终身学习能力的重点是学会学习，也就是获取知识并应用知识的能力，与计算思维的内涵不谋而合。在信息社会，计算机网络的迅速发展使学习知识的地方不单单止于学校，通过手机、电脑等设备，学习者无论何时何地都可以学习。教学观念、教学模式迎来了重大改革，网络教育已然成为一种常态，形成了人们终生学习的体系。拥有计算思维不仅能使学习者更好地掌握学习内容，反思内化，还能使学习者对自己的学习过程进行自我指导和自我控制。

计算思维打破了时间和空间的距离，充分调动了社会公共资源，让终身学习变得更加容易。基于计算思维的终身学习不仅是计算思维的培养方法、应用方法，同时为学习者提供更多的学习方法，让学习者运用高效率的学习方法随时随地进行自主的学习，有助于更合理高效地进行有效信息的整合和知识体系构建。

3 计算思维培养面临的问题

计算思维培养所面临的最直接的问题就是学习者在计算机的学习中没有意识到计算思维的培养。在现阶段的计算机学习中，学习者处于无意识的状态，既没有预定的学习目标，也不对学习过程有明确的要求。学习者获得的是零碎的计算机经验和很容易被遗忘的计算机知识，而不是计算思维的培养，导致目前计算思维培养面临着很多问题亟待解决。

3.1 对计算思维的培养处于无意识状态

在计算机学习过程中，很多的学习者事先没有意识到计算思维的存在，或者是简单地看待计算思维，在计算思维的培养方面没有发挥主观能动性，不能对计算思维全面地研究。遇到使用计算机能够快速解决的问题，往往第一时间不能联想到使用计算机。当使用计算机快速地解决问题时，却不知其所以然。无意识计算思维的培养虽然有着重要的作用，但是因为缺乏目的性、意志努力和带有片面性，掺杂偶然的因素，所以并不能帮助学习者建立科学系统的计算思维。

3.2 重视技巧与方法的学习，忽视思维的高度

在计算机学习中，学习者容易把计算思维与编写程序的概念相混淆，往往只重视解决问题的方法和技巧，忽视解决问题的思考方法。问题得到解决后，也不会去深入研究问题背后存在的客观规律，一旦遇到新的问题，可能会无法解决，缺乏创新性解决问题的能力。

此外，还有部分学习者单纯地认为掌握专业需要的基本软件操作能力即可，不重视掌握一些思维方式和思维技巧，培养自己的计算思维和各种能力。长此以往，没有计算思维支撑的死知识很快就会面临淘汰，当面临新一代的软件应用或需要新的知识储备的情况时，学习者就会束手无策，无法满足社会对人才强大能力的需求。

3.3 急功近利的计算思维培养

在计算思维的培养中还存在着矫枉过正的现象，很多人为培养计算思维刻意将计算机应用与计算思维的培养分割成两个方面。学习者在探索计算思维的阶段，对计算思维的理论重视程度过高，而对计算思维的应用却一带而过。这其实是一种舍本逐末的行为。学会如何利用计算思维去分析和解决问题才是计算思维培养的终极目标。计算思维的培养应该落到实处，脱离实际的计算思维只能算是纸上谈兵。

4 计算思维培养的方法

培养和锻炼计算思维，并非是要将计算思维的概念和内容牢记于心，也不是将计算思维当成我们学习的主要内容，而是需要深入地领悟计算思维的思想、方法所在，让其成为解决问题的普适思想。因此，计算思维的培养可以从计算机应用、专业需求以及解决问题的过程等多个方面入手，形成一个全面、科学的培养体系。

4.1 在计算机应用中培养计算思维

计算思维本来就隐藏于所学的计算机知识当中，而培养计算思维的最终目的也是为了能够熟练地应用计算机解决将来遇到的各种各样的问题。因此，我们应该将计算思维的培养落到实处，在计算机应用中培养计算思维。

在实际的工作生活中，我们可以从具体的实践中升华计算思维，潜移默化，逐渐内化为学生的一种思维习惯，使之成为解决问题的思维模式。例如在使用递归算法时，可在学习相关概念后，了解递归算法就是计算思维，用递归的思想解决很多较为复杂的问题，如汉诺塔问题、旅行商问题等。

此外，在计算机应用的过程中，我们还需要根据技术的发展、学习的深入或者自身专业的要求，从计算机知识中吸收我们所需要的营养，加入个人的理解，融入个人的需求，逐步构建出属于自己的计算思维体系，并内化为一种思维习惯。例如在面对海量数据处理的问题时，应用“大数据”技术对数据进行加工，从大量数据中提取出我们需要的信息。

4.2 从专业需求出发培养计算思维

计算思维给学习者带来的是一种强大而普适的能力，很多计算时代之前无法解决的专业问题都能通过它解决。目前，“计算思维＋专业”的交叉融合成为专业学习的重要趋势，突破了单一专业的局限，成为知识创新的主要领域之一。计算思维本身蕴含了很多思想、技术和方法，我们参照各专业学科的知识体系，将专业问题转化为计算机可以解决的问题，自然而然地把计算思维的思想融入专业领域。

4.3 从解决问题的过程中培养计算思维

人们在学习和工作的过程中往往会遇到各种各样的问题，而解决问题则可以达到自我提高的效果。一般情况下，我们在分析问题的时候会运用概念图、模型图、流程图、思维导图等把本来不可见的思维过程呈现出来，这已经属于计算思维培养的初始阶段了。一旦这种可视化的方法在人们的脑海中形成对计算思维的初步印象，那么接下来在解决问题的过程中，我们便可以运用这些解决问题的思路，找出问题答案。而且，当我们得到结论后，不能仅满足于现有的结果，还应该回过头反思解决问题的过程，有没有更加简洁快速的方法，或者解决问题的关键步骤是什么，从而驱动计算思维的进一步提升。因此，在解决问题的过程中培养计算思维，既可以让最初具备的计算思维得到充分锻炼，还能够通过反思让其得到更有效的发展和提升。

5 结语

培养计算思维，不仅有助于培养人们利用计算机分析和解决问题的能力，还有助于培养人们基于网络的协同能力，甚至有助于培养人们在信息社会下的终身学习能力。但是现阶段人们对于计算思维的培养还处于无意识状态，在计算机学习过程中只是注重技巧与方法的学习，而忽视思维的高度。还有很多人为培养计算思维刻意将计算机应用与计算思维的培养分割成两个方面。因此，我们不仅要重视计算思维培养，更要重视培养方法。通过论证，计算思维的培养可以从计算机应用、专业需求以及解决问题的过程等多个方面入手，形成一个全面、科学的培养体系。