力网理论与大学生计算思维能力培养探讨.doc
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1、力网理论与大学生计算思维能力培养探讨 摘 要: 我国高校教育的持续改革,促使计算机基础课程教学已不仅局限于软件工具的开发使用,而逐步扩展到培养学生的计算思维能力。围绕计算思维能力的培养,从研究层面阐述了“力网理论”与计算思维的关系,分析了计算思维的内涵与外延,提出了大学生计算思维能力的培养策略。 Power Network Theory and computational thinking ability training of college students Chen Ye, Qin Xiaoqun (Hunan Internation Economic University, Colle
2、ge of information science and Engineering, Changsha, Hunan 410205, China) Abstract: With the development of education reform in colleges and universities, basic computer courses teaching is not limited to develop and use of software tools, but gradually extended to cultivating computational thinking
3、 ability of students. This paper from the aspects of research in the Power Network Theory and computational thinking, with the analysis of the computational thinking extension, proposed the strategy of cultivation of college students computational thinking ability. Key words: Power Network Theory; c
4、omputational thinking; college computer basic education; reform in education 0 引言 2006年3月,美国周以真(Jeannette M. Wing)教授提出了“计算思维”一词后,迅速得到了国际学术界的广泛认同和采纳,很快成为当今国际计算机界广为关注的一个重要概念同时也成为了计算机教育重点研究的课题。2010年11月,陈国良院士在第六届大学计算机课程报告论坛上所作的报告中第一次正式提出了将“计算思维能力培养”作为计算机基础课程教学改革切入点的倡议1。这一倡议迅速得到了国内计算机基础教育工作者的响应,以培养学生计算思维
5、能力为重点的高教改革在国内悄然兴起,并收获了大量研究成果。然而,计算思维从何而来,它究竟是一种什么样的思维,它具有什么样的原理和特征,如何在教学中培养计算思维等问题仍然没有解决2。通过学习和研究,笔者认为,计算思维是一种创造性思维,通过对学生计算思维的培养,旨在培养学生了解世界,认识事物,认识自然的能力,从而开发学生的创造性思维,以期达到不断创新的目的。 为了进一步理解计算思维之内涵,笔者通过学习“力网理论”,系统论,万有引力定律、马克思主义哲学、思维科学,事物普遍联系原理等理论,进一步加深了对计算思维内涵及外延的认识。本文结合国情,探讨培养学生计算思维能力的策略。 1 力网理论与计算思维 2
6、012年,刘合群在中国基础科学杂志发表了“宇宙力网理论的建立对宇宙、人体、疾病新认知”的论文,提出了“万物俱在网”的新概念。认为“存在即力,联系即网”。有力就有网,力中有网,网中有力,力与网无法剥离,两者夹揉浑然一体”。这也就是“力网理论”所阐释的思想内涵3。牛顿万有引力定律认为:“任意两个质点通过连心线方向上的力相互吸引。该引力的大小与它们的质量乘积成正比,与它们距离的平方成反比,与两物体的化学本质或物理状态以及中介物质无关”。即宇宙及宇宙间存在着万有引力。从牛顿提出“万有引力定律”开始,我们就认知到:事物只要存在,在客观上力的作用就已经发生了。力虽然无形,但它却在无形中作用着整个宇宙3。
7、用力网理论研究计算思维:计算即力,思维即网。计算不仅是数学的基础技能,而且是整个自然科学的工具。其广义的计算包括数学计算,逻辑推理,文法的产生式,集合论的函数,组合数学的置换,变量代换,图形图像的变换,数理统计等,还包括人工智能,问题求解,图论的路径问题,网络安全,代数系统理论,上下文表示感知与推理,智能空间等,甚至包括数字系统设计,软件程序设计,机器人设计,建筑设计等设计问题。计算既是人类适应自然、征服自然的基本技能,更是改造自然、促进社会发展的一种科学工具。然而,无论何种计算都存在着力,产生这种计算的思维就存在着网,这张思维的网联系着计算的每一环节,渗透到计算的每个部署,使每一计算过程,每
8、种计算方法环环相扣,步步相连,融会贯通。宇宙间的任何一种计算及其产生计算的思维之间都发生着联系,这种联系即构成了网。有计算就有思维,有力就有网,力中有网,网中有力,力网共生又共存,彼此无法分割。计算是一种技能、工具,是一种工作方式,称力。思维是人体脑细胞对客观现实所产生直接和间接的反映,它反映的是事物的本质和事物间规律性的联系,称网。计算思维也是一种力网关系。因此,计算思维可以用力网理论进行分析、研究。 2 计算思维的内涵外延 有关计算思维的定义云云种种:计算思维是计算机、软件及计算机相关科学中的科学家和工程技术人员的思维模式;是运用计算科学的基础概念进行问题求解,系统设计及人类行为理解等函盖
9、计算机科学之广度的一系列思维活动1。狭义的计算思维是指计算学科之计算思维,以面向计算机专业人群的生产、生活等活动为主。泛泛地讲,狭义的计算思维是基于“计算机”,以及以计算机为核心的系统的研究、设计、开发、利用活动中所需要的一种适应计算机自动计算的“思维方式”,使人机的功能在互补中得到大力提升。从这个意义上讲,计算机相关的很多“东西”都可以被“计算思维”一词涵盖4。周以真教授认为计算思维“是一个明确问题和制定解决方案的思维过程,由此解决方案就可以表示为能够被信息处理代理有效执行的形式”5。 2.1 计算思维是人类的一种本能 思维是自然界动物的一种基本功能,也是人类受大脑支配的一种特有的高级精神活
10、动。其工作模式是对信息进行的能动操作,如采集、传递、存储、提取、删除、对比、筛选、判别、排列、分类、变相、 转形、整合、表达等。按马克思主义哲学的观点,思维主体主要指人,思维客体指主体思维的对象,包括人自己。思维的过程就是在表象、概念的基础上进行分析、综合、判断、推理等认识活动的过程。科学思维分为理论思维、实验思维和计算思维三大类。计算思维又称结构思维,是一种思维模式。计算思维无处不在,当计算思维真正融入人类活动的整体时,它作为一个问题解决的有效工具,人人都应掌握,处处都会被使用6。因此,笔者认为,从人类发展的视角来看,计算思维不能仅局限于计算学科及计算机相关活动,而应扩展为人类在自然界生存和
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