论文互联网时代计算思维对学生构建知识框架的积极影响，该文是互联网时代类有关论文写作资料范文与思维和互联网和框架相关论文写作资料范文.
王 璟
（浙江外国语学院 浙江 · 杭州 310012）
中图分类号： G642 文献标识码： A DOI： 10.16871/j.cnki.kjwhc.2018.09.018
摘 要 本文讨论的是互联网时代计算思维对社会的影响以及如何培养学生的计算思维能力.本文提出通过“计算—— — 抽象—— — 提高—— — 强化知识技能”几个互相联系的过程提高解决问题的能力,并且将这种思维方式转移到任何其他领域.这种思维方式能够帮助学生建立新的知识框架, 形成解决问题的方案, 并且能对其职业前途产生积极深远的影响.
关键词 计算思维 抽象思维 知识框架 解决方案
1 引言
随着计算机科学的产生并且其应用技术以惊人的速度发展, 计算机改变了人们的生活, 对社会经济以及各个方面带来了巨大的影响.早在 1973 年美国学者 Gotlieb 和Borodin 就在著作 《计算中的社会问题》 中预见了计算机科学对社会的影响 [1] . 此外, 随着计算机技术不断发展, 人们逐渐开始认识到计算机科学不仅提供了有用的软件和硬件产品, 更重要的是提供新颖思维的知识框架, 这种思维被称之为 “计算思维” . 每个人都可以从这种计算思维中受益. 计算思维被认为一种现代人基本的技能, 就如同阅读、 写作和算术一样.计算思维是解决问题、 设计系统和理解人类行为的一种方法, 它借鉴了计算机科学的基本概念.在当今世界蓬勃发展,计算思维必须是人们思考和理解世界的一个基本部分.对非计算机专业学生的这种计算思维能力的培养一直是当前教育缺失的一个环节,尤其是对文科学生缺乏这种思维的训练和培养,将会直接影响这些学生们在互联网时代的职业前景 [2] .
2 计算思维的定义
所谓 “计算思维” , 简而言之是指以一种计算机科学家一样的方式进行思维, 还有其他更加详细和专业的描述, 例如哥伦比亚大学的 Al Aho、美国国家科学基金会的 JanCuny 和华盛顿大学的 Larry Snyder 等人给出“计算思维”的确切定义为： 计算思维是一种思维过程, 这种思维方式包括首先是一个问题的产生,然后形成一种人或计算机能有效地执行的解决方案,使解决方案以一种可以由信息处理*有效执行的形式表示.所以计算思维不仅仅是提供一个具体解决问题方案,而且是一种对于问题的解决进行框架结构的规划.
为了提高学生的计算思维能力,培养学生们抽象思维是关键.计算机科学涉及的是抽象的自动化过程.因此, 计算思维过程中最重要和最高级的思维过程就是抽象过程.抽象用于定义模式和模型,能够对特定实例进行泛化和参数化, 就是将一个泛化模型代表一类实例对象.抽象能够准确捕捉一组对象的基本属性,同时隐藏这组对象之间不相关的区别.比如对算法的抽象归纳为： 对输入执行一系列步骤, 并产生满足预期目标的输出结果, 这种抽象就是获取了解决各种问题算法的基本属性,隐藏了对不同处理对象的区别.在程序设计过程中, 为了提高软件的复用性, 经常需要设计一些抽象的数据类型,抽象数据类型定义了一组抽象的值和进行加工处理这些值的抽象操作,隐藏了用户对抽象数据类型的实际值.设计抽象数据类型是设计高效算法的重要部分.
抽象方法给学生提供了扩展和处理复杂性问题的能力.通过应用抽象的递归思想, 学生可以构建越来越大的系统,例如对于计算机科学来说再大的系统也是建立在对位的递归扩充方式上.在计算过程中按照抽象层来构建系统,允许一个阶段只重点关注一个层,同时兼顾相邻层之间的接口关系.高级语言编写的程序就是建立在抽象层的基础上的.所以在编写程序的时候就不必关心底层硬件、 操作系统、 网络和文件系统等细节, 并且编写好的程序交付给编译器来实现程序的语义.计算机科学也被定义为 “抽象的机械化” .所以计算思维被认为是解决问题、 设计系统和理解人类行为的一种方法, 它借鉴了计算机科学的基本概念.在当今世界蓬勃发展的背景下,计算思维必须是人们思考和理解世界的一个基本部分.
3 计算思维对其他学科的影响
计算思维已经影响到所有科学和工程学科研究的日常工作事务.几十年前人们就开始使用计算进行建模和仿真工作, 如今随着理论和实验水平的不断发展, 可以使用计算机进行数据挖掘和机器学习, 并且能对海量数据进行分析.计算一直以来被认为是科学方法的三大支柱之一（培根创立实验归纳法、 笛卡儿创立数学演绎法、 伽俐略的数学与实验相结合的计算法） .
在生物学领域领域的研究中, 通过利用计算机使用 “鸟算法” 快速演算出人类基因序列, 唤起了生物界对计算概念的兴趣（例如算法和数据结构、大规模吞吐量的并行计算） , 而不是仅仅对计算机工具感兴趣.计算思维使移植外科医生能够认识到,通过优化捐赠者和接受者之间的器官交换, 可以挽救更多的生命.它使新的药物设计得以分析,从而减少产生耐药菌株的可能性.艺术家在计算和表达自己的工具时,可以创造全新的人类体验模式.互联网的用户, 当他们具备抽象思维的能力, 可以获得更高级别的隐私技术和上网安全.
科学家和工程师们通过仪器、 实验、 模拟和人群采集都将会获取大量的数据, 这些数据都要求被快速分析、 存储和检索甚至可能要进行可视化处理,科学家和工程师们需要有新的计算抽象方法用来对多维复杂系统进行建模和分析. 计算思维也开始影响科学和工程以外的学科和专业. 例如, 比较活跃的研究领域包括算法医学、 计算经济学、 计算金融、 计算法学、 计算社会科学、 数字考古学、 数字艺术、 数字人文科学、 机器翻译和数字新闻.将数据分析是用来训练新兵, 检测垃圾邮件和信用卡欺诈, 推荐的电影和书籍, 排名服务的质量、 在超市进行结算时使用个性化的优惠券等.卡内基梅隆大学的计算思维中心正在通过一系列探索性问题导向研究,以展示计算思维在广泛领域的计算能力的力量和价值, 计算思维不仅适用于计算机科学家, 也适用于所有人.
4 计算思维的教育和发展
计算思维教育在欧美开展较早,计算思维的概念不仅仅是指计算机科学. 2009 年 5 月, 计算机科学思想领导人在美国国会山举行了一个活动,号召决策者确保计算机科学被纳入所有联邦资助的教育项目. 2012 年 1 月, 英国皇家学会发表的一份报告中描述, “计算思维”提供了一种有效洞察自然和工程系统中信息处理方式,所以每个孩子都应该确保有机会在学校接受计算思维的训练.我国计算思维方面教育的改革也经历了类似于美国和英国的阶段.随着计算机技术的飞速发展和 “互联网 +” 时代的到来, 各所大学都正在重新审视学校计算机科学的课程体系.各个学校在课程设置上要更加注意全面涵盖基本原理和概念,而不仅仅是编程技能, 这样可以使得学生能更加具有发展的潜力.当前计算思维、实验思维和逻辑思维在现代科学领域呈现三足鼎立之势,在科学工程以及社会经济技术领域都具有独特的意义和无可替代的地位.这三种思维各有所长, 各有所重, 结合起来形成了人类认识世界和改造世界的强大工具.通过计算思维的训练和培养,对提高学生计算模型的建模和信息处理等方面的能力会有巨大的促进作用.这几个相关模块之间的抽象、 应用、 概念关联和规律发掘过程, 都离不开计算思维.教育界沿着所有的维度方向已经走过了漫长的道路,计算思维已经影响了许多其他学科和许多专业领域的思维模式；计算思维通识教育改进了计算机科学入门课程, 在整个社会范围内普及了计算思维的教育标准.当前越来越多的学科通过使用计算机来取得学术上的进步.越来越多的专业人员依靠计算机来从事商业活动,越来越多的学院和大学要求开设计算机科学导论课程.同时要重视向非计算机学科学生灌输计算思维方式,这种思维方式会对其职业前途有积极深远的影响,所有这些努力的效果都会在未来职业生涯中显现出来.
5 总结和展望
随着互联网和移动计算的迅猛发展,便携设备的广泛使用, 计算机的规模迅速增长, 互联网的繁荣正刺激着各种各样的计算机专业人才的需求.这会进一步引发更多人的兴趣, 尤其是有些人可能虽然没有计算机科学背景, 但对技术比较感兴趣.需要强调的一点是： 计算思维、 计算机科学和计算机编程之间是有区别的.从事不同领域工作的人们都可以利用计算思维这一有力的工具改变世界.计算思维是一种新的认识, 帮助人们建立新的知识架构, 形成自己解决问题的方案, 在当今世界蓬勃发展的背景下, 每个人都需要计算思维.
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参考文献：
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