从程序设计到计算思维

程序设计课程中计算思维和应用能力培养问题研究摘要：针对非计算机专业学生对程序设计课程重视程度不够，从概念到知识再到知识运用能力的过渡脱节等问题，以c语言课程为例，结合教学实践，对计算思维和应用能力培养相关问题进行深入探讨，提出以“培养普适思维”激发学生兴趣，以“成就感”维持学生良好学习状态，从原理性内容出发把握概念讲解的深度和广度，以及能力培养一切从设计出发等教学建议和教学方法，以期对非计算机专业程序设计课程改革有所启发。

关键词：程序设计课程；非计算机专业；计算思维；应用能力0.引言计算机程序设计课程如何从应试教育向应用能力培养转变已是老生常谈。

国家教委高教司《对加强工科非计算机专业计算机基础教学工作的几点意见》中提到，计算机技术基础这一层次教学的主要任务是“使学生掌握计算机软、硬件技术的基础知识、基本思想和基本方法；培养学生利用计算机处理问题的思维方式和利用软、硬件技术与先进工具解决本专业与相关领域中一些问题的初步能力”。

多年来，经过一线教师和教学研究者大量的探索和实践，通过多层次、多方面的改革，计算机程序设计课程的教学和培养效果在逐步改观，但就学生对计算机语言的综合应用能力来说，距离最终的培养目标还有一定距离。

若干年来对非计算机专业学生的问卷调查以及持续追踪访谈显示，现实中真正理解计算机算法和程序设计内涵的学生只有少数；而在真实应用场景下，能主动或潜移默化地使用计算思维并成功解决专业问题的学生更是凤毛麟角。

显然，在计算思维渗透和计算机程序语言应用能力培养方面，一线教师和教学研究者还有很大的努力空间。

1.存在的问题（1）对学生学习程序设计语言课程的思想和动机还需进一步引导。

很多非计算机专业特别是非信息类专业的学生认为程序语言的学习与自身专业无关，只是为了拿到学分而学习，依靠背习题、背程序来达到通过考试的目的。

针对这样的问题，一般的做法是在教学内容和教学方法上将学生的专业知识和程序设计课程教学相结合，建立面向专业的教学模式。

计算思维一．计算思维的定义计算思维是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。

进一步地定义为：1．通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个看来困难的问题重新阐释成一个我们知道问题怎样解决的方法；2．是一种递归思维，是一种并行处理，是一种把代码译成数据又能把数据译成代码，是一种多维分析推广的类型检查方法；3．是一种采用抽象和分解来控制庞杂的任务或进行巨大复杂系统设计的方法，是基于关注分离的方法（S oc方法）；4．是一种选择合适的方式去陈述一个问题，或对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法；5．是按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式，并从最坏情况进行系统恢复的一种思维方法；6．是利用启发式推理寻求解答，也即在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法；7．是利用海量数据来加快计算，在时间和空间之间，在处理能力和存储容量之间进行折衷的思维方法。

计算思维吸取了问题解决所采用的一般数学思维方法，现实世界中巨大复杂系统的设计与评估的一般工程思维方法，以及复杂性、智能、心理、人类行为的理解等的一般科学思维方法。

二．计算思维的深层次理解1．计算思维的优点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。

2．计算思维的内容计算思维最根本的内容，即其本质（Essence）是抽象（Abstraction）和自动化（Automation）。

计算思维中的抽象完全超越物理的时空观，并完全用符号来表示，其中，数字抽象只是一类特例。

与数学和物理科学相比，计算思维中的抽象显得更为丰富，也更为复杂。

数学抽象的最大特点是抛开现实事物的物理、化学和生物学等特性，而仅保留其量的关系和空间的形式，而计算思维中的抽象却不仅仅如此。

操作模式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。

计算思维概念知识点总结计算思维概念知识点总结计算思维是一种关于解决问题和处理信息的思维方式，强调运用信息技术和计算方法来分析和解决问题。

随着智能时代的到来，计算思维的重要性日益凸显，对于培养创新能力和解决实际问题具有重要意义。

本文将综述计算思维的相关概念和知识点，包括算法思维、抽象思维、系统思维、逻辑思维、创新思维等。

一、算法思维算法思维是指从问题到解决方案的过程中，通过设计和运用算法的思维方式。

算法思维强调问题的分解和解决方案的设计，需要具备分析问题的能力和设计解决方案的能力。

对于初学者而言，可以通过学习和实践编程来培养算法思维，掌握常见的算法和数据结构。

二、抽象思维抽象思维是将事物或问题的共性和关键特征抽取出来，形成概念和模型的思维方式。

抽象思维能够帮助我们理清事物之间的关系和逻辑，从而更好地分析和解决问题。

在计算思维中，抽象思维常见于问题建模、问题转化和解决方案的设计过程中。

三、系统思维系统思维是指从整体和结构的角度来看待问题，考虑事物之间的相互关系和影响。

系统思维能够帮助我们发现问题的本质和内在规律，从而提出更好的解决方案。

在计算思维中，系统思维常见于设计复杂系统和优化方案的过程中。

四、逻辑思维逻辑思维是指按照严谨的逻辑和推理方式来分析和解决问题的思维方式。

逻辑思维能够帮助我们通过推理和演绎来验证和证明问题的正确性，从而提高问题解决的准确性和效率。

在计算思维中，逻辑思维常见于设计算法和程序的过程中。

五、创新思维创新思维是指突破传统思维模式，寻找新的解决方案和方法的思维方式。

创新思维能够帮助我们发现和解决问题的新角度和新思路，从而提出更具创新性和独特性的解决方案。

在计算思维中，创新思维常见于设计新的算法和应用的过程中。

六、综合运用在实际问题解决中，计算思维的不同思维方式往往需要综合运用。

例如，在解决一个复杂问题时，可以先通过系统思维分析问题的整体结构和关键因素，然后运用抽象思维和算法思维进行问题建模和解决方案的设计，最后运用逻辑思维验证解决方案的正确性。

计算机与多媒体技术Computer And Multimedia Technology电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering 高校学生程序学习中计算思维的培养杜佳慧(山西应用科技学院山西省太原市040000 )摘要：本文基于当前高校学生在程序学习中遇到问题，将计算思维的相关思想和方法融合到具体的课程应用中，培养学生在程序学 习过程中的计算思维能力，提高分析和解决问题的能力。

关键词：程序学习；计算思维；计算机程序1引言2006年3月，美国卡内基••梅隆大学计算机科学系主任周以 真教授在美国计算机权威期刊杂志上首次提出了计算思维的概念。

周教授认为：计算思维时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。

计算思维的概念一经提出，立刻引起了各界的关注，国内外 几乎同步关注到计算思维的研究以及对大学计算机教育带来的潜在 影响，如何将计算思维的理念融入到计算机教学中，培养学生的计 算思维能力是计算机教学研宂和改革的焦点。

基于各界专家学者关 于“计算思维”的研究背景，我们来探究一下在高校学生的程序学 习中如何将计算思维融入其中，提高学生的分析和解决问题的能力。

2高校学生程序学习的现状当代的大学生们基本是出生在2000年左右的“00”后，而当 时社会M络时代己经到来，信息化基本己经应用到生活的方方面面，他们从小学开始就己经在接触计算机，对于他们而言，计算机的基 本知识和应用已经非常熟悉，而计算机专业中的核心课程程序学习 这部分的内容需要很强的逻辑能力、抽象性较强，难以理解，对于 学生而言会有些陌生。

以C语言程序设计为例，学生们在刚接触的 时候，前几章的内容还比较简单，出于对新鲜事物的好奇，学生们 还有极大的学习热情和学习兴趣，但随着后面几章出现函数、指针 和文件操作等内容，知识难度和抽象程度越来越大，学生们的学习 兴趣和热情逐渐消减，很多学生遇到难题不会尽力解决或者采取直 接放弃的态度，学生的学习效率极其低。

在 Python算法与程序设计教学中落实计算思维培养摘要：python算法与程序设计是八年级上册的教学内容，这一部分的内容比较抽象，学生难于理解与掌握，但对于培养学生的逻辑思维、计算思维有着重要的作用。

要明确计算思维特征，以培养学生的逻辑思维与计算思维能力为教学目标，恰当运用游戏法、任务驱动法与合作探究法教学方法，让学生经历程序设计解决问题的一般过程，提升学生解决问题的能力，实现培养计算思维目标落到实处。

关键词：初中python;算法与程序设计;计算思维;教学方法;培养。

过去旧教材，初中信息技术课程教学一般都是以“实践操作”为主，学生所收获的是“模仿”与“练习”，对培养学生的计算思维甚少，新教材八年级上册的“python算法与程序设计”课程教学内容则有助于培养学生的计算思维。

下面主要从几个方面来阐述初中《python 算法与程序设计》计算思维的培养。

一、初中新教材Python算法与程序设计课程起点和高度。

Python语言目前是一种比较流行的面向对象语言，从初中到大学都分不同深度，不同层次、不同阶段的学习。

初中python教材内容总体上要求学生掌握用自然语言、算法语言或流程图来描述算法的方法，能掌握三种程序设计结构，掌握简单的编程、调试和运行程序，解决日常生活问题，这些都是属于最基础的内容。

所以初中python教学内容的定界是体验和简单应用，而不是系统开发，也不是培养IT行业的从业者。

由于课时有限，在教学过程中尽量使用简单的代码能解决的就力求不使用教材之外复杂的函数或第三方库的方式，这样就可以避免知识面过大，这样就更好培养学生计算思维。

二、明确Python算法与程序设计课程的教学目标定位初中python语言教学的总体目标主要是通过学习“python算法与程序设计”来培养学生的逻辑思维与计算思维能力。

逻辑思维一般都是以数学推理和演译从而得出的结论，靠的是数学推理或成型的数学公式。

比如：A>B,B>C,从而可以推出A>C。

计算机程序设计课程中计算思维能力的培养于晓强;赵秀岩;闫丕涛【摘要】How to cultivate students＇ capacity for computational thinking during the teaching process of Computer Programming,is one of the basic goals of computer fundamental education.Considering the statuses of syntactic structure of Computer Programming and unre%如何在计算机程序设计课程教学中培养学生的计算思维能力,是计算机基础教学的基本目标之一。

针对计算机程序设计课程的语法结构和案例分散现象,本文提出＂项目贯穿、循序渐进、思维训练＂的指导思想,介绍培养学生计算思维能力的教学方法和教学手段。

【期刊名称】《计算机教育》【年(卷),期】2011(000)013【总页数】4页(P18-21)【关键词】计算思维;项目贯穿;循序渐进;计算机程序设计【作者】于晓强;赵秀岩;闫丕涛【作者单位】大连工业大学信息科学与工程学院,辽宁大连116034;大连工业大学信息科学与工程学院,辽宁大连116034;大连工业大学信息科学与工程学院,辽宁大连116034【正文语种】中文【中图分类】G642在《中国高等院校计算机基础教育课程体系(CFC)2008》中，提出对大学生计算机应用能力的三大要求：操作使用能力、应用开发能力和研究创新能力[1]。

操作使用能力主要在第一门课程大学计算机基础中实现，后两种能力则主要体现在第二门课程计算机程序设计上。

CFC 2008将学习目标确定成：1)学习问题求解的思路和方法，即算法。

2)理解计算机是如何具体实现算法的，即如何才能有效地利用计算机编程。

在大部分高校中，C语言程序设计是非计算机专业理工科学生的一门必修课程。

计算思维在C语言程序设计教学中的应用【摘要】计算思维在C语言程序设计教学中的应用对学生的发展十分重要。

通过培养学生的逻辑思维能力，提高学生的问题解决能力，加深对编程知识的理解，提升学生的编程技能，以及促进编程教学的创新发展，可以使学生更好地掌握C语言程序设计的技巧和方法。

在教学中，老师可以通过各种方式引导学生运用计算思维解决问题，不仅可以提高学生对编程知识的理解和掌握程度，还可以培养学生的创新能力和实践能力。

通过计算思维的应用，学生能够更加熟练地运用C语言进行程序设计，从而为他们未来的学习和工作奠定坚实的基础。

计算思维在C语言程序设计教学中的应用是教学实践中不可或缺的一环，对提高教学质量和学生综合素质的提升具有积极的意义。

【关键词】计算思维、C语言程序设计、教学、逻辑思维、问题解决能力、编程知识、编程技能、创新发展、结论1. 引言1.1 计算思维在C语言程序设计教学中的应用计算思维在C语言程序设计教学中的应用是现代教育教学中的重要组成部分，它不仅仅是学习编程语言的工具，更是培养学生逻辑思维能力、提高问题解决能力和加深对编程知识理解的重要途径。

在计算思维的引导下，学生可以更好地理解问题的本质，进行问题的分析和解决，从而提升自己的编程技能。

计算思维的应用还可以加深学生对编程知识的理解。

在C语言程序设计教学中，学生不仅要学习语法规则和技术规范，还要通过实际编程实践，深入理解编程的本质和原理，从而更好地掌握编程技能。

计算思维在C语言程序设计教学中的应用是非常重要的。

它不仅可以提升学生的编程技能，还可以促进教学的创新发展。

通过引导学生进行计算思维的训练，可以培养出更多具有创造力和解决问题能力的优秀程序员，为未来的科技发展做出更大的贡献。

2. 正文2.1 培养学生的逻辑思维能力培养学生的逻辑思维能力是计算思维在C语言程序设计教学中的重要应用之一。

逻辑思维是指通过理性的、严密的推理来解决问题和分析事物的能力。

小学信息技术算法与程序设计教学中计算思维的培养分析摘要：随着时代的进步和飞速的发展，信息技术在生活中的应用愈加广泛并逐渐渗透在生活的每一个方面。

通过信息技术的学习能够有效的加强并锻炼学生的思维能力以及学习能力。

信息技术对于学生的生活和学习是非常有必要的。

而信息技术的算法与程序设计是信息技术课的重中之重，教师在教学的过程中，有形形色色的教学编程教学软件，因此在教学的过程中，教师如何选择适合学生的软件进行教学是十分重要的，针对学生的学习和接受能力选择合适的软件是能够有效的推动学生的学习以及能够培养学生的计算思维的能力。

关键词：小学信息技术程序设计教学计算思维培养策略1.激发学生学习兴趣，兴趣推动学习在学生的学习过程中，学习兴趣是学生学习的原动力，只有在兴趣的驱使下学生才能够全身心的投入到学习中。

因此教师在教学的过程中，应该激发学生的学习兴趣。

首先，教师可以利用前几届学生的经典作品等，让学生进行试运行，并对于设计的美观、实用性、功能是否合理等进行自身观点的提出，由此能够激发学生的求知欲，并能够因为均为学生设计的原因，增强学习的兴趣和自信心。

由此教师可以在教学的过程中，选择与实际生活想接近的内容进行教学，由此不仅能够促进学生的学习，还能够有效的帮助学生进行学习的深入和理解。

其次，在教学的过程中，遇到学生难以理解和解决的问题时，教师可以利用生活的中的例子引导学生进行思考和教学。

如将A为5，B为6的值互相交换。

这时学生将无法下手并不知如何思考。

教师就可以利用现有两个杯子，一个杯子装的是果汁，另一个杯子装的是牛奶，现想将两个杯子中的物质进行交换，应该怎么办。

通过实际问题，学生很快就能够提出用另外一个容器进行转换的方法。

因此教师可以在教学中利用A、B、C三个变量进行教学。

以此不仅能激发学生的学习兴趣，还能够有效的帮助学生进行问题的思考与探究。

最后，教师在教学的过程中，可以引导学生用所学的知识解决生活中的实际问题，让学生能够体会到学以致用，以此能够引发学生的学习兴趣。

计算思维概念
计算思维（putational thinking）不是数学计算的能力，也不是运用计算机的能力。

2006年美国卡内基梅隆大学的周以
真教授在acm会刊首次提出，计算思维(putational thinking)是运用计算机科学的思维方式进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等一系列的思维活动。

2011 年，她再次更新定义提出计算思维包括算法、分解、抽象、概括和调试五个基本要素。

计算思维和很多概念一样，在学术界有一定的共识，但也有很多争议。

在共识层面，大多数研究人员同意:
1.计算思维是一种思维过程，可以独立于计算机、互联网、人工智能等技术而存在。

2.这种思维是人类思维而不是计算机思维。

它意味着人们用计算思维来控制计算设备，从而更高效、更快捷地完成仅靠人力无法完成的任务，解决计算时代之前无法想象的问题。

3.这种思维是认识和思考未来世界的正常思维方式。

它教会孩子理解和掌控未来世界。

计算思维经过多年的研究、扩展、归并，其基本思维的流程与要素能够被大致明确为如下关键要素：
（计算思维六要素）
换句话说，计算思维的教育并不要求每个人都成为程序员或工程师，而是在未来时代拥有适应未来的思维模式。

计算思维是人类在未来社会解决问题的重要手段，而不是让人像计算机一样机械操作。

For personal use only in study and research; not forcommercial use计算思维的理解、必要性及其应用实例分析1·计算思维的理解1.计算思维的概念2006年卡基梅陇大学周以真教授发表了一篇影响深远的题为《computational thinking》的论文，将“计算思维”这一由来已久但很陌生的词语展现给世人。

文中，她使用了”硬科学”的术语对计算思维进行了描述。

我个人总结为：计算思维是一种基于数学与工程、以抽象和自动化为核心的、用于解决问题、设计程序、理解人类行为的概念。

这里请注意，计算思维是一种思维，它以程序为载体，但不仅仅是编程。

它着重于解决人类与机器各自计算的优势以及问题的可计算性。

人类的解决思维是用有限的步骤去解决问题，讲究优化与简洁；而计算机可以从事大量的重复的精确的运算，并乐此不疲。

（我是说，假如运算的循环没有造成它的机器故障的话。

）那么，这个问题是否不一定需要最精确的计算而只要求满足一定的精度？如果是，就可以用计算机来计算。

那么那些事可计算的，可计算性有七大原则：程序运行、传递、协调、记忆、自动化、评估与设计。

【1】2.四色问题的解决计算思维的优势最典型的体现莫过于“四色问题”的解决：四色问题是公认的数学难题，经历几个世纪，经历数百位数学家的努力，它仍巍然不动。

后来有数学家提出四色问题可以进行分类讨论。

只不过嘛，虽然这位数学家明确指出，分类的状况是有限的，仍然数字巨大，非人力所能及。

而后来美国伊利诺伊大学哈肯与阿佩尔利用计算机程序对这有限而众多的情况进行了计算分析，凭借计算机“不畏重复不惧枯燥”、快速高效的优势证明了四色定理。

3.计算思维的人机分工在计算思维的概念中，我们可以通过消减，嵌入，转换与模拟对问题进行处理，化难为易。

将复杂的问题分解成简单的问题，把复杂而枯燥需要精确计算的任务交给计算机，人去解决那些被化为可以解决的问题。

计算思维在C语言程序设计教学中的应用【摘要】计算思维在C语言程序设计教学中扮演着重要角色。

本文首先介绍了计算思维的定义和重要性，指出其对于程序设计教学的不可或缺性。

接着详细探讨了计算思维在C语言程序设计中的具体应用，包括问题分析、算法设计和编程实现等方面。

然后，总结了培养学生计算思维能力的有效方法，建议通过实例分析和练习来提高学生的计算思维水平。

结合实例，阐述了如何运用计算思维优化C语言程序设计。

探讨了如何评价学生的计算思维能力，强调需要综合考虑学生的问题解决能力和创新思维。

结论部分总结了全文内容并展望了未来，强调计算思维在程序设计教学中的重要性，希望未来能更好地培养学生的计算思维能力。

【关键词】计算思维、C语言程序设计教学、重要性、具体应用、培养、学生、能力、方法、实例分析、优化、评价、结论、未来展望1. 引言1.1 引言介绍计算思维在C语言程序设计教学中的应用是一项至关重要的工作。

随着信息技术的飞速发展，计算机程序设计的需求也日益旺盛。

而计算思维作为程序设计的基础能力，不仅能够帮助学生更好地理解和学习C语言编程，还能够培养学生的逻辑思维能力、问题解决能力和创新能力。

引入计算思维的概念可以帮助学生更好地理解问题的本质，从而更加高效地解决问题。

通过培养学生的计算思维能力，可以让他们在面对复杂问题时更加深入地分析问题、寻找解决方案。

计算思维还能够帮助学生在C语言程序设计中提高代码的可读性和可维护性，从而减少出错的可能性。

在本文中，将通过具体案例分析和实例展示如何运用计算思维优化C语言程序设计，以帮助读者更好地理解计算思维在程序设计教学中的应用。

本文还将介绍一些培养学生计算思维能力的有效方法，并探讨如何评价学生的计算思维能力。

通过本文的阐述，希望能够为C 语言程序设计教学提供一些新的思路和方法。

2. 正文2.1 计算思维对于程序设计教学的重要性计算思维在程序设计教学中扮演着至关重要的角色，它不仅仅是一种技能，更是一种思维方式和能力的体现。

程序设计教学中培养计算思维能力的路径与方法计算思维是指人们进行问题解决和思考时，利用计算机思维方式进行分析和推理的能力。

在程序设计教学中，培养学生的计算思维能力是非常重要的。

下面是一些培养计算思维能力的路径与方法：1. 强化数学基础：数学是程序设计的基石，学生在学习数学的过程中可以培养抽象思维、逻辑思维和推理能力，这些能力对计算思维的培养非常有益。

2. 注重解决问题的方法论：教师在教学中应该注重培养学生解决问题的方法论，教授不同的问题解决策略和算法设计思路，让学生学会从问题中抽象、分析和归纳，培养他们的问题分解和解决能力。

3. 手动演算与绘制流程图：在程序设计教学中，教师可以要求学生手动演算一些简单的程序逻辑，用流程图表示程序的执行过程，通过这种方式培养学生的计算思维，让他们了解程序的运行原理和逻辑结构。

4. 多实践、多练习：培养计算思维能力需要大量的实践和练习。

在课堂上，教师可以设计一些有挑战性的编程练习让学生动手实践，同时还可以鼓励学生主动参加编程竞赛、解决实际问题等活动，提高他们的解决问题的能力。

5. 培养团队合作意识：在程序设计教学中，可以将学生分成小组进行合作编程，这样可以培养学生的团队合作意识和沟通能力，让他们学会协同工作和解决问题的方法。

6. 学以致用，发挥创造力：除了掌握基础的程序设计知识和技能之外，学生还应该能够将所学的知识应用到实际问题中，并发挥自己的创造力。

教师可以鼓励学生进行一些创新的项目或者开发一些有实际用途的软件，让他们在实践中提高计算思维能力。

通过以上路径和方法的培养，学生可以提高计算思维能力，更好地理解和运用程序设计知识，并解决实际问题。

这些方法也可以培养学生的创新意识和团队合作能力，为他们以后的学习和工作奠定良好的基础。