计算思维与大学计算机基础教育[20101106]-陈国良
26页1、计算思维与大学计算机基础教育,2010.11月,陈国良 董荣胜,摘要: 本报告首先讲述了大学计算机基础课程的重要性,分析了教学中存在的问题,指出了“狭义工具论”的危害。然后从推动人类文明进步、科技发展三大科学思维之一的计算思维入手,阐述了计算思维对学生创新能力培养的重要性。最后按计算思维主要内容,即问题求解、系统设计和人类行为理解,探讨了大学计算机基础课程设置,强调了课程结构设计的重要性,给出了一种以“计算思维”为核心的大学计算机基础课程教学的最小集,为大学计算机基础教育提供了一种以提高学生计算思维能力为目标的新模式。,2,目录 大学计算机基础课程的重要性 大学计算机基础课程教学存在的问题 计算思维在美国产生的背景 科学与科学思维 计算思维 计算思维在我国 计算机科学导论:计算思维课程的总体框架 计算机科学导论:计算思维课程的内容规划 结论 感谢,3,一、大学计算机基础课程的重要性,大学通识教育是大学人才培养的重要任务 大学教育不能局限于基本知识传授,要培养 学生的理性思维能力 学生对科学精神的追求 学生的高尚人格 通识教育三大特征(复旦杨玉良校长) 通识教育要同时传递科学精神和人文精
2、神 通识教育要展现不同文化、不同学科的思维方式 通识教育要充分展现学术的魅力 计算思维能力培养是大学通识教育的重要组成部分 国家明确定位计算机基础课程是和数学、物理等同地位的基础课程。 计算机不仅为不同专业提供了解决专业问题的有效方法和手段,而且提供了一种独特的处理问题的思维方式。 熟悉使用计算机及互联网,为人们终生学习提供了广阔的空间以及良好的学习工具与环境。,4,二、大学计算机基础课程教学存在的问题(1),我国的情况 “狭义工具论”的课程:“狭义工具论”认为教计算机基础就是教些计算机工具及其使用方法。 “浓缩版”的教材:教材基本上是有关领域的浓缩版,学生进入大学后,对第一门计算机课程兴趣不大,逃课率相当高。 计算机基础课教学学时被压缩,教学资源配置不充分,课程面临被裁减的危机 美国的情况(1) 学生学习计算机课程情况: 2003年11月,美国Naval Postgraduate School的Peter Denning教授在CACM上发表Great Principles of Computing一文介绍了这种情况: 在大学第一门计算机课程(主要指“程序设计语言”作为第一门计算机课程
3、)的学习过程中,有35-50%的学生中途放弃。另外,不少的学生还通过抄袭或者是作弊的方式来完成课程。,5,二、大学计算机基础课程教学存在的问题(2),美国的情况(2) 毕业生的工资情况: 2005年11月,美国Computing Research News刊登的一篇名为科学与工程专业毕业生的工资的报告: 2003年,在美国科学领域各学科中,计算机与信息科学专业毕业生的平均年工资最高,学士人均年工资为45,000美元,硕士人均60,000美元。 学生主修计算机专业情况: 加州大学洛杉矶分校发现学生对计算专业的兴趣波动很大,2001后普遍下降。具体数据如图所示:,6,三、计算思维在美国产生的背景(1),2005年6月美国的PITAC报告 2005年6月,美国总统信息技术咨询委员会(PITAC)给美国总统提交了报告计算科学:确保美国竞争力(Computational Science: Ensuring Americas Competitiveness)。 报告写道,虽然计算本身也是一门学科,但是其具有促进其他学科发展的作用。 报告还写道,二十一世纪科学上最重要的、经济上最有前途的研究前沿都有
4、可能通过熟练的掌握先进的计算技术和运用计算科学而得到解决。 报告认为,如今美国又一次面临了挑战,这一次的挑战比以往来得更加广泛、复杂,也更具长期性。 报告认为,美国还没有认识到计算科学在社会科学、生物医学、工程研究、国家安全,以及工业改革中的中心位置。 报告认为,这种认识不足将危及美国的科学领导地位、经济竞争力以及国家的安全。 报告建议,将计算科学长期置于国家科学与技术领域中心的领导地位。,7,三、计算思维在美国产生的背景(2),2005年底至2006年初美国四大区的报告及建议 针对“计算学科与日俱增的重要性与学生对计算学科兴趣的下降”,美国NSF组织了计算教育与科学领域,以及其他相关领域的专家分四个大区(东北、中西、东南、西北)进行研讨,形式四份重要报告: Report of NSF Workshop on Integrative Computing Education and Research(ICER) Northeast Workshop Report of NSF Midwest Region Workshop on ICER: Preparing IT Graduates
5、for 2010 and Beyond Report from the Southeast Region Workshop on ICER: Preparing IT Graduates for 2010 and Beyond ICER Final Report of the Northwest Regional Meeting 内容及建议 以上四个文件分析了美国计算教育出现的问题,报告建议在美国国家科学基金的资助下全面改革美国的计算教育。以下两个问题和一个建议值得我们注意: 大学第一年计算机课程的构建问题; 多学科的融合问题; 报告建议加强美国中小学学生抽象思维与写作能力的训练,目的,使学生平稳过渡到大学的学习。,8,三、计算思维在美国产生的背景(3),2007年美国NSF的CPATH计划 CPATH(Pathways to Revitalized Undergraduate Computing Education,大学计算教育重生的途径)计划认为:计算普遍存在于我们的日常生活之中,培养未来能够参与全球竞争、掌握计算核心概念的美国企业家和员工就变得非常重要。 CPATH计划认为:尽管
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