（教育技术学专业论文）基于计算思维的计算机基础课程教学与学习的模式研究与实践.pdf

四川师范大学硕士学位论文基于计算思维的计算机基础课程教学与学习的模式研究与实践教育技术学专业研究生牟琴指导教学者谭良摘要：基于计算思维的计算机基础课程教与学的模式探索主要依托“高等学校计算机基础课程教学指导委员会 对计算机基础课程提出的培养学习者计算机能力结构的要求以及“c 9 计算机基础教学发展战略联合声明 项目。在当今信息时代的网络环境中围绕科学思维和科学方法进行计算机基础课程教学的改革与实践来展开研究。一本研究经过2 0 0 9 年至2 0 1 2 年期间对计算思维应用研究情况的调查与探索，在计算机基础课程教学中提出了以计算思维能力的培养方法为根本，构建基于计算思维的教学和学习模型，并结合具体的教学课程，系统研究计算思维的发展及计算思维能力在教育教学中的培养问题。具体来说，本文从理论研究、模式构建、实践应用、过程调查等几个方面反映基于计算思维的计算机基础课程教与学的模式建设：一、综述并分析了计算思维的国内外发展现状，详细剖析了当前在计算机基础课程教学中计算思维能力培养的重要意义。二、以思维科学、计算科学为基础，探讨了计算思维作为三大科学思维之一在教育教学中培养的内在要求。三、建构了基于计算思维的教学模型和学习模型。采用理论与实践相结合的方法，将计算思维方法与教育教学相结合，构建了基于计算思维的探究式教学模型( i t m c t 模型) 、基于计算思维的任务驱动式教学模型( t d t m c t 模型) 和基于计算思维的网络自主学习模型( o i l m c t 模型) 。四、形式化教学模型和学习模型，增量表达计算思维能力提升效果。从计四川师范大学硕士学位论文算思维自动化、抽象的特点出发，把基于计算思维的教学和学习模型形式化，得出“基于计算思维的教学模式或学习模式的效果= 教学者基于计算思维方法的教学+ 学习者运用计算思维方法学习的结果，并得出了相应的形式化过程等式。五、将研究模型成功的实施到c 语言程序设计和软件工程课程教学当中，同时搭建基于计算思维的软件工程教学改革在线学习系统和“计算思维 专题网站共同促进和支撑计算思维能力培养的教与学。六、建立问卷访谈提纲，调查并剖析学习者解决问题时的计算思维过程的思考方式。并针对该过程，搭建计算思维能力形成过程模型。关键词：计算思维计算机课程思维教学教学模式学习模式h四川师范大学硕士学位论文t h ep a t t e r nr e s e a r c ha n dp r a c t i c eo fc o m p u t e rb a s i cc o u r s et e a c h i n ga n dl e a r n i n gb a s e do nc o m p u t a t io n a lt h i n k i n gm a j o r ：i n s t r u c t i o n a lt e c h n o l o g yg r a d u a t e ：m o uq i ns u p e r v i s o r ：t a nl i a n ga b s t r a c t ：t h ee x p l o r a t i o no ft h ep a t t e r no fb a s i cc o m p u t e rc o u r s et e a c h i n ga n dl e a r n i n gb a s e do nt h ec o m p u t a t i o n a lt h i n k i n gm a i n l yd e p e n d so nt h er e q u i r e m e n to nt h eb a s i cc o m p u t e rc o u r s e ，w h i c hi sp u tf o r w a r db yt h e ”u n i v e r s i t yb a s i cc o m p u t e rc o u l 笃et e a c h i n gd i r e c t i v e，c o m m i t t e e ”t oi m p r o v et h el e a r n e r sc o m p u t i n ga b i l i t ys t r u c t u r e ；a n da l s od e p e n d so nt h e ”c 9s t r a t e g yj o i n e dd e c l a r a t i o no nt h eb a s i cc o m p u t e rt e a c h i n gd e v e l o p m e n t ”t os u r r o u n dt h es c i e n t i f i ct h i n k i n ga n dm e t h o d s ，t h ee x p l o r a t i o no ft h ep a t t e r nr e s e a r c h e so nt h er e v o l u t i o na n dp r a c t i c eo fb a s i cc o m p u t e rt e a c h i n gi nt h en e t w o r ke n v i r o n m e n to fn o w a d a y si n f o r m a t i o nt i m e s t h r o u g ht h es u r v e ya n dr e s e a r c ho nt h ec o m p u t a t i o n a lt h i n k i n ga p p l i c a t i o nr e s e a r c hd u r i n g2 0 0 9 - 2 012 ，t h ep a p e rf i r s t l ym a k e st h ec u l t i v a t i n gm e t h o d so fc o m p u t a t i o n a lt h i n k i n ga st h ef o u n d a t i o nt oe s t a b l i s ht h et e a c h i n ga n dl e a r n i n gm o d e lb a s e do nc o m p u t a t i o n a lt h i n k i n g ；a n dc o m b i n gw i t ht h es p e c i f i e de d u c a t i o na n dt e a c h i n gc u r r i c u l u m , t h ep a p e rs y s t e m a t i c a l l yr e s e a r c h e so nc u l t i v a t i o no fc o m p u t a t i o n a lt h i n k i n ga b i l i t yi ne d u c a t i o na n dt e a c h i n g s p e c i f i c a l l y , t h ep a p e rr e f l e c t st h ec o n s t r u c t i o no fb a s i cc o m p u t e rc o u r s et e a c h i n gm o d e lb a s e do nc o m p u t a t i o n a lt h i n k i n gf r o mt h e o r e t i c a lr e s e a r c h , m o d e lc o n s t r u c t i o n ，p r a c t i c a la p p l i c a t i o n ,p r o g r e s ss u r v e ya n do t h e ra s p e c t s f i r s t l y , t h ep a p e rr e v i e w sa n da n a l y s e st h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t a t i o n a lt h i n k i n gi nt h ew o r l d ，a n da n a l y s e st h ei m p o r t a n c eo fc o m p u t a t i o n a lt h i n k i n ga b i l i t yo fb a s i cc o m p u t e rc o u r s et e a c h i n gi nd e t a i l i i i四j 1 i 师范大学硕士学位论文s e c o n d l y , b a s e do nt h i n k i n gs c i e n c ea n dc o m p u t a t i o n a ls c i e n c e ，t h ep a p e rd i s c u s s e st h ei n h e r e n tr e q u i r e m e n t so fc o m p u t a t i o n a lt h i n k i n ga so n eo ft h et h r e es c i e n t i f i ct h i n k i n gi ne d u c a t i o na n dt e a c h i n gt r a i n i n g t h i r d l y , t h ep a p e rc o n s t r u c t st h et e a c h i n gm o d e la n dl e a r n i n gm o d e lb a s e do nc o m p u t a t i o n a lt h i n k i n g t h ep a p e rc o m b i n e st h e o r yw i t ha n dp r a c t i c e ，a n dc o m b i n e sc o m p u t a t i o n a lt h i n k i n gm e t h o dw i t he d u c a t i o nt e a c h i n g , a n dc o n s t r u c t st h ei n q u i r yt e a c h i n gm o d e lb a s e do l lc o m p u t a t i o n a lt h i n k i n g ( i t m c t ) ，t a s k - d r i v e nd r i v e nt e a c h i n gm o d e lb a s e do nc o m p u t a t i o n a lt h i n k i n g ( t d t m c t ) ，a n do n l i n ei n d e p e n d e n tl e a r n i n gm o d e lb a s e do nc o m p u t a t i o n a lt h i n k i n g ( o i l m c t ) f o u r t h l y , t e a c h i n gm o d e la n dl e a r n i n gm o d e li sf o r m a l i z e d , a n dt h ee n h a n c e de f f e c t i v e n e s so fc o m p u t a t i o n a lt h i n k i n gi si n c r e m e n t a l l ye x p r e s s e d f r o mt h ea u t o m a t e da n da b s t r a c tc h a r a c t e r so fc o m p u t a t i o n a lt h i n k i n g ，t h ep a p e rf o r m a t st h et e a c h i n ga n dl e a r n i n gm o d e lb a s e do nc o m p u t a t i o n a lt h i n k i n g a l s o ，t h ep a p e rc o m e st o ”t h ee f f e c to ft e a c h i n gm o d eo rl e a r n i n gm o d eb a s e do nc o m p u t a t i o n a lt h i n k i n g = t h et e a c h e r st e a c h i n gb a s e do nc o m p u t a t i o n a lt h i n k i n g + t h el e a r n e r ss t u d yr e s u l tu s i n gc o m p u t a t i o n a lt h i n k i n gm e t h o d ”a n dg e t st h er e l a t e df o r m a lp r o c e s se q u a t i o n f i f t h l y , t h ep a p e rs u c c e s s f u l l yp u t st h er e s e a r c hm o d e li n t ot h e ”cp r o g r a ml a n g u a g ed e s i g n ”a n d ”s o f t w a r ee n g i n e e r i n g ”t e a c h i n g ，a n db u i l d su pt h eo n l i n es t u d ys y s t e mo fs o f t w a r ee n g i n e e r i n gt e a c h i n gr e f o r m a t i o nb a s e do nc o m p u t a t i o n a lt h i n k i n ga n dt h es p e c i a lw e b s i t eo fc o m p u t a t i o n a lt h i n k i n gt oj o i n t l yp r o m o t et h et e a c h i n ga n dl e a r n i n go fc o m p u t a t i o n a lt h i n k i n ga b i l i t yc u l t i v a t i o n s i x t h l y , t h ep a p e rb u i l d su pt h eq u e s t i o n n a i r ei n t e r v i e wo u t l i n e ，a n ds u r v e y sa n da n a l y s e st h et h i n k i n gw a yo fs o l v i n gp r o b l e mb a s e do nc o m p u t a t i o n a lt h i n k i n g a n df o rt h ep r o c e s s ，t h ep a p e rc o n s t r u c t st h ef o r m i n gp r o c e s sm o d e lo fc o m p u t a t i o n a lt h i n k i n ga b i l i t y k e yw o r d s ：c o m p u t a t i o n a lt h i n k i n g ，c o m p u t e rc o u r s e s ，t h i n k i n go ft e a c h i n g ，t e a c h i n gp a t t e r n ，l e a r n i n gp a t t e r ni v四川师范大学硕士学位论文第1 章研究概述1 1 研究背景计算思维( c o m p u t a t i o n a lt h i n k i n g ，为了利于写作，本文后续简称c t ，此计算思维概念简称仅在本文有效) 是当前国际、国内的计算机科学界、哲学界、教育学界关注、关心的重要课题，c t 的研究和发展对我国的计算机教育有重要的意义。“国家中长期教育改革和发展规划纲要( 2 0 1 0 - 2 0 2 0 ) 对高等教育的规划指出，目前高等教育要全面提高教育质量，人才培养质量，科学研究水平，同时增强社会服务能力以及优化结构办出特色n 1 。”党的十七大强调“优先发展教育，建设人力资源强国 的战略部署，提出我国需要培养新一代“专业+ 信息 的产业大军雎1 ，而其中信息技术的核心之一是计算机技术，计算机基础课程作为计算机教育的载体，主动适应社会发展的需要是教育教学的主要方向。因此，当前计算机科学教学的重点应该是进一步加强计算机基础课程的建设以及确定计算机基础课程教学发展的方向。本研究认为c t 作为三大科学思维( 计算思维、理论思维、实验思维) 之一是2 1 世纪人们必须具备的思维能力，基于c t 方法培养c t 能力教学和学习模式是大学计算机基础课程教学最有效的教学方式之一，它的目的在于既保证学习者掌握课程知识同时又潜移默化的运用c t 方法达到解决专业问题、技术问题、生活问题、工作问题，最终内化这种高级思维能力，成为综合型的创新人才。1 1 1 计算机基础课程地位及其重要性1 课程地位高等学校计算机基础课程教学是学校通识教育的重要组成部分，对学习者自身综合素质的培养、创新能力的提高、社会活动等的运用当中发挥了重要作用。“i e e e a c m 于2 0 0 1 年提出了计算学科教程( c c 2 0 0 1 ) ，把传统的计算机科学学科上升到计算学科，i e e e a c m 于2 0 0 5 年引入的计算机专业教学大纲( c c 2 0 0 5 ) 将c o m p u t i n g ( 相当于国内的计算机或者计算机科学与技术) 划分四川师范大学硕士学位论文为计算机科学、计算机工程、软件工程、信息技术和信息系统和其他有待发展的学科等子学科瞄。教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会高度重视高等学校计算机基础课程教学发展战略研究报告暨计算机基础课程教学基本要求，并在此要求颁布之后，组委会所有委员以“计算机基础课程教学改革与实践项目”为基础，组织了部分高等院校围绕计算机基础课程教学改革展开了深入的研究，并与国家级计算机实验教学示范中心联合开展了研究项目，吸收计算机基础课程各种实验教学资源成果h 3 。目前，“计算科学已经和数理方法、实验方法、统计方法一起成为了现代科学研究的重要方法之一【5 】。 当前高校计算机基础课程教学的目的是在掌握计算机学科相关概念的基础之上进行的一系列拓展性学习和实践研究的延伸。本文所提出的计算机基础课程主要包括计算机应用基础、程序设计、计算机原理、操作系统、数据结构、计算机网络、软件工程、数据库等类课程，而非计算机专业则主要表现在计算机应用基础、程序设计、计算机网络类课程。2 课程重要性现今，互联网的发展为获取知识资源和信息资源提供了更为便捷的条件，也为终身学习提供了更好的学习工具和更为广阔的学习空间。计算机的普及给我们带来了不仅是学习、工作中的便利，甚至在生活上也得到了较大的改善，因此，掌握计算机技术必不可少。而作为培育现代化人才的高等院校，计算机基础课程的开设显得尤为重要。在2 0 1 1 年6 月1 9 日的“以c t 为导向的计算机基础课程建设 研讨会中，中国科技大学陈国良院士作了题为c t 与计算机基础教育的报告哺1 ，报告指出：“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，还要从学习者的理性思维中去培养对科学的追求，使学习者具备高尚的人格。而作为计算机课程中核心思想的c t 是为不同专业的学习者提供一种独特的思维方式以及更好的解决专业问题的有效手段和方法，同时计算机基础课程作为与数学、英语同等地位的大学基础课程，是培养c t 能力最好的课程载体。”2 0 1 0 年7 月的西安会议的c 9 会议报告认为高等院校计算机基础课程的教学是为培养学习者的c t 能力、创新能力提供良好的基础，同时也是学习2四川师范大学硕士学位论文者综合素养提升必不可少的条件阍。1 1 2 计算机基础课程当前现状及存在的问题1 课程当前现状目前，很多高校对计算机基础课程的作用认识不足，对课程的教学计划和施行也流于形式。形成了教学者要么抽象讲讲计算机的理论模型，要么就只讲讲简单的操作。2 0 0 9 年，高等学校计算机基础教学发展战略研究报告暨计算机基础课程教学基本要求提出了计算机基础教学需达到的4 项能力要求：“对计算机的认知能力、应用计算机解决问题的能力、基于网络的学习能力、依托信息技术的共处能力“1 。 2 0 t 0 年，九校联盟( 以下简称c 9 ，文章后续部分将不在对c 9 进行注释。九校分别是：北京大学、清华大学、浙江大学、复旦大学、上海交通大学、南京大学、中国科技大学、哈尔滨工业大学、西安交通大学) 计算机基础教学发展战略联盟联合声明指出：“计算机基础是培养大学习者综合素质和创新能力不可或缺的重要环节，是培养复合型人才的重要组成部分，c t能力培养是计算机基础课程教学的核心任务，现今教学改革的重心是加强c t能力培养为核心的计算机基础课程建设，以此进一步确定计算机基础课程教学的基础地位和师资队伍的建设口3 。”我们可从这些目标中看出，计算机基础课程教学不仅是高等学校通识教育的重要组成部分，更是在提升当今大学习者全面素质教育和培养大学习者创新能力中承担重要的职责。如今，部分高等院校、职业院校等已经在课程教学中确立了计算机基础课程公共基础的地位，建立了计算机科学教学体系。2 课程教学中存在的问题( 1 ) “狭义工具论说一直以来，对计算机基础课程，存在认识上的错误，认为计算机课程是教学习者怎么使用计算机，把计算机作为工具来运用已成为教学的核心任务，从而使计算机学科形成了“狭义工具 学说。( 2 ) 教材内容陈旧由于计算机学科是随时代变化较大的一个学科，但目前课程中的内容却显四川师范大学硕士学位论文得很陈旧，与国际先进水平存在很大的差距。与数学、物理等科学学科不同的是，计算机是人类创造出来为我们生活、工作等服务的高效智能化科技装置，它不具备自然界的属性，我们在对计算机课程的教学中基本上都是从计算机学科基本的数制符号到抽象程序代码进行描述和表达，从计算机的逻辑结构到它的系统结构，从计算机软件到计算机网络，计算机学科的整个知识结构极为复杂。计算机学科又是一个随时都在变化发展的学科，知识点也不断的更新。( 3 ) 教学者采用方法不当计算机基础课程是最庞大的教学课程，因为科技的发展赋予了它内容的繁多且强大，基础理论、抽象程序代码、人机交互界面、软件设计与运用，各个模块都有众多且相较于学习者之前的学习所完全不同的知识点。因此，采用不恰当的教学方法，会使教学过程显得格外的复杂，且使学习者不但没有学习到计算机知识，反而把它拒之门外，特别是针对那些非计算机专业的学习者，更是如此。这样一来，何谈运用计算科学的方法解决问题和培养学习者的c t 能力! 所以，如何改革计算机基础课程的教学方法一把c t 方法和c t 能力培养贯穿到计算机基础课程教学当中去的问题，是目前探索的重点和难点。1 1 3 计算思维的发展2 0 0 6 年3 月，美国卡内基梅隆大学计算机系主任周以真( j e a n n e t t em w i n g ) 教授在美国计算机权威杂志a c m c o m m u n i c a t i o no ft h ea c m 上发表并定义了c o m p u t a t i o n a lt h i n k i n g 。她指出，“c t 是每个人的基本技能，不仅仅属于计算机科学家。我们应当使每个孩子在培养解析能力时不仅掌握阅读、写作和算术( r e a d i n g ，w r i t i n g ，a n da r i t h m e t i c 3 r ) ，还要学会c t ，犹如印刷出版促进3 r 的普及，计算和计算机也以类似的正反馈促进了c t 的传播。她认为，这种思维在不久的将来，将成为每一个人的技能组合，而不仅仅限于科学家，普适计算之于今天就如c t 之于明天，而普适计算是已成为今日之现实的昨日之梦，而c t 就是明日之现实。c t 即是使用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为。它包括了涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动喁m 1 。 随即这一概念被国内外计算机界、社会学界以及哲学界的广大学者进行了广泛的研究与探讨。4四川师范大学硕士学位论文1 1 4 计算机基础课程教学培养目标如何准确定位计算机基础教学，如何改革计算机基础课程教学的内容适应社会发展是当前计算机基础教学面临的重要问题。目标l ：克服计算机学科的狭义工具论2 0 0 9 年，由中科院院士、中科院计算所所长李国杰院士任组长的中国科学院信息领域战略研究组撰写的中国至2 0 5 0 年信息科技发展路线图中对“c o m p u t a t i o n a lt h i n k i n g 给予了足够的重视，认为c t 的培育是“克服狭义工具论的有效途径，是解决其他信息科技难题的基础n 3 。 因为长期以来，计算机科学与技术这门学科被认为是辅助人们进行工作，而非正式的专门的学科，人们普遍认为这是一门专业性很强的“工具 学科。目标2 ：在课程教学中突出对计算思维能力的培养环节c 9 会议指出，当前计算机基础课程教学的核心是在课程教学中培养学习者的c t 能力。把对学习者c t 能力的培养作为高等院校计算机课程教学的中心，要求教学者在教学过程中运用得当的教学方法传授和指导学习者运用相应的学习方法学习知识，掌握技能，把技能转化为能力，能力转变为思维。，目标3 ：为计算机基础课程教学改革树立标杆2 0 1 0 年7 月，我国部分高等学校在西安交通大学举办了首届“九校联盟( 简称c 9 ) 计算机基础课程研讨会( 简称c 9 会议) ，会议讨论了当今计算机基础课程培养的核心问题即是“如何在新形势下提高计算机基础课程教学的质量 。本次会议讨论并形成了一系列共识，发表了c 9 计算机基础教学发展战略联合声明。其中核心要点是：“必须正确认识大学计算机基础教学的重要地位，需要把培养学习者的c o m p u t a t i o n a lt h i n k i n g 能力作为计算机基础教学的核心任务，并由此建设更加完备的计算机基础课程体系和教学内容，进而为全国高校的计算机基础教学改革树立标杆口1 。c t 是运用计算机的基础概念或者说运用计算机的思想和方法进行的问题一求解、系统设计和理解人类的行为。计算机基础课程的教学以c t 能力培养为中心点着手教学改革，在课程教学中深入贯彻c t 方法，使学习者掌握计算机方法论，提升c t 能力，运用计算机的相关概念、思想、方法去求解问题，设计系统和理解人类的行为。四j ) i n 范大学硕士学位论文1 2 学习者对计算思维的认识情况分析目前，虽然已有部分学校在教学过程中以c t 能力培养为目的进行课程的教学，但高校在开展c t 能力培养课程中学习者对c t 的认识和运用情况、学校在c t 能力培训方面的情况、学习者c t 能力水平情况等方面大家却没有一个统一准确的认识。对此，笔者设计了如表1 - 1 的问题，并针对这些问题作了问卷调查。本问卷从学习者对c t 的认识和运用情况分析、学习者c t 能力水平情况分析、学校在c t 能力培训方面的情况分析三个方面设计题目进行调查。题目类型如表1 1 ：表1 1 高等院校计算机课程。o o m p t r t a t i o n a lt h i n k i n g 一方法和能力调查问卷调查类别调查问题学习您是否了解了计算学科和c t ?者对口您认为在现代的大学教育中，c t 方法应用得多吗?的认识和您认为获取c t 的最有效途径有那些?运用情况您认为大学习者的c t 能力高低与什么有最大关系?分析您认为学校开设计算学科培养c t 能力是否有价值?你是否重视学科知识转化为能力再到思维变化的过程?您平时在解决问题的时候，是否体现了c t 思想?您觉得c 1 i 在您的工作和生活中是否重要?你在日常的生活和学习中能够井井有条的同时处理多件事吗? 你认为和c ，l 思想有关系吗?您认为c t 是对人工智能的发展影响大吗? 你认为c t 的作用是什么?c ，r 方法有哪些呢?学习你用什么方法计算卜2 + 3 4 + 1 0 0 的结果?者c t 能女人边织毛衣边看电视边唱歌是属于什么原理?力水平情当你要完成视频短片的制作时，你采用什么方法?况分析下列语句完成a ，b 中数值的交换：c = a ：a = b ：b = c ：能否不借助c6四川师范大学硕士学位论文完成两个数的交换呢?古典问题：有一对兔子，从出生后第3 个月起每个月都生一对兔子，小兔子长到第三个月后每个月又生一对兔子，假如兔子都不死，问每个月的兔子总数为多少? 如果要求你算出这一年兔子的数量，你采取什么方法计算?软件工程的项目系统中，你认为采取什么方法能较好的开发系统?小学数学中，最大公约数和最小公倍数等你认为什么方法计算最快捷?如果不使用拼音和部首法查字典，你认为什么方法能最快查到你所要查得的文字?如果你作为邮递员，你会怎样投递物品?你觉得小孩把书放到书包里的行为属于?扑克牌以什么方式能排出最好的牌?i n t e r n e t “联网解决方案的核心协议属于?上一题目的“约定表示什么意思?在一个空的棋盘上，电脑为一方，人为一方，双方轮流在棋盘的空位置上下棋子叉( ) 和圈( o ) 。胜负规则：若某方的棋子率先由5 颗连成了一条直线( 可以是横线、坚线或对角线) ，则获胜；若至整个棋盘都被占满还没有一方获胜，则为平局。请问你用什么方法能赢得这场下棋比赛?学校您平时有没有接受过c t 训练?在c t 能您所在的学校有没有为学习者开设c t 训练课程或计算机课程中有没力培训方有讲授学科方法知识?面的情况分析您所在的学校是否具备完整的c t 教学课程体系?本小节将表卜l 的内容详细剖析并制作成附录一的问卷形式进行了网络调查，结果共收集到问卷1 2 0 份，有效问卷1 2 0 份，在此，将问卷归类为如下三个方面进行定性分析，综合得到学习者对c t 认识以及自身c t 能力水平的结果。7四川师范大学硕士学位论文本次问卷男女性别比例、年级比例以及专业情况分别是：参与问卷的男生8 2人，占总人数的6 8 3 3 ，女生3 8 人，占总人数的3 1 6 7 ；大专本科类7 2 人，占总人数的6 0 0 0 ，硕士4 2 人，占总人数的3 5 0 0 ，博士6 人，占总人数的5 0 0 ；专业分配主要在教育技术学、计算机、工业工程、电子商务、电子技术、通信与信息系统、英语、中文、法律、高分子材料、人的行为与艺术、控制科学与工程、市场营销等领域；参与调查的学习者主要来自于四川、重庆、湖南部分高校。1 2 1 学习者对计算思维的认识和运用情况分析根据调查问卷的结果分析得到，学习者对c t 的认识和运用情况如下：学习者对计算学科与c t 了解情况，如图卜1 所示，全面了解计算学科和c t 的人数只有5 人，占总人数的4 1 7 ；基本了解的有7 1 人，占总人数的5 9 1 7 ；不了解的有4 4 人，占总人数的3 6 6 7 。总的来说，c t 的认识和应用情况相对比较乐观。图卜1计算学科与c t 了解情况现代大学教育中c t 的应用情况，如图卜2 所示，4 3 人认为应用广泛，占总人数的3 5 8 3 ；6 2 人少量运用，占总人数的5 1 6 7 ；1 5 人基本没有运用，占总人数的1 2 5 0 。从结果来看，c t 的认识和应用情况表现一般。四川师范大学硕士学位论文图1 2 现代大学教育中c t 的应用情况获取c t 的最有效途径，如图卜3 所示，2 9 人认为直接在课堂中从任课教学者哪儿获得，占总人数的2 4 1 7 ；7 8 人认为是自己在生活中培养，占总人数的6 5 0 0 ；1 3 人不知道在哪儿获取，占总人数的1 0 8 3 。总的来说，c t 的认识和应用情况表现不是很凸出。图卜3 获取c t 的有效途径大学习者c t 能力高低与什么的关系最大? 调查结果如图卜4 所示，1 1 人认为和成绩最有关，占总人数的9 1 7 ；9 4 人认为和老师与学校的引导最有关，占总人数的7 8 3 3 ；1 5 人不知道与什么有关系，占总人数的1 2 5 0 。从结果来看，大多数人还是认为学校和教学者的引导才是c t 能力提高与否的关键。9四川师范大学硕士学位论文图1 4c t 能力与什么关系最大学校开设计算学科培养c t 是否有价值? 的调查如图1 - 5 所示，9 1 人认为很有价值，占总人数的7 5 8 3 ；1 3 人认为价值很少，占总人数的1 0 8 3 ；1 6人不知道，占总人数的1 3 3 3 9 6 。由此可知，大多学学习者对c t 能力的培养是比较期待的。图卜5 开设计算学科培养c t 是否有价值平时学习中，学习者是否重视将学科知识转化为能力再到思维的变化过程? 调查结论如图卜6 所示，8 0 人认为自己非常重视，占总人数的6 6 6 7 ：3 1 人认为一般，占总人数的2 5 8 3 ；9 人觉得不太重视，占总人数的7 5 0 。由此可以看出，c t 能力培养非常有必要。1 0四川师范大学硕士学位论文图卜6 学习者本身对学科知识转化为能力再到思维变化的过程程度在平时生活中，自己是否体现了c t 能力? 调查结论如图1 - 7 所示，2 7 人认为自己常体现，占总人数的2 2 5 0 ；7 5 人认为一般，占总人数的6 2 5 0 ；1 8 人不知道是否体现了，占总人数的1 5 0 0 。根据数据剖析，培养c t 是非常有必要的。图卜7 生活中对c t 的体现情况工作和生活中，你是否认为c t 很重要? 调查结果如图i - 8 所示，7 9 人认为重要，占总人数的6 5 8 3 ；3 4 人认为一般，占总人数的2 8 3 3 ；7 人认为不重要，占总人数的5 8 3 。本结论数据可以看出，绝大多数人还是认识到了c t 在学习生活中的重要程度。四川师范大学硕士学位论文图卜8g t 在工作和生活中的重要程度c t 对日常生活的影响结果如图卜9 所示，6 7 人认为自己能仅仅有条的处理事情，并认为这和c t 能力很有关，占总人数的5 5 8 3 ；4 9 人认为一般，觉得c t 作用一般，占总人数的4 0 8 3 ；4 人觉得自己平时完全不能合理规划事情，占总人数的3 3 3 。由此结论数据分析可知，日常的生活学习其实都需要我们使用c t 方法。图1 - 9日常生活中处事和c 丁的关系c t 对人工智能的影响? c t 的作用是什么? 调查结果如图卜1 0 所示，8 5 人认为c t 对人工智能影响很大，是人工智能的基础，占总人数的7 0 8 3 ；2 4 人四川师范大学硕士学位论文认为影响一般，c t 和人工智能关系一般，占总人数的2 0 0 0 ；1 1 人觉得自己对该方面知识不甚了解，占总人数的9 1 7 。从结论数据可以知道，其实大多数人还是知道c t 对人工智能产生的影响，说明他们对c t 与人工智能的关系认识比较到位。图卜1 0o l 对人工智能的影响和作用你所知道的c t 方法有哪些? 调查结果如图1 - 1 1 所示，这本是一个多选题目，在1 2 0 人中，认为是递归、关注点分析、抽象和分解是9 7 人，认为是利用启发式推理来寻求解答是4 9 人，认为是在不确定情况下的规划、学习和调度是3 4 人。从该题看出，大多数人对c t 方法比较熟悉，但认识不全面。图卜11c t 方法有哪些l3四川师范大学硕士学位论文通过以上分析，我们可以看出，大多数学习者对c t 能力的要求是比较强烈的，但由于对c t 的具体情况不是很了解，所以在运用上不容乐观。1 2 2 学习者的计算思维能力水平情况分析对学习者c t 能力水平情况方面，笔者就日常生活中的题目和一些数理常规题目作为样本进行了调查，得出了如下的结果。针对“1 - 2 + 3 - 4 + 1 0 0 = ? 如何求得答案，调查如图1 - 1 2 所示，5 4 人认为循环方法可求出答案，占总人数的4 5 0 0 9 6 ；2 8 人选择口算，占总人数的2 3 3 3 ；3 8 人选择采取数学计算，占总人数的3 1 6 7 。由此结论可知，多数人还是熟悉循环算法的，循环算法作为c t 方法的一种，有着非常重要的求解问题的作用。图卜1 2 求卜2 + 3 4 + 1 0 0 ：? 的方法如何看待女人边织毛衣边看电视边唱歌这种行为活动? 调查结果如图卜1 3 所示，8 4 人选择并行处理，占总人数的7 0 0 0 ；2 8 人认为是行为习惯，占总人数的2 3 3 3 ；8 人认为没有任何原理可言，占总人数的6 6 7 。由此可知，这种内化为人们属性的c t 并行处理方法已在无形中融入了人们的生活。1 4四川师范大学硕士学位论文图1 13 女人边织毛衣边看电视边唱歌是属于什么原理一部完整的视频短片，你将如何制作? 调查结果如图卜1 4 所示，7 6 人选择写好剧本分镜头拍摄制作，占总人数的6 3 3 3 ；1 5 人选择随便拍摄制作，占总人数的1 2 5 0 ；2 9 人选择找人一起制作，占总人数的2 4 1 7 。结果显示可知被调查者在针对具体问题时，还是会分层次的解决问题。图卜1 4 完整的视频短片制作方法如何完成一f 题目中a ，b 中数值的交换：“c = t i ：a = b ；b = c ；能台1 i 借助c完成两个数的交换呢? ”调查结论如图1 - 1 5 所示，6 6 人选择能，占总人数的5 5 0 0 ；4 4 人选择不能，占总人数的3 6 6 7 ；1 0 人不知道，占总人数的8 3 3 。该题目考察被调查者针对算法与效率的问题如何求解问题，这也是c t 能力中四川师范大学硕士学位论文重要的约简与转化方法。图卜15 不采取第3 变量而交换2 个变量的值“古典兔子问题的求解，结论如图卜1 6 所示，9 7 人选择递归计算，占总人数的8 0 8 3 ；1 7 人选择数学计算，占总人数的1 4 1 7 ；6 人觉得无法计算，占总人数的5 0 0 。结果看来，绝大部分被调查者掌握了c t 的递归方法。古典问题：有一对兔子，从出生盾第3 个月起母个月都生一对兔子小兔子长到第三个月庙每个月又生一对兔子假如舞子都不死同每个月的兔子总数为多少? 如果要求你算出这一年兔子的数量你采取什么方法计算?一9 7 一遗归计茸一一1 7 数学计算l6 无磕计算图卜16 古典兔子问题对于软件工程项目系统开发采取什么方法开发? 调查结论如图1 - 1 7 所示，3 0 人选择s o c 关注点分离法，占总人数的2 5 0 0 ；7 4 人选择采取软件模型，1 6四川师范大学硕士学位论文占总人数的6 1 6 7 ；1 6 认为凭经验开发，占总人数的1 3 3 3 。结果显示出，c t 方法在计算机学科中解决问题时具有非常重要的作用。图卜17 软件工程项目系统开发方法小学数学中最大公约数和最小公倍数求解的最快捷方法是什么? 调查如图1 - 1 8 所示，7 2 人选择循环辗转相除法，占总人数的6 0 0 0 ；3 3 人选择数学运算方法，占总人数的2 7 5 0 ；1 5 人采取口算，占总人数的1 2 5 0 。此题考察c t 方法在其他学科中求解问题的应用情况，由此得知，c t 方法对于通识教育课程有极大的推动作用。图1 - 1 8 最大公约数和最小公倍数计算最快捷方法四川师范大学硕士学位论文如果不使用拼音和部首法查字典，你会选择什么方法最快速度查到所要查得的文字呢? 调查结果如图卜1 9 所示，9 3 人选择用二分法查找，占总人数的7 7 5 0 ；1 9 人选择顺序翻书查找，占总人数的1 5 8 3 ；8 人选择按心情随笔翻阅，占总人数的6 6 7 。此题考察c t 方法在人们日常生活中的作用，而这种行为已是人们内化为自己思想的个人属性了。图1 19 不使用拼音和部首法查字典方法作为邮递员，你将怎么样投递物品? 调查结论如图卜2 0 所示，1 0 9 人选择最优路径投递，占总人数的9 0 8 3 ；6 人选择任意递送，占总人数的5 0 0 ；5人选择挨家挨户投递，占总人数的4 1 7 。此题考察的结果得知，c t 之于明天，就如普适计算之于今天，选择最优路径投递邮件已是邮递员职业所需，由此看出，c t 能力已是人类必须具备的思维能力。四川师范大学硕士学位论文图1 - 2 0 邮递员投递物品方法如何看待小孩把书放到书包里的行为? 调查结果如图卜2 l 所示，7 1 人选择是预存和缓存，占总人数的5 9 1 7 ；1 7 人选择要哪本背哪本，占总人数的1 4 1 7 ；3 2 人选择习惯行为，占总人数的2 6 6 7 。此题目说明生活中的常见问题其实已是c t 能力在其中的具体体现。图1 - 2 1 小孩把书放到书包里的行为扑克牌以什么方式能排出最好的牌? 调查结论如图卜2 2 所示，7 4 人选择插入排序，占总人数的6 1 6 7 ；3 3 人选择顺序排序，占总人数的2 7 5 0 ；1 3人选择不排序，占总人数的1 0 8 3 。该题目亦是说明其实c t 方法早已融入了1 9四川i 师范大学硕士学位论文我们的日常生活。图卜2 2 扑克牌以什么方式能排出最好牌的方法i n t e r n e t “联网”解决方案的核心协议属于那类问题? 调查结果如图卜2 3所示，8 1 人选择约定，占总人数的6 7 5 0 ；2 2 人选择科技产物，占总人数的1 8 3 3 ；1 7 人选择不知道，占总人数的1 4 1 7 。此题目意在说明对于日新月异的科技发展，c t 方法子信息时代而言，具有势不可挡的作用，它已成为信息科技的核心思想体现。图1 - 2 3i n t e r n e t “联网”解决方案的核心协议是什么 n t e r n e t 中的“约定”问题属于什么问题? 调查结果如图卜2 4 所示，7 62 0四川师范大学硕士学位论文人选择规划、类型、抽象、分解、s o c ，占总人数的6 3 3 3 ；2 5 人选择i n t e r n e t网络联网，占总人数的2 0 8 3 ；1 9 人选择不知道是什么意思，占总人数的1 5 8 3 。该题亦说明c t 方法于信息科技的作用。图卜2 4in t e r n e t 中的“约定”问