發(fā)布時(shí)間:2023-03-22 17:40:01
序言:寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁,我們?yōu)槟x了8篇的生物科學(xué)專業(yè)導(dǎo)論論文樣本,期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā),請(qǐng)盡情閱讀。
關(guān)鍵詞:非生物類專業(yè);生命科學(xué)導(dǎo)論;教學(xué)改革
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2013)17-0073-02
聯(lián)合國教科文組織21世紀(jì)教育委員會(huì)報(bào)告強(qiáng)調(diào)教育必須是完整的教育,只有完整的教育才能培養(yǎng)更多具有完善知識(shí)結(jié)構(gòu)、滿足科學(xué)創(chuàng)新、符合社會(huì)發(fā)展需要的高素質(zhì)人才[1]。生命科學(xué)教育是素質(zhì)教育的重要方面,2005年教育部高校生物科學(xué)與工程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)制定了非生物學(xué)類專業(yè)生物學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求,建議非生物類專業(yè)學(xué)生生物學(xué)普及教育的核心課程為《生命科學(xué)導(dǎo)論》課程[2]。但是,生命科學(xué)的研究內(nèi)容涉及面寬,對(duì)教與學(xué)都是一種挑戰(zhàn),如何在教學(xué)組織、教學(xué)體系優(yōu)化和教學(xué)過程綜合化等方面開展《生命科學(xué)導(dǎo)論》課程教學(xué)是目前教育領(lǐng)域內(nèi)面臨的主要難點(diǎn)。因此,作者對(duì)非生物類專業(yè)學(xué)生生命科學(xué)素質(zhì)教育進(jìn)行了一定的探索與研究,結(jié)合幾年來對(duì)非生物類專業(yè)學(xué)生進(jìn)行《生命科學(xué)導(dǎo)論》講授的體會(huì)和感受,談幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。
一、開設(shè)《生命科學(xué)導(dǎo)論》課程的重要性
《生命科學(xué)導(dǎo)論》是面向高校非生物類專業(yè)學(xué)生的一門綜合性教育課程,旨在促進(jìn)大學(xué)生不斷提高對(duì)現(xiàn)代生命科技的認(rèn)識(shí),激起對(duì)生命科學(xué)熱點(diǎn)問題的興趣,加深對(duì)科學(xué)交叉、滲透、融合的理解,激發(fā)探索和創(chuàng)造激情,樹立正確的自然觀、世界觀和價(jià)值觀,增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感和社會(huì)適應(yīng)能力。隨著生命科學(xué)的發(fā)展,《生命科學(xué)導(dǎo)論》課程開設(shè)是非生物類專業(yè)人才培養(yǎng)的重要內(nèi)容,逐步改變著高?;A(chǔ)教學(xué)的結(jié)構(gòu)體系。2002年國家教育部專門發(fā)文件積極促進(jìn)非生物學(xué)專業(yè)本科生生物教學(xué)的實(shí)施,要求具有“國家生命科學(xué)與技術(shù)人才培養(yǎng)基地”的高校必須面對(duì)全校非生物學(xué)專業(yè)本科生開設(shè)《生命科學(xué)導(dǎo)論》課程,以培養(yǎng)交叉學(xué)科的研究人才,促進(jìn)學(xué)生將專業(yè)知識(shí)與生命科學(xué)知識(shí)結(jié)合,產(chǎn)生新思路,開拓新領(lǐng)域,也為了提高本科生的綜合素質(zhì),增強(qiáng)學(xué)生的健康與環(huán)保意識(shí)[3,4]。所以,對(duì)非生物類專業(yè)學(xué)生開設(shè)《生命科學(xué)導(dǎo)論》課程具有積極的意義。
目前,全國很多院校對(duì)非生物類專業(yè)學(xué)生開設(shè)了《生命科學(xué)導(dǎo)論》課程相關(guān)的生物學(xué)素質(zhì)教育課程[3,5-7],課程性質(zhì)多樣化,在教學(xué)計(jì)劃實(shí)施中充分體現(xiàn)了非生物類專業(yè)教學(xué)的特色。我校結(jié)合實(shí)際情況也對(duì)非生物類專業(yè)學(xué)生開設(shè)了《生命科學(xué)導(dǎo)論》課程,制訂了具體的教學(xué)要求,使學(xué)生掌握生命科學(xué)與技術(shù)的基本常識(shí)、了解該學(xué)科的主要領(lǐng)域和進(jìn)展,培養(yǎng)學(xué)生具備基本的生命科學(xué)素養(yǎng)。
二、教學(xué)內(nèi)容的改革
鑒于非生物類專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)層次參差不齊,不同專業(yè)的學(xué)生對(duì)生物學(xué)知識(shí)的需求也不盡相同[4,8,9],我們對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了精選、整合,針對(duì)不同專業(yè)的學(xué)生設(shè)計(jì)了不同的教學(xué)內(nèi)容。面向文科學(xué)生時(shí),采用講座形式組織教學(xué)內(nèi)容,主要以生命科學(xué)的熱點(diǎn)問題和發(fā)展方向?yàn)橹鳎Y(jié)合介紹基礎(chǔ)知識(shí),使學(xué)生獲得必要的現(xiàn)代生命科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),了解現(xiàn)代生命科學(xué)的新發(fā)展及其與人文科學(xué)交叉的趨勢(shì),幫助學(xué)生樹立正確的現(xiàn)代生命科學(xué)觀,參與社會(huì)發(fā)展的決策。面向理工科學(xué)生時(shí),教學(xué)內(nèi)容側(cè)重學(xué)科交叉意識(shí)的培養(yǎng),采用系統(tǒng)講授、部分自學(xué)的教學(xué)方式,以生命科學(xué)系統(tǒng)知識(shí)為主線,同時(shí)介紹生命科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的最新進(jìn)展,使學(xué)生理解、認(rèn)識(shí)一些生命現(xiàn)象和過程,啟迪學(xué)生的跨學(xué)科創(chuàng)新思維。
另外,學(xué)生對(duì)部分教學(xué)內(nèi)容缺乏興趣,如分類、形態(tài)、結(jié)構(gòu)等生物學(xué)專業(yè)知識(shí),因此提倡一些“開放性”內(nèi)容由學(xué)生自學(xué),激發(fā)學(xué)生思考與自學(xué)。同時(shí),在教學(xué)過程中也應(yīng)加強(qiáng)教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié),如組織學(xué)生參觀生物標(biāo)本館、生物園地等基地,以開拓學(xué)生視野,加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。
三、立體化教材的建設(shè)
根據(jù)多年的教學(xué)實(shí)踐及其他高校相關(guān)方面的經(jīng)驗(yàn),編寫了適合非生物類專業(yè)學(xué)生的教材《現(xiàn)代生命科學(xué)導(dǎo)論》。主要包括生命的物質(zhì)基礎(chǔ)、生命的新陳代謝、細(xì)胞與細(xì)胞工程、生物體內(nèi)的信號(hào)和傳遞、人體的防御系統(tǒng)、遺傳及其分子基礎(chǔ)、豐富多彩的生命世界、生物與環(huán)境、生物技術(shù)的發(fā)展與倫理問題等內(nèi)容,從不同角度對(duì)生命科學(xué)進(jìn)行全面、系統(tǒng)的介紹,體現(xiàn)了知識(shí)的系統(tǒng)性和科學(xué)性。
本教材具有以下特點(diǎn):(1)考慮到非生物學(xué)類專業(yè)學(xué)生的生物學(xué)基礎(chǔ)較淺,內(nèi)容編排由淺入深,力求形象生動(dòng)、通俗易懂,可啟發(fā)學(xué)生思維,開闊思路。(2)從適合非生物專業(yè)文、理工類學(xué)生的教學(xué)理念與教學(xué)目標(biāo)出發(fā),選擇以生命基本特征為主線,以生命活動(dòng)的重要方面為主題,綜合性地介紹生命本質(zhì),同時(shí)以生命科學(xué)的熱點(diǎn)理論、應(yīng)用和問題為切入點(diǎn),采取專題綜述、論證、探究等多種形式,在不同層次上啟發(fā)學(xué)生自主探索的興趣和開展深入思考。(3)在各章節(jié)內(nèi)容后附上思考練習(xí)題,便于學(xué)生鞏固知識(shí),加深理解。
四、多元化的考試方式
考試是測(cè)評(píng)學(xué)生掌握知識(shí)能力的必要手段之一,好的考試方式不僅能夠客觀全面地評(píng)價(jià)學(xué)生,且有助于提高教學(xué)效果。因此,我們?cè)黾恿诉^程評(píng)價(jià)和發(fā)展性評(píng)價(jià)等多元化學(xué)生成績?cè)u(píng)定方法,以利于促使學(xué)生注重自身整體能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)提高[2]。通常采用平時(shí)考核(如專題演講報(bào)告、課堂討論和考勤等)、撰寫課程論文和期末理論考試相結(jié)合的方式,不但評(píng)價(jià)了學(xué)生參與教學(xué)活動(dòng)的態(tài)度、完成作業(yè)的質(zhì)量,又考查了學(xué)生對(duì)知識(shí)的了解和掌握程度,同時(shí)多元化的考試方式也增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,減輕了學(xué)生的思想壓力,且避免了少數(shù)學(xué)生平時(shí)不學(xué)習(xí),通過考前突擊準(zhǔn)備獲得較高分?jǐn)?shù),導(dǎo)致課程成績不合理的情況發(fā)生[10]。
總之,為了提高非生物類專業(yè)學(xué)生的生命科學(xué)素質(zhì),在非生物類專業(yè)開設(shè)《生命科學(xué)導(dǎo)論》課程是新時(shí)期高等教育發(fā)展的需要,是歷史的必然。我們?cè)诟母铩?yōu)化教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等基礎(chǔ)上,建立了本校非生物類專業(yè)《生命科學(xué)導(dǎo)論》課程的教學(xué)體系,以期完善學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)科學(xué)的思維能力,使學(xué)生發(fā)現(xiàn)學(xué)科間的交叉點(diǎn),為今后的跨學(xué)科學(xué)習(xí)、研究奠定基礎(chǔ),從而促進(jìn)科學(xué)研究更好、更快的發(fā)展。
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摘要:生物信息學(xué)是較新的交叉學(xué)科,大部分文獻(xiàn)資料都是英文的,對(duì)學(xué)生的專業(yè)英Z能力要求較高,僅靠開幾門課遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的生物信息學(xué)專業(yè)英語教學(xué)體系在大學(xué)英語和專業(yè)英語課程的基礎(chǔ)上,以應(yīng)用為驅(qū)動(dòng)和引導(dǎo),以網(wǎng)絡(luò)資源查詢、專業(yè)軟件使用及專業(yè)文獻(xiàn)資料的閱讀及寫作為核心內(nèi)容,使學(xué)生在課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)驗(yàn)及科研等實(shí)踐過程中提高專業(yè)英語水平,收到了良好的效果。
關(guān)鍵詞:應(yīng)用驅(qū)動(dòng);生物信息學(xué);專業(yè)英語
中圖分類號(hào):G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2017)21-0232-02
一、前言
生物信息學(xué)是近年新興的一門交叉學(xué)科,其研究內(nèi)容包含了生物信息的獲取、處理、儲(chǔ)存、分發(fā)、分析和解釋等在內(nèi)的所有方面,它綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和生物學(xué)的各種工具,來闡明和理解大量數(shù)據(jù)所包含的生物學(xué)意義(張春霆,2000)。與其他的生物學(xué)專業(yè)一樣,該專業(yè)要求學(xué)生掌握基本的專業(yè)英語閱讀和寫作能力;同時(shí),由于是新興專業(yè),其大部分專業(yè)資料,包括專業(yè)網(wǎng)絡(luò)資源、常用軟件和文獻(xiàn)資料等大都是英文,并且對(duì)生物學(xué)、計(jì)算機(jī)及數(shù)學(xué)領(lǐng)域的專業(yè)英語詞匯都有一定要求,因此,生物信息學(xué)專業(yè)對(duì)于專業(yè)英語的要求比其他專業(yè)更高一些。近年,人們陸續(xù)提出將任務(wù)或項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法(周冬菊等,2011)、CBI(Content-based Instruction)專業(yè)英語教學(xué)法(智慧,2011)等應(yīng)用于生物類專業(yè)英語教學(xué),并強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)資源和應(yīng)用(劉進(jìn)平等,2011,2013)以及科研文獻(xiàn)(方強(qiáng)&趙威,2014)等在生物類專業(yè)英語教學(xué)中的作用。重慶郵電大學(xué)生物信息學(xué)院生物信息學(xué)本科專業(yè)通過總結(jié)不同的教學(xué)方法,結(jié)合生物信息學(xué)專業(yè)自身的特點(diǎn),系統(tǒng)地提出了應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的生物信息學(xué)專業(yè)英語教學(xué)體系,并收到了良好的教學(xué)效果。
二、體系構(gòu)成
應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的生物信息學(xué)專業(yè)英語教學(xué)體系由兩部分組成:①基礎(chǔ)部分,包括大學(xué)英語和生物信息學(xué)專業(yè)英語;②應(yīng)用部分,包括雙語教學(xué)課程、生物信息學(xué)網(wǎng)絡(luò)資源、生物學(xué)軟件及專業(yè)文獻(xiàn)資料閱讀及寫作。內(nèi)容由淺到深,從基礎(chǔ)教學(xué)逐步過渡到專業(yè)應(yīng)用。整個(gè)體系以應(yīng)用為驅(qū)動(dòng)和向?qū)В浜诵膬?nèi)容是網(wǎng)絡(luò)資源查詢、專業(yè)軟件使用及專業(yè)文獻(xiàn)資料的閱讀及寫作,其形式主要為課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)驗(yàn)及學(xué)生課外科研。
1.大學(xué)英語。大學(xué)英語教學(xué)分為基礎(chǔ)階段和應(yīng)用提高階段(田志環(huán),2008),大學(xué)英語是基礎(chǔ)階段的主要英語教學(xué)形式,在高中階段語法學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上,鞏固提高學(xué)生的英語聽、說、讀、寫能力,為后面的應(yīng)用階段英語教學(xué)奠定基礎(chǔ)。
2.專業(yè)英語課程。生物信息學(xué)專業(yè)英語課程是基礎(chǔ)階段到應(yīng)用提高階段的過渡,其教材根據(jù)本專業(yè)的特點(diǎn)采用自編教材,內(nèi)容除生物信息相關(guān)內(nèi)容外,還兼顧生物、計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)(主要是概率統(tǒng)計(jì))等領(lǐng)域。生物信息學(xué)專業(yè)英語課程內(nèi)容分三個(gè)層次:專業(yè)英語,主要是理科專業(yè)英語的特點(diǎn),常用句型;生物類專業(yè)英語,主要是了解生物學(xué)專業(yè)名詞的構(gòu)詞特點(diǎn)及熟悉常見生物學(xué)專業(yè)名詞;生物信息學(xué)專業(yè)英語,了解生物信息學(xué)常見的研究領(lǐng)域,熟悉生物信息學(xué)專業(yè)詞匯。內(nèi)容從一般到特殊,學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)初步了解生物信息學(xué)專業(yè)英語的特點(diǎn),掌握基本的專業(yè)詞匯。
3.雙語教學(xué)專業(yè)課。生物信息學(xué)專業(yè)的雙語課程是整個(gè)專業(yè)英語教學(xué)體系的核心,是學(xué)生掌握專業(yè)英語詞匯的主要途徑。雙語課程包括分子生物學(xué)、進(jìn)化生物學(xué)、Perl程序設(shè)計(jì)等,其教材采用國外原版教材(影印版),教師上課幻燈片主要用英語,講解用英語+漢語,配合學(xué)生的課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí),在掌握專業(yè)知識(shí)的同時(shí),熟悉生物信息學(xué)專業(yè)詞匯,提高專業(yè)英語閱讀能力。
4.網(wǎng)絡(luò)資源。隨著生物信息學(xué)的快速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)上英文的生物信息學(xué)資源也越來越多,主要包括生物學(xué)數(shù)據(jù)庫、多媒體生物信息學(xué)資料(如新一代測(cè)序儀介紹等)及公開課視頻資料。網(wǎng)絡(luò)生物數(shù)據(jù)庫如GenBank、UniProt、Ensembl、Pfam、PDB等包含了大量的生物學(xué)數(shù)據(jù)及分析工具,內(nèi)容系統(tǒng)完整,更新速度快,是生物科研工作者的寶庫,同時(shí)也是生物信息學(xué)專業(yè)英語學(xué)習(xí)的寶貴資源。這些數(shù)據(jù)庫的幫助頁面有詳細(xì)的資源介紹及使用方法說明,若能仔細(xì)閱讀,在學(xué)習(xí)這些網(wǎng)絡(luò)資源的同時(shí),專業(yè)英語能力也會(huì)有極大的提高。另外,網(wǎng)絡(luò)上的很多公開課,如亞利桑那大學(xué)的“生物多樣性”、可汗學(xué)院的“生物學(xué)”及“概率”、麻省理工學(xué)院的“生物學(xué)導(dǎo)論”等,都是很好的在線學(xué)習(xí)資源。
5.生物信息學(xué)軟件。生物信息學(xué)領(lǐng)域很多常用的軟件,如序列比對(duì)軟件BLAST、FAST、TeeCoffee、ClustalW/X系統(tǒng)發(fā)育分析軟件MEGA、PAUP、PHYLIP、PAML,新一代測(cè)序數(shù)據(jù)分析軟件Velvet、SOAP、Bowtie、BWA等及其他生物信息學(xué)領(lǐng)域的很多軟件的界面及幫助文檔都是英文,在掌握使用這些軟件的同時(shí),也可以熟悉相關(guān)領(lǐng)域的英文專業(yè)詞匯。
6.專業(yè)文獻(xiàn)資料閱讀。在學(xué)生的生物信息學(xué)課程設(shè)計(jì)、生物信息學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、科研班及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等課程及活動(dòng)中,需要閱讀適量的英文文獻(xiàn)。在前面掌握了一定量的專業(yè)詞匯的基礎(chǔ)上,通過英文文獻(xiàn)資料的閱讀,進(jìn)一步提高了學(xué)生的專業(yè)英語閱讀水平,并初步掌握生物信息學(xué)專業(yè)英語寫作的基本要求,對(duì)于學(xué)生以后的研究生階段的學(xué)習(xí)或?qū)I(yè)相關(guān)工作奠定了專業(yè)英語基礎(chǔ)。
三、教學(xué)效果
專業(yè)英語學(xué)習(xí)的最終目的是應(yīng)用,主要包括專業(yè)英語文獻(xiàn)資料的閱讀及論文寫作,因此,對(duì)于教學(xué)效果也主要從閱讀和寫作兩方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。
1.專業(yè)英語閱讀。經(jīng)過幾年系統(tǒng)的專業(yè)英語學(xué)習(xí),學(xué)生從入學(xué)時(shí)覺得專業(yè)英語神秘莫測(cè),看到英文資料就跳過,到畢業(yè)時(shí)能比較順利地閱讀專業(yè)文獻(xiàn)資料,查詢GenBank等英文專業(yè)數(shù)據(jù)庫,也不再害怕使用英文界面的專業(yè)軟件。
2.專業(yè)英語寫作。在專業(yè)英語閱讀能力提高的基礎(chǔ)上,學(xué)生的專業(yè)英語寫作能力也有了較大提高。尤其是科研班的同學(xué),基本上可以用英語將自己的科研工作總結(jié)成論文初稿,畢業(yè)論文中的英文摘要也較少出現(xiàn)語法和拼寫錯(cuò)誤。
經(jīng)過四年的學(xué)習(xí),學(xué)生生物信息學(xué)專業(yè)英語的閱讀和寫作能力都有了較大提高,為進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和工作打下了良好的基礎(chǔ)。
四、結(jié)語
該體系以應(yīng)用為導(dǎo)向,從基礎(chǔ)到應(yīng)用,由易到難,主要培養(yǎng)學(xué)生的生物信息學(xué)專業(yè)英語閱讀能力,兼顧專業(yè)英語寫作訓(xùn)練,取得了較好的效果。英語的學(xué)習(xí)是一個(gè)積累與逐步提高的過程,專業(yè)英語更是如此,尤其是專業(yè)詞匯的積累需要大量的閱讀與寫作實(shí)踐。因此,要使學(xué)生學(xué)好專業(yè)英語,僅靠開幾門課是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。學(xué)生通過課程設(shè)計(jì)及生物信息學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)等應(yīng)用性課程及課外科研活動(dòng),在掌握了專業(yè)知識(shí)的同時(shí)提高了專業(yè)英語閱讀和寫作能力,為進(jìn)一步深造打下基礎(chǔ)。
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依個(gè)人之見,計(jì)算機(jī)依據(jù)用途可以分為三大類:第一類為高端技術(shù)應(yīng)用,是科技工作者和大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)研究人員,通過不懈的研究創(chuàng)新,推出更新的科技成果產(chǎn)品;第二類是普通應(yīng)用,人們把它作為一種高效率的工具,在工作和生活的各種應(yīng)用環(huán)境中大量使用;第三類是玩具,在當(dāng)今這個(gè)信息社會(huì)中,更為壯觀的是全球的人都把計(jì)算機(jī)當(dāng)做一個(gè)高級(jí)的智能玩具,用來娛樂、游戲。
研究高端科學(xué)技術(shù)的人們,不僅要懂得電子計(jì)算機(jī)是如何工作的,而且還要知道它是如何制造出來的,要了解它從一個(gè)幾十噸重的龐然大物變成今天的筆記本電腦的演變過程;把它當(dāng)工具使用的人,則只要了解電子計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí),學(xué)會(huì)編制程序的方法,就能得心應(yīng)手地開展自已應(yīng)用領(lǐng)域的工作,沒有必要去過問它是怎樣造出來的;把電腦當(dāng)作玩具者,則只要知道計(jì)算機(jī)的操作命令就行了。當(dāng)然興趣不一樣,玩的方法也就各有特色??萍籍a(chǎn)品、工具、玩具只是人們?cè)诟髯允褂梅秶鷥?nèi)對(duì)計(jì)算機(jī)的不同理解,但它顯現(xiàn)出來的本質(zhì)仍然是一臺(tái)不折不扣的電子計(jì)算機(jī)。
鑒于電子計(jì)算機(jī)與人們是如此親密無間,電子計(jì)算機(jī)也就必然從高端科技演變成為人們的基礎(chǔ)知識(shí)。2006年3月,曾任美國卡內(nèi)基?梅隆大學(xué)(CMU)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任,現(xiàn)任美國基金會(huì)(MSP)計(jì)算機(jī)和信息科學(xué)與工程部(CISE)主任的周以真Jearmette M.Wing教授,在美國計(jì)算機(jī)權(quán)威刊物《Communicatons of the ACM》上,首次提出了計(jì)算思維的觀念。計(jì)算思維這一觀念提出后,立即得到美國教育界的廣泛支持,并引起了歐洲的極大關(guān)注。2007年9月19日,歐洲科學(xué)界、工業(yè)界和政府的一些領(lǐng)導(dǎo)者還在布魯塞爾皇家科學(xué)院召開了一次名為“思維科學(xué)――歐洲的下一個(gè)政策挑戰(zhàn)”的會(huì)議。
在國內(nèi),為了緊跟國際學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài),推動(dòng)教學(xué)理念的更新,全國高等學(xué)校計(jì)算機(jī)教育研究會(huì)早在2003年10月31日,就在桂林電子工業(yè)學(xué)院主辦了全國“計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)方法論”專題學(xué)術(shù)研討會(huì),在熱烈的討論中,也萌發(fā)了計(jì)算思維的理念。本次會(huì)議有來自全國百余所高校的150余位代表參會(huì),還吸引了哲學(xué)界、物理學(xué)界的學(xué)者參加,討論中不僅有相同的觀點(diǎn)共識(shí),也有對(duì)立的論點(diǎn)交鋒,會(huì)議開得熱烈、成功。大會(huì)收到論文100余篇,其中64篇由核心刊物《計(jì)算機(jī)科學(xué)》雜志專輯發(fā)表。
5年之后的2008年10月31日,全國高等學(xué)校計(jì)算機(jī)教育研究會(huì)又在桂林電子科技大學(xué)召開了“計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”專題研討會(huì),探討了科學(xué)思維與科學(xué)方法在計(jì)算機(jī)學(xué)科教學(xué)創(chuàng)新中的作用。來自全國80多所高校,包括70多位計(jì)算機(jī)學(xué)院院長、主管教學(xué)的副院長在內(nèi)的近百名專家出席了會(huì)議。在本次會(huì)議上,桂林電子科技大學(xué)董榮勝教授、武漢大學(xué)費(fèi)定舟教授、國防科大李婷婷博士、著名計(jì)算機(jī)教育家蘇運(yùn)霖教授、中國人民大學(xué)趙總寬教授等分別就有關(guān)計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)導(dǎo)論、計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)方法論、哲學(xué)思維、計(jì)算思維及科技創(chuàng)新、歷史上重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)創(chuàng)新中蘊(yùn)含的計(jì)算思維、中國古代科學(xué)中蘊(yùn)含的計(jì)算思維――算法化思想、計(jì)算思維在各學(xué)科領(lǐng)域的應(yīng)用、計(jì)算思維在計(jì)算機(jī)學(xué)科各門課程中講授的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)等內(nèi)容作了大會(huì)報(bào)告,探討了在教學(xué)過程中如何以課程為載體講授面向?qū)W科的思維方法,以及這種講授對(duì)國家科學(xué)與教育事業(yè)發(fā)展的作用等。
這兩次會(huì)議的核心宗旨是期望促使我國計(jì)算機(jī)教育界的同行們要更新思維,盡快適應(yīng)計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域發(fā)生的根本性變革。
2008年6月29日至7月14日,中國國家科學(xué)基金委員會(huì)組織了計(jì)算機(jī)科學(xué)代表團(tuán),訪問了美國的lO所大學(xué)和美國國家科學(xué)基金會(huì)。訪問成員對(duì)“計(jì)算思維”有了更強(qiáng)烈的感受:中國工程院院士、國家自然科學(xué)基金委員會(huì)副主任、清華大學(xué)孫家廣教授說:“最具有基礎(chǔ)性和長期性的思想是‘計(jì)算思維’。這也給中國計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的學(xué)科建設(shè)工作提供了很好的參考”。中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)理事、國家自然科學(xué)基金委員會(huì)信息科學(xué)部二處(計(jì)算機(jī)學(xué)科)處長劉克教授說:“在大學(xué)中推進(jìn)‘計(jì)算思維’這一基本理念的教育與傳播工作也非常必要”。中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員、2007年中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)王選獎(jiǎng)獲得者、中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所研究員徐志偉總工程師說:“‘計(jì)算思維’就本人了解而言,這可能是近十年來最具有基礎(chǔ)性、長期性的學(xué)術(shù)思想。這個(gè)思想由美國國家科學(xué)基金會(huì)主管計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)與工程學(xué)部的副主任珍妮特?文(Jeannette Wing)博士提出。簡言之:計(jì)算思維是一種本質(zhì)的、所有人都必須具備的思維方式,就像識(shí)字、做算術(shù)一樣;任務(wù)是在2050年以前,讓地球上每一個(gè)公民都具備‘計(jì)算思維’能力。換句話說,以前要‘掃盲’,是掃‘文盲’,在21世紀(jì),要掃‘計(jì)算機(jī)盲’。當(dāng)然,要做到這點(diǎn),必須說清楚什么是計(jì)算思維?!彼终f:“計(jì)算思維這一思想也部分地給出了初步理論,可用于解釋為什么美國正在發(fā)生各種學(xué)科、教育、科研活動(dòng)和機(jī)構(gòu)變革的實(shí)踐。這也給中國計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的學(xué)科建設(shè)工作提供了一個(gè)很好的參考。這個(gè)思想還應(yīng)該更正面地理解,即計(jì)算思維的普及可以從科學(xué)界、研究界開始,給予科技人員一種新的視角和思維方式。”徐志偉總工程師最后總結(jié)說:“計(jì)算使人們能夠發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)新CDI(Cyber Enabled Discovery and Innovation),是實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的第一個(gè)美國國家科學(xué)基金會(huì)的重大計(jì)劃。它的目的是,通過計(jì)算思維的創(chuàng)新和進(jìn)步(包括概念、方法、模型、算法、工具和系統(tǒng)等),對(duì)科學(xué)與工程領(lǐng)域產(chǎn)生新理解、新模式,創(chuàng)造革命性的研究成果?!?/p>
從以上這些論述來看,在2050年以前,要讓地球上每一個(gè)公民都具備“計(jì)算思維”能力,要掃“計(jì)算機(jī)盲”。因此,應(yīng)把計(jì)算思維看成是一種本質(zhì)的、所有人都必須具備的思維方式。國際上已經(jīng)在大聲疾呼了,我們中國的計(jì)算機(jī)教育工作者豈能坐視不理,我們應(yīng)該結(jié)合國情,奮起直追!
2010年7月19日至20日,北京大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、南京大學(xué)、中國科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西安交通大學(xué)九所知名高校在西安交通大學(xué)舉辦了“C9高校聯(lián)盟計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會(huì)”。教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)主任陳國良院士親臨大會(huì),作了“計(jì)算思維能力培養(yǎng)研究”的報(bào)告,并主持了該專題的討論,各有關(guān)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)負(fù)責(zé)人 及骨干教師出席了大會(huì)。經(jīng)大會(huì)研究討論后就增強(qiáng)大學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)發(fā)表了“C9高校聯(lián)盟計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明”。這是個(gè)好兆頭,作為全國高等學(xué)校計(jì)算機(jī)教育研究會(huì),我們?cè)诒硎痉e極支持的前提下,還要力爭在促進(jìn)建立“計(jì)算思維”的觀念上作出貢獻(xiàn)。
那么,什么是計(jì)算思維?
周以真教授指出:“計(jì)算思維代表著一種普遍的認(rèn)識(shí)和一類普適的技能,每一個(gè)人,而不僅僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)家,都應(yīng)熱心于它的學(xué)習(xí)和應(yīng)用。”他又說:“計(jì)算思維是每個(gè)人的基本技能,不僅僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)家。我們應(yīng)當(dāng)使每個(gè)孩子在培養(yǎng)解析能力時(shí)不僅掌握閱讀、寫作和算術(shù)(Reading Writing and Arithmetic――3R),還要學(xué)會(huì)計(jì)算思維。”
中國科學(xué)院計(jì)算所李國杰院士說:“計(jì)算思維運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為,它選擇合適的方式陳述一個(gè)問題、對(duì)一個(gè)問題的相關(guān)方面建模,并用最有效的辦法實(shí)現(xiàn)問題求解?!崩顕茉菏窟€認(rèn)為,計(jì)算機(jī)科學(xué)本質(zhì)上源自數(shù)學(xué)思維和工程思維。然而,計(jì)算思維遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只是為計(jì)算機(jī)編程,它是抽象的多個(gè)層次上的思維,與“讀寫能力”一樣,是人類的基本思維方式。他強(qiáng)調(diào),“計(jì)算思維是每個(gè)人的基本技能,不僅僅屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)家?!彼ㄗh,在培養(yǎng)孩子們的解析能力時(shí),不僅要求其學(xué)會(huì)閱讀、寫作和算術(shù),還要學(xué)會(huì)計(jì)算思維。
因此,我們可以這樣來認(rèn)識(shí)計(jì)算思維:計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念來進(jìn)行問題的求解、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及人類行為的理解等,它包括了涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)廣度的一系列思維活動(dòng)。計(jì)算思維是一種本質(zhì)的、所有人都必須具備的思維方式,就像閱讀、寫字、做算術(shù)一樣,成為人們最基礎(chǔ)、最普遍、最適用和不可缺少的基礎(chǔ)思維方式。
計(jì)算思維的普及可以從科學(xué)界、研究界開始做起,它能給科技人員一種新的視覺和思維方式。
在大學(xué)里推進(jìn)計(jì)算思維這一基本理念的教育和傳播工作是十分必要的,建議面向所有專業(yè)的大學(xué)新生開一門“怎么像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣思維”的課程。還應(yīng)當(dāng)讓沒有進(jìn)入大學(xué)之前的學(xué)生接觸計(jì)算的方法和模型。要培養(yǎng)具有“計(jì)算思維”能力的中國計(jì)算機(jī)本科大學(xué)生,就需要制定出具有“計(jì)算思維”能力特色的教學(xué)計(jì)劃。因此,對(duì)我國現(xiàn)行教學(xué)計(jì)劃的創(chuàng)新改革已經(jīng)到了刻不容緩的時(shí)候了。我國計(jì)算機(jī)教育界同行已經(jīng)在審時(shí)度勢(shì)地審定和修改現(xiàn)行的教學(xué)計(jì)劃,發(fā)掘新特色,尋找新亮點(diǎn)。
在全民中有計(jì)劃、有步驟地進(jìn)行計(jì)算思維觀念的宣傳和普及工作,也應(yīng)當(dāng)提上議事日程。美國人已經(jīng)提出,在2050年以前,要讓地球上每一個(gè)公民都具備“計(jì)算思維”能力,要掃“計(jì)算機(jī)盲”。因此,應(yīng)該把計(jì)算思維看成是一種本質(zhì)的、所有人都必須具備的思維方式,激發(fā)人們對(duì)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域科學(xué)探索的興趣,使計(jì)算思維成為一種常識(shí)。周以真教授說,“我特別需要抓住尚未進(jìn)入大學(xué)之前的聽眾,包括教師、父母和學(xué)生,向他們傳送下面兩個(gè)信息:智力上的挑戰(zhàn)和引人入勝的科學(xué)問題依舊亟待理解和解決。這些問題的解答僅僅受限于我們自己的好奇心和創(chuàng)造力。”
結(jié)論應(yīng)當(dāng)是:當(dāng)計(jì)算思維面向所有的人,所有的地方,真正融入人類活動(dòng)的整體,不再表現(xiàn)為一種顯式哲學(xué)的時(shí)候,計(jì)算思維就將成為一種現(xiàn)實(shí)。
綜上所述,不妨把計(jì)算思維看成是“基礎(chǔ)的回歸”,把學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)看成像學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)或英語一樣的基礎(chǔ)知識(shí)。主修數(shù)學(xué)或英語的人,可以從事各種各樣的職業(yè)。主修計(jì)算機(jī)科學(xué)的人,當(dāng)然也可以從事各種各樣的職業(yè),比如,一個(gè)人在主修計(jì)算機(jī)科學(xué)以后,可以直接從事醫(yī)學(xué)、法律、商業(yè)、政治以及任何類型的科學(xué)和工程職業(yè),甚至藝術(shù)工作。也就是說,在原來的數(shù)、理、化、天、生、物六大基礎(chǔ)學(xué)科的基礎(chǔ)上,加上計(jì)算機(jī)科學(xué)而成為七大基礎(chǔ)學(xué)科。
這里還要闡明幾個(gè)概念:
計(jì)算思維是概念化,而不是程序化。因?yàn)橛?jì)算機(jī)科學(xué)不只是為計(jì)算機(jī)編制程序,而是要像計(jì)算機(jī)科學(xué)家那樣去思維,進(jìn)而要求在抽象的多個(gè)層次上思維。
計(jì)算思維是人的思維,是人類求解問題的一條途徑。計(jì)算機(jī)的思維方式也決不是要人類像計(jì)算機(jī)那樣去思考。計(jì)算機(jī)的工作非常機(jī)械、枯燥、沉悶,人類則聰穎并富有想象力,是人類創(chuàng)造了計(jì)算機(jī),給計(jì)算機(jī)賦以智能和激情。當(dāng)人類為自己配置了計(jì)算機(jī)系統(tǒng),人類就能夠用自己的智慧來解決那些在計(jì)算時(shí)代之前不敢嘗試的問題,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“只有想不到,沒有做不到”的境界。
計(jì)算思維是數(shù)學(xué)思維和工程思維的互補(bǔ)與融合,和所有學(xué)科的形式化基礎(chǔ)都是建筑在數(shù)學(xué)之上一樣,計(jì)算機(jī)科學(xué)在本質(zhì)上也來源于數(shù)學(xué)思維。又由于人類建造的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)能夠與實(shí)際世界互動(dòng)的系統(tǒng),計(jì)算機(jī)科學(xué)在本質(zhì)上又來源于工程思維。由于基本的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)受到的限制,迫使計(jì)算機(jī)科學(xué)家必須進(jìn)行計(jì)算性思考,不能只是單純地進(jìn)行數(shù)學(xué)思考,而要開拓視野,用構(gòu)建虛擬世界的自由來使人類能夠設(shè)計(jì)出超物理世界的各種系統(tǒng)。
計(jì)算思維是人類的思想活動(dòng),不是人造的物品,它不只是以人類生產(chǎn)的軟件、硬件等人造物的物理形式到處呈現(xiàn)并時(shí)刻融入人們的生活,更重要的是,它是人類用以接近求解問題、管理日常生活、建立與他人交流和互動(dòng)的計(jì)算概念。因此,不能把計(jì)算機(jī)科學(xué)只等同于為計(jì)算機(jī)編制程序,也不能把主修計(jì)算機(jī)科學(xué)局限于狹窄的就業(yè)范圍,更不能認(rèn)為計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)研究已經(jīng)完成,只剩下工程實(shí)現(xiàn)的問題了。當(dāng)人們行動(dòng)起來去改變這個(gè)領(lǐng)域的社會(huì)形象的時(shí)候,計(jì)算思維就是一個(gè)引導(dǎo)著計(jì)算機(jī)教育家、研究者和實(shí)踐者的宏大愿景了。
計(jì)算思維不僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)家的思維,它已經(jīng)不局限于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域,計(jì)算機(jī)科學(xué)家對(duì)各種學(xué)科都產(chǎn)生了興趣。例如,他們堅(jiān)信生物學(xué)家能夠從計(jì)算思維中獲益,計(jì)算機(jī)科學(xué)也確實(shí)對(duì)生物科學(xué)作出極大貢獻(xiàn),它不僅具有能夠從海量的序列數(shù)據(jù)中搜索尋找模式規(guī)律的本領(lǐng),最終還能用體現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法(指計(jì)算抽象和方法)自身的功能方式來表示蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),計(jì)算生物學(xué)正在改變著生物學(xué)家的思考方式。類似的,計(jì)算博弈理論正在改變著經(jīng)濟(jì)學(xué)家的思考方式:納米計(jì)算正在改變著化學(xué)家的思考方式;量子計(jì)算正在改變著物理學(xué)家的思考方式。當(dāng)然,計(jì)算思維不僅僅限于科學(xué)家,計(jì)算思維應(yīng)該成為每個(gè)人的技能組合成分??梢赃@樣認(rèn)為:普適計(jì)算之于今天就如計(jì)算思維之于明天。普適計(jì)算讓今天實(shí)現(xiàn)了昨天的夢(mèng)想,而計(jì)算思維將是明天的現(xiàn)實(shí)。
計(jì)算思維是利用啟發(fā)式的推理尋求解答,它可以在不能確定的情況下進(jìn)行規(guī)劃、學(xué)習(xí)和調(diào)度。實(shí)質(zhì)上就是搜索、搜索、再搜索。
計(jì)算思維是利用海量數(shù)據(jù)來加快計(jì)算,在時(shí)間和空間之間,在處理能力和存儲(chǔ)容量之間進(jìn)行權(quán)衡。我們來看一些日常生活中的事例:當(dāng)你的孩子早晨去上學(xué)時(shí),他把當(dāng)天所需的東西放進(jìn)背包,這就是“預(yù)置和緩存”;當(dāng)有人弄丟了自己的物品,你建議他沿著走過的路線去尋找,這就叫“回推”;在什么時(shí)候停止長期租用的物品而為自己買一個(gè)呢?這就是“在線算法”;在超市付費(fèi)時(shí),你應(yīng)當(dāng)去排哪一個(gè)隊(duì)呢?這就是“多服務(wù)器系統(tǒng)”的性能模型;為什么停電時(shí)你的電話仍然可以用呢?這就是“失敗的無關(guān)性”和“設(shè)計(jì)的冗余性。”當(dāng)計(jì)算思維真正滲透到每一個(gè)人的生活之中的時(shí)候,“預(yù)置和緩存”、“回推”、“在線算法”、“多服務(wù)器系統(tǒng)”、“失敗的無關(guān)性”和“設(shè)計(jì)的冗余性”等專業(yè)詞匯也就成為人們的日常語言了。
計(jì)算思維既然與人們的工作和生活如此密切相關(guān),計(jì)算思維理所當(dāng)然地應(yīng)當(dāng)成為人類不可或缺的一種生存能力。當(dāng)今的信息社會(huì)已經(jīng)離不開計(jì)算機(jī)了,未來的社會(huì)一定更需要計(jì)算機(jī)來加速實(shí)現(xiàn)美好的愿景。從事計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)研究和計(jì)算機(jī)教育的同行們,我們有責(zé)任首先成為具有計(jì)算思維能力的先驅(qū)者和促進(jìn)者,大家首先要齊心協(xié)力地用計(jì)算思維的觀念和能力把自己武裝起來,再用自己的切身體會(huì)去培育更多的人們具有計(jì)算思維的觀念,再把計(jì)算思維的觀念提升到計(jì)算思維的能力。我堅(jiān)信:通過大家的共同努力,一定能把國際上流行的“2050年全世界的每一個(gè)公民都應(yīng)具有計(jì)算思維能力”的預(yù)言變成現(xiàn)實(shí)!
參考文獻(xiàn):
[1]Jeannette putational Thinking[J].Communications of the ACM,2006,49(3):33-35.