科学思维的理解第1篇

1.科学思维能力简介

科学思维是以科学知识为基础达到思维最优化、科学化，是适应现代化实践方式以及现代化科技创新而创立的方法体系，是对世界的复杂性、整体性和多样性的全局把握。

科学思维能力是指以科学认知得到的以及人的大脑依赖于信息符号对于感性材料加工处理的途径和方式，其实质是通过合理地处理各种科学思维方法之间的辩证关系，从而使其达到最优化，做到科学地、历史地、全面地观察问题、考虑问题，得出符合实际的解决问题的方法。

科学思维方式是一个庞大的方法集合，其中包括科学抽象方法、思维发散法、逻辑方法、模型优化法等。

2.培养科学思维能力的重要性

（1）培养学生科学思维能力是科学课学习的重要基础

初中生在学习科学课的传统过程中，往往是老师把需要传授的知识和课程固定式思维结合起来，学生将老师的思维固化在自己的脑海中，形成模式思维。长此以往，学生容易导致对熟悉的课程和内容铭记于心，但是当遇到新的问题时就会茫然无措，不知道从何入手解决问题。这就是模式化思维与现代教学没有同步前进的结果。而科学课是对自然科学进行探索、求知过程的研究，要求学生具有独立、创新、灵活思维能力，因此培养学生的自主科学思维能力也就成为了学习科学课的重要保证。

（2）初中生习惯于单一思维，缺乏发散思维能力

初中学生在分析和解决自然科学问题的时候，习惯于单一的沿着问题的发展过程考虑问题，思维习惯固定，思维方向难以改变，因此不能够通过多角度多途径解决问题，难以进行发散思维或变换角度思维，解决问题的方法模式化，缺乏一定的灵活性与创新性，没有形成系统的科学思维方法，难以从根本上突破学习科学课的瓶颈。

（3）科学课自身特点对于科学思维能力的要求

科学课对于知识与能力的相互转化十分重视，学生思维能力的塑造是科学课的首要目的。培养科学的思维能力是科学课的基本要求，其知识体系本身特点就决定了其对于学生科学思维能力的要求。随着科学的发展，学生的视野开始变的开阔，知识与信息的来源广泛，如果缺乏科学思维对于知识与信息进行系统化的处理，难以将其应用于实践中。只有让学生拥有科学的思维方法才能够在信息时代合理地运用其来解决实际问题。

二、初中科学课培养科学思维能力的方法

1.培养学生发散式的科学思维能力

培养学生科学思维能力首要任务的是学生思维的灵活性与发散性，即发散式思维，能够从多角度、全方位思考问题，冲破传统观固定化思维模式的单一性与局限性。

以能量的转化与守恒为例，学生在初学该章节时，对于转化与守恒这个概念就有所误解，认为其相互矛盾。既然能量可以相互转化，那么能量还能够守恒么？这是很多学生所产生的疑问。这就是学生考虑问题的时候单从某种能量自身考虑，缺乏能量的整体式思维，而且考虑问题绝对化，把转化与守恒进行绝对化思考，导致对问题难以理解。

该例子说明学生在思考科学问题时候应该从不同的角度思考问题，从个别以及整体不同的角度入手解决问题，该例中很多同学会从单一的势能或者单一的动能出发，没有考虑到能量的总体性，即思考的角度要全方位。因此可以通过教学中的看似矛盾的问题，来培养学生的发散式思维能力。

2.培养学生想象式的思维能力，充分发掘学生的想象力

想象式思维能力是科学中的一种非常重要的抽象逻辑思维能力，因为在科学课的研究中，会遇到边缘科学等许多超越现实的实验条件，现实生活中难以重现实验环境。这就要求学生抓住研究对象的主要因素，排除其他次要因素，使研究对象与实验条件理想化，从而建立理想的实验模型。

例如对于势能的理解，很多学生认为火燃烧时释放出热量这种形象化的能量才是能量，因为它可以通过人体感觉得到。而像重力势能、弹性势能等人体感觉不到的能量，学生就无法理解。因为势能比较抽象化。这就需要学生在理解势能这个概念时采用抽象式、理想式的科学思维方法。将能量作为一个整体抽象的描述印在脑海中，将无形的势能附着于有形的物体上，从而将无形的势能抽象的想象成有形的势能，从而消化对势能概念的理解。

因此，充分发掘学生的想象力，培养学生想象式的思维能力是培养科学思维方法的重要任务。

科学思维的理解第2篇

 

关键词：科学课　科学思维能力　能量 

一、培养初中生科学思维能力的重要性 

1.科学思维能力简介 

科学思维是以科学知识为基础达到思维最优化、科学化，是适应现代化实践方式以及现代化科技创新而创立的方法体系，是对世界的复杂性、整体性和多样性的全局把握。 

科学思维能力是指以科学认知得到的以及人的大脑依赖于信息符号对于感性材料加工处理的途径和方式，其实质是通过合理地处理各种科学思维方法之间的辩证关系，从而使其达到最优化，做到科学地、历史地、全面地观察问题、考虑问题，得出符合实际的解决问题的方法。 

科学思维方式是一个庞大的方法集合，其中包括科学抽象方法、思维发散法、逻辑方法、模型优化法等。 

2.培养科学思维能力的重要性 

（1）培养学生科学思维能力是科学课学习的重要基础 

初中生在学习科学课的传统过程中，往往是老师把需要传授的知识和课程固定式思维结合起来，学生将老师的思维固化在自己的脑海中，形成模式思维。长此以往，学生容易导致对熟悉的课程和内容铭记于心，但是当遇到新的问题时就会茫然无措，不知道从何入手解决问题。这就是模式化思维与现代教学没有同步前进的结果。而科学课是对自然科学进行探索、求知过程的研究，要求学生具有独立、创新、灵活思维能力，因此培养学生的自主科学思维能力也就成为了学习科学课的重要保证。 

（2）初中生习惯于单一思维，缺乏发散思维能力 

初中学生在分析和解决自然科学问题的时候，习惯于单一的沿着问题的发展过程考虑问题，思维习惯固定，思维方向难以改变，因此不能够通过多角度多途径解决问题，难以进行发散思维或变换角度思维，解决问题的方法模式化，缺乏一定的灵活性与创新性，没有形成系统的科学思维方法，难以从根本上突破学习科学课的瓶颈。 

（3）科学课自身特点对于科学思维能力的要求 

科学课对于知识与能力的相互转化十分重视，学生思维能力的塑造是科学课的首要目的。培养科学的思维能力是科学课的基本要求，其知识体系本身特点就决定了其对于学生科学思维能力的要求。随着科学的发展，学生的视野开始变的开阔，知识与信息的来源广泛，如果缺乏科学思维对于知识与信息进行系统化的处理，难以将其应用于实践中。只有让学生拥有科学的思维方法才能够在信息时代合理地运用其来解决实际问题。 

二、初中科学课培养科学思维能力的方法 

1.培养学生发散式的科学思维能力 

培养学生科学思维能力首要任务的是学生思维的灵活性与发散性，即发散式思维，能够从多角度、全方位思考问题，冲破传统观固定化思维模式的单一性与局限性。 

以能量的转化与守恒为例，学生在初学该章节时，对于转化与守恒这个概念就有所误解，认为其相互矛盾。既然能量可以相互转化，那么能量还能够守恒么？这是很多学生所产生的疑问。这就是学生考虑问题的时候单从某种能量自身考虑，缺乏能量的整体式思维，而且考虑问题绝对化，把转化与守恒进行绝对化思考，导致对问题难以理解。

该例子说明学生在思考科学问题时候应该从不同的角度思考问题，从个别以及整体不同的角度入手解决问题，该例中很多同学会从单一的势能或者单一的动能出发，没有考虑到能量的总体性，即思考的角度要全方位。因此可以通过教学中的看似矛盾的问题，来培养学生的发散式思维能力。 

2.培养学生想象式的思维能力，充分发掘学生的想象力 

想象式思维能力是科学中的一种非常重要的抽象逻辑思维能力，因为在科学课的研究中，会遇到边缘科学等许多超越现实的实验条件，现实生活中难以重现实验环境。这就要求学生抓住研究对象的主要因素，排除其他次要因素，使研究对象与实验条件理想化，从而建立理想的实验模型。 

例如对于势能的理解，很多学生认为火燃烧时释放出热量这种形象化的能量才是能量，因为它可以通过人体感觉得到。而像重力势能、弹性势能等人体感觉不到的能量，学生就无法理解。因为势能比较抽象化。这就需要学生在理解势能这个概念时采用抽象式、理想式的科学思维方法。将能量作为一个整体抽象的描述印在脑海中，将无形的势能附着于

有形的物体上，从而将无形的势能抽象的想象成有形的势能，从而消化对势能概念的理解。 

因此，充分发掘学生的想象力，培养学生想象式的思维能力是培养科学思维方法的重要任务。 

三、结论 

本文通过分析科学课学习过程中一些影响思维能力的常见现象，总结出提升科学思维能力的两种重要方法，如培养学生发散式的科学思维能力、培养学生想象式的思维能力，充分发掘学生的想象力等。相信这些对于培养初中学生学习科学课的科学思维能力具有一定的理论和实践指导意义。 

 

【参考文献】 

[1]吴琳娜，等.《科学思维概述》[j].科技信息.2010，1(11). 

[2]陈吉明.《创新实践课程教学中科学思维能力的培养》[j].实验室研究与探索.2011，30(2)． 

[3]连文星，等.《浅议科学思维方法教育的紧迫性》[j].河南教育学院学报.2010，19(2). 

科学思维的理解第3篇

【关键词】科学课；科学思维能力；能量

一、培养初中生科学思维能力的重要性

1.科学思维能力简介

科学思维是以科学知识为基础达到思维最优化、科学化，是适应现代化实践方式以及现代化科技创新而创立的方法体系，是对世界的复杂性、整体性和多样性的全局把握。

科学思维能力是指以科学认知得到的，以人的大脑依赖于信息符号对于感性材料加工处理的途径和方式，其实质是通过合理地处理各种科学思维方法之间的辩证关系，从而使其达到最优化，做到科学地、历史地、全面地观察问题、考虑问题，得出符合实际的解决问题的方法。

科学思维方式是一个庞大的方法集合,其中包括科学抽象方法、思维发散法、逻辑方法、模型优化法等。

2.培养科学思维能力的重要性

（1）培养学生科学思维能力是科学课学习的重要基础

在初中生学习科学课的传统过程中,往往是老师把需要传授的知识和课程固定式思维结合起来,学生将老师的思维固化在自己的脑海中，形成模式思维。长此以往，学生容易导致对熟悉的课程和内容铭记于心,但是当遇到新的问题时就会茫然无措，不知道从何入手解决问题。这就是模式化思维与现代教学没有同步前进的结果。而科学课是对自然科学进行探索、求知过程的研究，要求学生具有独立、创新、灵活的思维能力，因此培养学生的自主科学思维能力也就成了学习科学课的重要保证。

（2）初中生习惯于单一思维，缺乏发散思维能力

初中学生在分析和解决自然科学问题的时候,习惯于单一的沿着问题的发展过程考虑问题，思维习惯固定，思维方向难以改变，因此不能够通过多角度多途径解决问题，难以进行发散思维或变换角度思维，从而解决问题的方法模式化，缺乏一定的灵活性与创新性，没有形成系统的科学思维方法，难以从根本上突破学习科学课的瓶颈。

（3）科学课自身特点对于科学思维能力的要求

科学课对于知识与能力的相互转化十分重视，学生思维能力的塑造是科学课的首要目的。培养科学的思维能力是科学课的基本要求，其知识体系本身特点就决定了其对于学生科学思维能力的要求。随着科学的发展，学生的视野开始变的开阔，知识与信息的来源广泛，如果缺乏科学思维对于知识与信息进行系统化的处理，就难以将其应用于实践中。只有让学生拥有科学的思维方法才能够在信息时代合理地运用其来解决实际问题。

二、初中科学课培养科学思维能力的方法

1.培养学生发散式的科学思维能力

培养学生科学的思维能力的首要任务是学生思维的灵活性与发散性，即发散式思维，能够从多角度、全方位思考问题，冲破传统观固定化思维模式的单一性与局限性。

以能量的转化与守恒为例，学生在初学该章节时，对于转化与守恒这个概念就有所误解，认为其相互矛盾。既然能量可以相互转化，那么能量还能够守恒么？这是很多学生所产生的疑问。这就是学生考虑问题的时候单从某种能量自身考虑，缺乏能量的整体式思维，而且考虑问题方式的绝对化，把转化与守恒进行绝对化思考，导致对问题难以理解。

该例子说明学生在思考科学问题时应该从不同的角度思考问题，从个别以及整体不同的角度入手解决问题，该例中很多同学会从单一的势能或者单一的动能出发，没有考虑到能量的总体性，即思考的角度要全方位。因此可以通过教学中看似矛盾的问题，来培养学生的发散式思维能力。

2.培养学生想象式的思维能力，充分发掘学生的想象力

想象式思维能力是科学中的一种非常重要的抽象逻辑思维能力，因为在科学课的研究中，会遇到边缘科学等许多超越现实的实验条件，现实生活中难以重现实验环境。这就要求学生抓住研究对象的主要因素，排除其他次要因素，使研究对象与实验条件理想化，从而建立理想的实验模型。

例如：对于势能的理解，很多学生认为火燃烧时释放出热量这种形象化的能量才是热能，因为它可以通过人体感觉得到。而像重力势能、弹性势能等人体感觉不到的能量，学生就无法理解。因为势能比较抽象化。这就需要学生在理解势能这个概念时采用抽象式、理想式的科学思维方法。将能量作为一个整体抽象的描述印在脑海中，将无形的势能附着于有形的物体上，从而将无形的势能抽象的想象成有形的势能，从而消化对势能概念的理解。

因此，充分发掘学生的想象力，培养学生想象式的思维能力是培养科学思维方法的重要任务。

三、结论

本文通过分析科学课学习过程中一些影响思维能力的常见现象，总结出提升科学思维能力的两种重要方法，如培养学生发散式的科学思维能力、培养学生想象式的思维能力，充分发掘学生的想象力等。相信这些对于培养初中学生学习科学课的科学思维能力具有一定的理论和实践指导意义。

【参考文献】

[1]吴琳娜，等.《科学思维概述》[J].科技信息.2010，1(11)

[2]陈吉明.《创新实践课程教学中科学思维能力的培养》[J].实验室研究与探索.2011，30(2)

科学思维的理解第4篇

【关键词】少数民族地区 初中 科学课 培养 形象思维

【中图分类号】G【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2013）11C-0017-03

随着21世纪对富有创造力人才的需求，创新教育越来越重要。创新教育的实质就是创造性思维的培养，而形象思维是创造性思维的核心要素。根据本课题组前期的研究成果，学生的形象思维能力可以在科学课中得到培养，并且有助于对科学课知识的理解、记忆、迁移，与科学课学业成绩成高度正相关。因此，通过科学课培养学生的形象思维能力显得尤为重要。本文以3所中学为例，调查少数民族地区初中科学（物理、化学、生物）课培养学生形象思维的现状，分析存在的问题，探讨对策。

一、研究方法、调查问卷、调查样本相关情况

本文采用问卷调查法和统计分析法。调查问卷参照王月《中学化学教学中形象思维能力培养现状分析与研究》中涉及的《形象思维调查》编写而成，共23题。题目涉及物理、化学、生物与形象思维的关系，科学知识点的掌握情况，教师的讲课方式及在科学课课堂上对形象思维能力的培养程度等问题。调查样本选取宜州市3所学校的初三年级，由于样本学校均不分快慢班，因而本次问卷采用随机抽取的办法。抽样样本统计情况见表1。

二、少数民族地区初中科学课培养学生形象思维的现状

（一）初中生对科学学科是形象学科还是抽象学科的认识。三所学校在科学学科是形象学科还是抽象学科的认识上表现出一致性。57.07%的学生认为科学学科是抽象学科，42.93%的学生认为科学学科是形象学科。实际上，科学学科是培养学生形象思维有利的学科，具有形象化的特点。

（二）初中生对形象思维和抽象思维在解决科学学科问题中运用的看法。在调查中，61.93%的学生认为在解决科学学科问题中，形象思维更加重要，38.17%的学生则认为是抽象思维。这说明学生在平时的做题中会习惯性地用到形象思维来帮助自己思考问题，并且他们认为形象思维更有助于自己对知识的理解掌握。

（三）学生对科学学科能否培养学生的形象思维的看法。在此问题上，25.41%的学生认为完全可以，63.54%的学生认为理论上可以但是要看教师有无侧重，7.18%的学生认为勉强可以，3.87%的学生认为不可以。从这些数据可看出学生认为科学学科可以培养形象思维的占了很大的比重，但这其中很大一部分要依靠教师的指引，因此，教师在培养学生的形象思维方面任重道远。

（四）学生对形象思维的认识、对自己形象思维能力的认识，以及学生科学学科的平时成绩。学生对形象思维的认识详见表2。从表2可知，学生对形象思维这一概念的认识知之甚少，仅有6.42%的学生很了解；相对而言，学生对形象思维是创造力的基础的认识要好一点，占18.97%，但从整体来看，这两个数字还是说明了学生对形象思维注重度不够，也就很难谈得上培养了。学生对自己形象思维能力的认识详见表3。从表3可看出，大部分学生对自己的形象思维能力和空间想象能力感觉良好。学生科学学科平时成绩详见表4。从表4可知，在科学学科中，学生生物学得最好，物理和化学均不太理想。从实际调查中，我们了解到在生物课上教师用到的实物、挂图、模型等教具与物理和化学课相比使用率高很多。

（五）关于中学科学学科知识难点的调查。在此问题上，5.87%的学生选择原子结构，12.13%的学生选择差量法用于化学计算，11.74%的学生选择溶解度的有关计算，17.81%的学生选择元素化学式、化学性质记忆及相互转换的记忆，11.35%的学生选择相关力学的计算与分析，9.00%的学生选择物理概念和部分规律，13.11%的学生选择细胞的结构，11.74%的学生选择神经系统及调节，7.24%的学生选择人体学。这些数据说明，在科学学科中，学生在学习化学时遇到的障碍最多，其中很多学生把元素化学式、化学性质记忆及相互转换的记忆当做难点。在问及为什么觉得这些知识难以理解时，46.07%的学生把原因归结为知识本身过于抽象，39.79%的学生归结为自身不努力，14.14%的学生觉得教师讲解过于抽象。学生把那些知识归为难点，很大程度上是因为知识本身存在抽象性和科学学科没有引起学生足够的努力，说明在对抽象知识点的教授方面没有达到很好的效果。

（六）学生对抽象知识的掌握方法。在此问题上，46.78%的学生选择随后学习掌握，26.89%的学生选择形象比喻记忆，23.66%的学生选择死记硬背，2.69%的学生选择至今也没有掌握。从这些数据可看出，较少有学生会用形象思维来进行学习，更多的是选择了题海战术，在习题中巩固，这样的做法无疑会消减学生学习的热情，也会给学生带来学习负担。

（七）教师有无侧重培养学生的形象思维能力。在此问题上，6.67%的学生选择非常侧重，58.33%的学生选择常用，但不刻意培养，28.13%的学生选择偶尔，6.77%的学生选择未用到。这说明在平时的教学中，教师在培养学生的形象思维方面做得不足，有待加强。

（八）教师对抽象知识的教法。在此问题上，18.89%的学生选择图示帮助记忆，61.11%的学生选择习题加深理解，14.44%的学生选择总结规律，5.56%的学生选择照本宣科。这说明教师在教学中不注重形象思维的运用，还没有从题海战术的模式中走出来。这一点对应前面学生对抽象题目的做法，因此教师的教法对培养学生形象思维能力十分重要。

（九）教学中演示实验的开设情况。在此问题上，65.21%的学生选择条件允许都做，27.17%的学生选择基本都做，7.61%的学生选择用画代替做。总体来说，实验的落实情况较好，但还存在不能做实验和用画图代替做实验的现象。

在对于危险系数比较高的实验，教师利用多媒体或挂图等方式来帮助学生对知识的理解的调查中，9.95%的学生选择经常有，21.99%的学生选择偶尔，68.06%的学生选择没有过，这表明教师在实验演示方面做得不足，未充分利用资源来引导学生学习。

（十）关于课本中的插图对知识的理解是否有帮助的调查。

在此问题上，49.73%的学生选择很有帮助，41.08%的学生选择一般，9.19%的学生选择有无影响不大。这表明很多学生认为课本中的插图对知识的理解用处很大，说明形象直观的插图能帮助学生对抽象科学知识的理解，也说明学生在实际学习中会用到形象思维，但这是无意识的。

（十一）关于你觉得科学学科中有些计算题，是否可以用画图或作图方法分析解决的调查。在此问题上，19.13%的学生选择可以，40.99%的学生选择一般，28.96%的学生选择应该会吧，4.92%的学生选择不是很清楚。这说明在平常做题中利用作图来解决的学生占有很大的比例。这也说明形象思维更有利于学生理解知识并解决问题。

三、存在的问题及其对策

第一，调查表明，学生对形象思维概念的理解及学科特点与形象思维关系认识不够深入，说明学生对形象思维关注度不够，这势必影响学生对形象思维的自我训练，从而影响形象思维能力的提高。应通过科学学科教学开拓学生的知识面，加强学生自身培养形象思维的意识。教师应引导学生科学用脑，学会抽象思维和形象思维协作的思维方式，大胆地想象，充分认识到形象思维在解决科学问题中的作用。

第二，教师在培养学生形象思维能力方面意识性不强，应充分发挥教学中培养形象思维的作用，加强学生运用形象思维来解决问题的能力。目前许多一线教师在教学中会运用形象思维进行教学，但是他们很少有意识地培养学生的形象思维。调查显示，形象直观的教学有助于学生理解科学知识，而教师在这方面的意识不强。调查的三所学校均有多媒体教室，但是对于危险系数较大的实验和设备不足无法开设的实验，大部分教师没有很好地利用多媒体对学生进行形象化教学；在科学学科教学中采用的教法单一，没有利用网络资源为学生创设更为形象化的教学，特别是在化学和物理教学中，图片、模型等形象化手段少，学业成绩不理想。因此，要增强教师培养学生形象思维能力的意识，在科学学科教学中结合学科特征，最大可能地发挥形象思维教学，使学生的形象思维得到充分的训练。采用多种形象化手段，帮助学生形成丰富的科学表象，激发学生求知欲和科学想象力，从而达到培养形象思维能力，同时提高教学效果的目的。

第三，教师对形象思维的特点与心理成分的认识不足，应以创设情境使学生对抽象的科学知识产生兴趣为突破口，从情感方面培养学生的形象思维。形象思维总是伴随着一定的情感产生，积极的情感有助于形象思维的培养，消极的情感则反之。因此，教师要创设一种积极健康融洽的学习氛围，特别是当学生遇到思维障碍时，教师应引导、启发学生突破障碍，否则学生就会有消极躲避心理，不利于形象思维的培养。调查表明，学生认为抽象的科学知识是难点，而对抽象知识难点的掌握情况，大多数教师采用让学生在做大量的习题中理解的方法，这样做一方面会消减学生的学习兴趣，另一方面会增加学生的负担。如果能采用形象化的教学，通过创设情景等形象具体的教学方式，使学生对所学知识产生兴趣，学生就会产生学习的主动性和积极性。因此，教师要充分认识并利用形象思维的特点和心理成分，通过科学学科教学来培养学生的形象思维能力。

【参考文献】

[1]温寒江，连瑞庆.发展形象思维与培养创新能力的理论研究[J].教育研究，2001（8）

[2]张晖英，覃世辉，朱伟伟.高中科学教学中培养形象思维能力水平测试分析[J].广西民族师范学院学报，2013（3）

[3]王月.中学化学教学中形象思维能力培养现状分析与研究[D].上海：华东师范大学，2007

[4]张晖英.化学教学中科学培养学生形象思维的方法[J].湘潭师范学院学报（自然科学版），2005（3）

[5]李慧敏.从情感因素看形象思维在科学发现中的作用[D].上海：东华大学，2006

【基金项目】广西教育科学“十二五”规划项目（2013C099）；河池学院引进人才科研启动费项目（2008QS-N021）

科学思维的理解第5篇

的确如此，对课堂的思考、探索，我们一直没停止过，从批判传统的知识性课堂，到推广合作、探究、自主学习型课堂，从研究课堂教学模式，到反思建构有效课堂。我们认为，真正的课堂教学应该做到传授知识、形成习惯和培养思维三者兼顾。知识对于任何一种思维来说都是必不可少的，没有知识，一个人无法思维;反之，没有思维，知识又是空洞的，是没有活力的，这说明课堂教学要做到传授知识和培养思维兼顾。所以，我们认为有效教学在于培养学生良好的学习习惯和思维品质。因此，我们强调课堂教学应该由知识性课堂向思维性课堂转轨。

一、什么是思维课堂

思维课堂就是以培养学生良好的学科学习惯和学科思维品质为价值追求的课堂。学科思维是学科教育的本质所在，一个学科对学生的综合素质提升，对学生的人生的发展，只看分数是“近视”的，是皮毛，本原的、骨髓一样的东西是学科思维。学科思维好的学生，学科素养也就高，当学生学着用一门学科的符号体系和风格进行交流时，他就在发展自己的学科思维。

学科思维是对某一学科的本质的认识，它在认识活动中被反复运用，带有普遍的指导意义，是建立学科和运用学科解决问题的基本方式和方法―整体上把握学科结构的途径―也就是“整体学习法”。学科思维是在学科提出问题、解决问题的过程中所采用的各种方式、手段、途径等。

思维课堂就是有思维力度的课堂。在我们看来，课堂可以分为三类：知识性课堂、理解型课堂和思维性课堂。知识性课堂就是讲知识，让学生记住一些基本的事实、概念和原理，然后通过习题训练让学生掌握这些事实、概念和原理。对这类课堂，我们不能一概否定，要适当地运用和改进;理解型课堂是讲问题，把学生不懂的问题从教师理解的角度跟学生讲明白，讲明白了再按照此法则训练、巩固、运用。相较于知识性课堂而言，理解型课堂是一种进步，但也有局限：把学生往一条路上引，束缚思维，不利于创造。思维性课堂也是讲问题，但更多的是以学生的视野，从学生的角度，结合老师的深度理解去分析问题、探究问题，评价问题解决的过程和结果，在问题解决的过程中去培养学生的思维能力。所以，美国教师认为，我们不指望一堂课能传授给学生很多知识，但我们希望在师生的互动过程中给学生人生的启发。这个启发，笔者的理解就是思维的训练，所以美国的课堂教学特别重视思维能力的培养，尤其是批判性思维能力的培养。

思维课堂的教学内容要有思考的力度。当前课堂教学普遍存在思考力不足的问题，许多本该达到解释水平的课，教师将其下降为记忆水平的课，许多本该是实验探究的课，教师常常通过解释或是叫学生记住最简捷的方法，得出答案，“表面上是探究，实际上是解释”，达不到学生亲自投入的思考力水平。因此，思维课堂要达到有思考的力度，课堂教学内容的选择很关键，课堂教学内容要是真问题。所谓真问题，就是学生自主学习后暴露的真实问题，是学生的问题，而不是老师事先设计好的自认为便于教师教学的问题。霍华德・加德纳在《训练学生的思维》一文中有这样一段描述：对于历史学家来说，第一次工业革命发生在18世纪末的英国这样的表述不是一个需要记忆的事实，这是通过细致地分析数百年城市化进程中英国人的生活而得到的结论。对于学生而言，学会历史地看待问题需要懂得：历史记述有时是互相矛盾的，而且随着新史料的出现或研究的深入，可能不会有定论。这就告诉我们，思维课堂上的问题，有些侧重学科的知识基础，有些体现了学科的研究方法，有些体现了学科学习的目的，有些则体现了学科交流的方式。好的教学内容的选择，好的教学问题的设置，能使课堂教学具有认知的宽度，思考的深度，拓展潜能的力度，让人感到课堂教学的厚度。

总之，要选择好思维课堂的教学内容，其基本原则是：这些内容有利于学生了解学习学科专业知识，有利于学生理解该学科的关键知识组成，有利于组织学生理解运用探究方法学习，有利于帮助学生懂得交流的学习方式。

二、思维课堂的教学方法与策略

思维课堂教学方法和教学策略是非常灵活的，不是固定不变的某种模式，而应当依照培养什么样的思维能力来选择。当教学着重培养学生的分析性思维能力时，就应该选用比较、对比、分析、评价、批评，问为什么、解释为什么、解释起因或者评价假设的方法。当教学着重创造性思维能力培养时，就应当选用引导学生设计、假设、想象、探究、展示、预测的学习方法。当教学着重培养学生应用性思维能力时，就应当选用引导学生学会应用工具实践、运用展示在真实世界的情形的学习方法。

在我们看来，课堂对话是培养学生思维的良好手段。因为教师通过和学生对话，可以了解学生学习的真实情况，便于教师引导学生向着正确的方向思考;也可以通过对话刨根究底，引导学生深度思考;也可以通过学生的反馈生成新的课堂教学资源，促使教师调整自己的教学内容和完善自己的教学方法;也可以在师生的对话中培养学生的语言表达能力和自信心，良好的语言表达能力是良好的思维品质的外显表现。

三、如何评价思维课堂

对思维课堂的评价，依据四项基本原则，着眼三种思维能力，突出五种品质，建立八个维度的评价表。

基于对思维课堂是一种课堂理念、一种课堂价值追求的认识，思维课堂遵循五个基本原则：能激发学生的思维兴趣，有思考的问题;能维持学生的思维动力，有思考的时间;能优化学生的思维品质，有思考的活动;能培养学生的学科思维，有思考的知识;能有充分的表达和交流，有思考的展示。思维课堂着力培养三种思维能力，即分析性思维能力、创造性思维能力和应用性思维能力。思维课堂力求优化学生的五种思维品质，即思维的清晰性、思维的准确性、思维的敏捷性、思维的深刻性、思维的创造性。思维课堂的保障是编制好“三案”，即思维课堂的每一个导学案都是由预习案、探究案和训练案组成。评价思维课堂主要从以下八个维度进行：教师能否激发学生思维的兴趣、维持学生思维的动力;学生的参与度、投入情况，学生的交流与表达情况;学生思维的碰撞、升华;教师对教学内容的选择是否有价值、深度、梯度;教师为达成目标是否采取了恰当的策略、方法;教师能否及时处理课堂上新生成的问题、解决学生之间或师生之间的分歧;教师或学生的课堂小结能否做到目标清晰、条理清楚、简明扼要;学生的训练结果或学习目标的达成度。

科学思维的理解第6篇

【关键词】科学课；科学思维能力；能量

一、培养初中生科学思维能力的重要性

1 科学思维能力简介

科学思维是以科学知识为基础达到思维最优化、科学化，是适应现代化实践方式以及现代化科技创新而创立的方法体系，是对世界的复杂性、整体性和多样性的全局把握。

科学思维能力是指以科学认知得到的以及人的大脑依赖于信息符号对于感性材料加工处理的途径和方式，其实质是通过合理地处理各种科学思维方法之间的辩证关系，从而使其达到最优化，做到科学地、历史地、全面地观察问题、考虑问题，得出符合实际的解决问题的方法。

科学思维方式是一个庞大的方法集合，其中包括科学抽象方法、思维发散法、逻辑方法、模型优化法等。

2 培养科学思维能力的重要性

（1）培养学生科学思维能力是科学课学习的重要基础

初中生在学习科学课的传统过程中，往往是老师把需要传授的知识和课程固定式思维结合起来，学生将老师的思维固化在自己的脑海中，形成模式思维。长此以往，学生容易导致对熟悉的课程和内容铭记于心，但是当遇到新的问题时就会茫然无措，不知道从何入手解决问题。这就是模式化思维与现代教学没有同步前进的结果。而科学课是对自然科学进行探索、求知过程的研究，要求学生具有独立、创新、灵活思维能力，因此培养学生的自主科学思维能力也就成为了学习科学课的重要保证。

（2）初中生习惯于单一思维，缺乏发散思维能力

初中学生在分析和解决自然科学问题的时候，习惯于单一的沿着问题的发展过程考虑问题，思维习惯固定，思维方向难以改变，因此不能够通过多角度多途径解决问题，难以进行发散思维或变换角度思维，解决问题的方法模式化，缺乏一定的灵活性与创新性，没有形成系统的科学思维方法，难以从根本上突破学习科学课的瓶颈。

（3）科学课自身特点对于科学思维能力的要求

科学课对于知识与能力的相互转化十分重视，学生思维能力的塑造是科学课的首要目的。培养科学的思维能力是科学课的基本要求，其知识体系本身特点就决定了其对于学生科学思维能力的要求。随着科学的发展，学生的视野开始变的开阔，知识与信息的来源广泛，如果缺乏科学思维对于知识与信息进行系统化的处理，难以将其应用于实践中。只有让学生拥有科学的思维方法才能够在信息时代合理地运用其来解决实际问题。

二、初中科学课培养科学思维能力的方法

1 培养学生发散式的科学思维能力

培养学生科学思维能力首要任务的是学生思维的灵活性与发散性，即发散式思维，能够从多角度、全方位思考问题，冲破传统观固定化思维模式的单一性与局限性。

以能量的转化与守恒为例，学生在初学该章节时，对于转化与守恒这个概念就有所误解，认为其相互矛盾。既然能量可以相互转化，那么能量还能够守恒么？这是很多学生所产生的疑问。这就是学生考虑问题的时候单从某种能量自身考虑，缺乏能量的整体式思维，而且考虑问题绝对化，把转化与守恒进行绝对化思考，导致对问题难以理解。

该例子说明学生在思考科学问题时候应该从不同的角度思考问题，从个别以及整体不同的角度入手解决问题，该例中很多同学会从单一的势能或者单一的动能出发，没有考虑到能量的总体性，即思考的角度要全方位。因此可以通过教学中的看似矛盾的问题，来培养学生的发散式思维能力。

2 培养学生想象式的思维能力，充分发掘学生的想象力

想象式思维能力是科学中的一种非常重要的抽象逻辑思维能力，因为在科学课的研究中，会遇到边缘科学等许多超越现实的实验条件，现实生活中难以重现实验环境。这就要求学生抓住研究对象的主要因素，排除其他次要因素，使研究对象与实验条件理想化，从而建立理想的实验模型。

例如对于势能的理解，很多学生认为火燃烧时释放出热量这种形象化的能量才是能量，因为它可以通过人体感觉得到。而像重力势能、弹性势能等人体感觉不到的能量，学生就无法理解。因为势能比较抽象化。这就需要学生在理解势能这个概念时采用抽象式、理想式的科学思维方法。将能量作为一个整体抽象的描述印在脑海中，将无形的势能附着于有形的物体上，从而将无形的势能抽象的想象成有形的势能，从而消化对势能概念的理解。

因此，充分发掘学生的想象力，培养学生想象式的思维能力是培养科学思维方法的重要任务。

科学思维的理解第7篇

1 计算思维的含义阐述

计算思维在本文中是指周以真老师定义的一个概念，是一种以计算科学为理论基础解决问题以及进行设计等行为运用的思维，是一种涵盖面极广的思维。另一种更易懂的解释为，将一个复杂问题通过转化简约等方式重新定义，使人们找到解决方法的思维；可通过分解来设计繁杂的系统；是运用适合的方法对问题建模随后处理的思维；是一种启发式的求解过程，是用以解决问题的科学思维方法。

计算思维可以由人或机器完成，通过建立一定的模型利用具体的算法完成原本复杂的问题。计算思维的本质是抽象以及自动化，抽象是以符号为表达方式，超时空性的，具有不同于数学科学和物理的复杂性，如堆栈和算法，并不是如数学中那样简单的数据相加组合，而是一种复杂的运算过程。抽象在计算思维中还需要现实的参与完成，所以就必须预估可能出现的错误，并了解处理问题的方法。计算思维还包含一个重要的问题就是抽象层次，这是一种通过层次了解复杂的方法，各层次间有着具体的联系，在执行某复杂机械系统时，通过各层次的建模来保证机械自动的运行。

周教授提出的计算思维具体有六个特点：

（1）计算思维不只是有关计算机的思维，而是一个思维概念，范围广博。

（2）是一种在社会中发挥主观能动性所必须的根本性的灵活技能。

（3）不是机器的，而是人类的解决问题的思维。

（4）计算思维涵盖着工程思维、数学思维等科学思维的内容和方法。

（5）不是创造出的一个物品，而是一种思想，是人们可以利用解决问题，相互交流的思维方式。

（6）计算思维是解决问题的重要途径，应当被所有的学科运用。

周教授最初提出计算思维时，获得了美教育界的积极响应，不久便提出计算思维融入计算机专业相关课程的提议，并专门对计算思维做了总结性的报告。英国教育界也对计算思维有着积极地相应，不只是计算机专业，各学科都对计算思维做了研究和讨论。值得一提的是，计算思维也是NSF重要基金项目的促成者，有着重要的意义。

2 计算机科学与技术的方法论阐述

计算机科学技术的方法论是董荣胜和古天龙老师构建的方法论体系，主要研究对象是计算的性质特点及计算方法等。该方法论体系是以《计算作为一门学科》中计算学科的定义矩阵为理论基础的，这个定义矩阵具有高度的概括性，其本质也就是计算学科的本质。对于定义矩阵的要点把握，可以通过横向、纵向的具体内容来把握。横向的内容包括抽象和理论以及设计三方面的联系，是计算机方法论最关键的部分，是推动学科发展的力量。纵向的内容是分支学科中共通的反映计算学科的内容，是帮助人们认识计算学科以及利用方法论完成任务的重要助力。纵向各分支学科的关系主要有以下方面：

（1）各领域研究的内容部分一致。

（2）计算学科的具体内容在各分支中均有体现，各分支是计算总学科的体现。

通过计算机方法论学科的具体组成，除了语言的定义以外，还有形式化的定义。因此董教授和古教授又对增加了对方法论的定义又形成了“计算教育哲学”这门新的学科。此后董教授在教育领域不断推荐这种理论体系，并与古教授一起编写了相关的教材。二人合编的著作目前已在我国多所高校使用。不仅在国内，国外也有许多学者对计算机方法论有着浓厚的兴趣，不断有相关的会议召开讨论这一理论。

3 计算机科学与技术的方法论和计算思维之关系探讨

计算思维和计算机科学与技术的方法论在研究内容上，与数学科学有着相同的地方。国内主要研究方法论，国外则主要研究计算思维。但与数学学科相比，方法论在研究理论的体系构件上，已经有已有的成果，在研究时也可以借鉴国外的许多优秀理论。计算思维与方法论虽然有着不同的研究角度，但都是对计算学科本质内容的研究，一个从思维角度研究计算学科一个从方法论角度研究计算学科。计算思维透过学科的思维本质进行研究，并能对其他学科产生影响，不仅是一种计算的思维，也是一种普遍的，有助于任何人完成任务的灵活思维方式，应成为新实际的必备技能。针对计算思维与其他学科的结合，很多学科的教师会有着对计算思维的疑问，对此有关的研究总结了适用于计算思维研究的问题特点：

（1）问题的表述要清晰，对于此问题解决后能从中得到的好处，必须要清楚。

（2）解决某一问题的方案以及问题解决带来的进步要能够测试。

（3）所研究的问题能够分成不同的层次和步骤完成。这样有利于通过一小步的完成看到相关的进步。

计算机科学技术方法论是对学科构建的理论体系的相关研究，是研究一门学科理论进化过程的。在体系构建过程中，利用一般的方法论结合着计算学科的基本概念，由理论到实际的构建体系。在体系的框架完成之后，再填入具体的实质内容。关于理论体系中内容的填充，注意的方面主要有两点：一是学科有着深刻的理解，能划分其概念；二是分析了解计算学科发展的一般规律。计算机科学技术的方法论一般利用例证来解决学科的问题，为学习者未来的事业之路打下良好的基础。方法论的基本概念主要有抽象以及理论设计，这也是方法论教学中最容易教授的概念。科学与研究掌握计算机方法论则有利于在其指导下有条不紊地展开研究。

综上所述，计算思维和方法论虽然各有自己的研究对象与研究特色，但二者之间有着很强的关联性，二者相互补充相互提高，对于学生和研究者来说，培养计算思维，利用方法论，对于学习和研究都是非常有益的。

参考文献：

[1] Wing J M. Computational Thinking. Communications of the ACM， 2006， 49（3）.

[2]中国计算机科学与技术教程2002研究组.中国计算机科学与技术学科教程2002.北京：清华大学出版社，2002 [3]周以真.计算思维.中国计算机学会通讯，2007，3（11）.

[4]王飞跃.从计算思维到计算文化.中国计算机学会通讯.2007，3（11）.

[5]董荣胜.向学术界推荐一个认知计算学科的工具――计算机科学与技术方法论（大会报告）.上海：新世纪计算机教育及CC2001研讨会，2001.7.

科学思维的理解第8篇

关键词：非计算机专业；计算思维；能力；培养策略；教学研究

1 计算思维

2006年3月，美国卡内基·梅隆大学周以真教授定义了计算思维：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。它的提出引起了国内外学者和教育界人士的高度关注和重视，并从学术研究和教学研究层次上进行研讨和不断探索，分析了计算思维的基本涵义和基本特征，指明了计算思维能力培养的思路和教学改革的方向。2008年6月，美国计算机科学技术教师学会在网上了得到美国微软公司支持的《计算思维：一个所有课堂问题解决的工具》（Computational Thinking：AProblem-Solving Tool or Every Classroom）报告，对计算思维的基本涵义的理解进行了总结。英国计算机协会（British Computer Society，BCS）组织了欧洲的专家学者对计算思维进行研究并提出了欧洲行动纲领。中国科学院李国杰院士主持撰写的《中国至2050年信息科技发展路线图》认为计算思维是克服“狭义工具论”的有效途径，是解决其他信息科学技术难题的基础。桂林电子科技大学计算机与控制学院董荣胜教授对计算思维在学术层面上进行了深入的研究，中国科学院院士陈国良教授提出了计算思维能力的培养新思路和新模式。

计算思维是信息科学高度发展的产物，是新的概念。董荣胜教授等专家从学术研究角度针对计算思维进行了深入研究，清晰地阐述了计算思维的内涵，明确了计算思维的基本特征。那么，如何通俗、简单地理解计算思维，进而更广泛地推广，使其能被更广泛地接受和认可呢？文献给出了一个比较贴近生活且通俗的定义：计算思维是指受过良好训练的计算机科学工作者面对问题习惯采用的思维方法。面对同样的问题，具有良好数学思维者会习惯于考虑量之间的关系，建立数学模型（函数）来分析和解决问题；具有良好计算思维者习惯于设计流程图，借助计算机来分析和解决问题。计算思维能力培养的核心是要转变教育观念，从教学内容到教学方法与手段上将计算思维有意识地融入课堂教学中，潜移默化地培养学生构建基本的计算机文化素养的思维能力、学习能力和研究能力。

2 计算思维能力培养的现状

计算思维能力的培养是一个潜移默化的过程，需要在长期、系统地学习中积累而成，并不能通过一门课程在短时间内形成。高校计算机专业设置了成体系的、有助计算思维能力培养的课程，而非计算机专业并没有为此开设成体系的课程，往往只是在第一学年开设一或两门计算基础课程，这就对计算思维能力培养提出了挑战。陈国良院士、李廉教授等专家学者认为，计算机基础课程是训练计算思维的最重要且最好的课程。这样，非计算机专业计算思维能力培养的重任就落在计算机基础课程上。如何在有限的时间内，通过有限的课程教学来培养学生的计算思维能力就成了一个在计算思维能力培养教学研究中亟需解决的问题。当前，我国大多数高校中的计算机基础课程在计算思维能力培养方面还是无意识的，甚至是缺失的，没有重视学生计算思维能力的提高，片面和过度地强调计算机应用技能的提高。学习过程就是学生机械模仿教师操作步骤的过程，教学中没有启发学生独立思考和领会计算机科学的精髓。在这种情况下，课堂上的教学内容主要就是将计算机当作一种工具向学生介绍并讲解其应用方法，学生会因为枯燥的演示及简单操作而轻视该课程的教学内容，失去学习兴趣，导致最终的学习效果与预期落差较大。

计算思维能力培养最终还是要以课堂教学为着力点，在教学活动中实现计算思维能力的逐步提高。笔者从教学研究角度探讨如何在有限时间内通过有限的课程培养学生初步的计算思维能力。

3 计算思维能力培养策略

计算思维能力涵盖了基于计算机科学基本概念、方法和思想的思维能力、学习能力和研究能力，不仅要能够应用计算机科学的基本概念、方法和思想去分析和解决问题，还要能够运用其去自主学习和开拓性地研究。对于非计算机专业，在教学中不仅要突出计算机科学基本概念、方法和思想的理解，更要教会学生运用已学的概念、方法和思想去开展后续的学习。学生掌握了这些知识并具备了自主学习的能力才能在后续的学习和实践中体会计算思维的本质，并将其内化于思维中进而逐步形成计算思维。在课堂教学方面，采用什么样的策略来促进学生有效地形成计算思维是计算思维能力培养的焦点。

3.1 突出计算机科学基本概念、方法及思想的理解

计算思维的本质是抽象和自动化。只有掌握了计算机科学的基本概念、方法和思想这些抽象的内容，才能理解计算思维的本质，才能在实际应用中习惯性的运用其解决问题。非计算机专业开设的计算机课程较少，要想培养学生的计算思维能力，首先要培养学生运用计算机科学基本概念、方法和思想自主学习的能力。因为受到课时和教学内容的限制，很多内容需要学生自主学习，具备自主学习能力才能学习和掌握到更丰富、充实的知识，从而构建完整的计算机科学的知识体系。在完整的计算机科学知识体系基础上，从全局高度理解计算机科学的精髓，更有利于计算思维能力的形成。

在教学中突出计算机科学基本概念、方法及思想的理解，相当于将计算机科学的一般规则传授给学生。学生掌握了这些一般规则后能更容易地去解决实际应用中的复杂问题。相反，如果在课堂教学中将计算机作为一种工具去灌输，学生的视野也将局限于应用计算机去实现某些具体的任务，从而对来自交叉学科的复杂问题望而却步，更谈不上在自主学习能力基础上形成计算思维能力。

在计算机科学基本概念中，变量是最基本的概念。对变量概念的理解是学习计算机科学最基本的要求，否则学生无法开展后续自主的学习，更谈不上更深层次地理解计算机科学的精髓。笔者在教学过程中发现，相当一部分学生在学习计算机基础知识时感到困惑，换句话讲，就是没有入门。学生自己的认知与课本内容不一致，往往强迫自己去认同课本上观点或者死记硬背知识点，造成虽然也很努力地学习但总感觉“飘”在课本上的现象。长期这样的累积造成学生学习负担很重，失去学习兴趣。究其原因就是基本的概念没有掌握，很多学生刚开始学习计算机科学时总是拿数学思维来套用，造成理解上的偏差并形成困惑。例如，在变量的理解上，总是习惯地运用数学思维从数学角度去理解和认知变量，而忽略了计算机变量的本质。变量的定义是：“在程序运行过程中可以改变值的量。”理解变量时不仅要理解变量名、变量值及变量地址的含义，还应理解变量表达式与数学等式的区别。变量表达式代表计算机执行的某个行为，数学等式代表一种状态（某个量与其他量是相等的）。例如，数学等式f（x）=ax2+bx+c，表示f（x）与ax2+bx+c是相等的；计算机科学的表达式：

t=a；/*第1步：变量a的值赋给中间变量t（备份变量a的值）；*/

a=b；/*第2步：变量b的值赋给变量a，变量a原来的值被覆盖；*/

b=t；/*第3步：中间变量t的值（变量a的原始值）赋给变量b*/

功能是实现变量a、b值的交换，执行过程见图1。理解诸如这样的基本概念能帮助学生跳出惯性思维，养成计算思维习惯。

3.2 基本技能掌握与计算思维能力培养有机结合

当前，高校非计算机专业计算机基础课程教学的基本指导思想是：以实践性和实用性为原则，突出应用、强化技能。在教学过程中将计算机作为一种实用工具，重点讲解计算机软、硬件的使用方法或操作步骤。这种将计算机作为工具的教学思想，过度强调计算机本身的技术应用，很少将计算思维融入教学中，很大程度上造成了计算思维能力培养的缺失。因此，学生的学习任务就是机械地模仿教师演示的过程，即使掌握了这些具体的操作过程，在遇到实际问题时却无法灵活应用。一个典型的实例：一些学生学习过网络技术基础和浏览器的使用方法，却不知道如何在网络上准确地查询资料或有效地寻求帮助。

计算机基本技能是计算思维能力培养的基础，是以培养计算思维能力为核心的计算机基础教学过程的一个环节。因此，我们应从全局角度审视计算机基本技能在整个计算思维能力培养过程中的地位，过度强调基本技能会造成学生缺乏自主探索和思考，忽略了基本技能的掌握，导致学生无法很好地在实践操作进一步认知和领会计算机科学的核心思想。在教学过程中，将基本技能的掌握和计算思维能力的培养有机地结合起来，有意识地将计算思维融入基本技能的训练中，启发学生思考，引导学生探索，逐步培养计算思维能力，是培养计算思维能力的科学途径。学生在学习计算机基本技能过程中加深了基本概念的理解，同时，在掌握基本技能基础上能更好地发挥主观能动性和想象力，并促进计算思维能力的形成。

3.3 重视实践教学环节设计

在非计算机专业中，特别是文科专业，学生的计算机基础比较薄弱，在计算机基本概念的理解、方法的应用及思想的领悟方面存在一定的难度，且由于课时和教学内容的限制，基本概念、方法和思想无法系统地、详细地讲授，更是在一定程度上增加了学习的难度。为有效地提升学生学习效果，我们在教学过程中要重视实践环节的设计，学生通过科学的实践操作训练能够更好地理解抽象的概念、方法及思想。实践教学环节的设计不仅包括实验内容的安排，还应考虑学生的认知能力和习惯，规划实验流程和形式，以激发学生的学习兴趣，提高学生的学习效果。这就要求教师更认真地分析学生的特点，全面把握知识体系，科学规划实验内容，恰当选择案例，生动设计实验形式，打造能够训练基本技能、启发学生思考的实践教学平台。

《不插电的计算机科学》是一本面向青少年的信息科学普及教材，通过一些既有趣又容易的活动来达到学习计算机科学的目的。不同于传统意义上的计算机实用教程，该教材着眼于计算机科学基本概念、方法及思想，生动地展示计算机工作原理和流程，让学习者理解新技术原理，开发学习者的计算思维，提高解决问题的能力。关键是该书不必用到实体计算机就能让学习者理解和掌握计算机基本概念、方法及思想。该教材中的实践教学理念、实践教学环节设计及案例选择等方面的经验值得我们借鉴和学习。

4 计算思维能力培养的实践

要将以重技能培养的教学转变为以培养计算思维能力为核心的教学，首先要更新教学理念。更新教学理念包括教和学两个方面：一方面，教师要切实为提高学生计算思维能力而开展教学活动，构建基于计算思维能力培养的教学模式；另一方面，学生要重视教学内容的学习，认真思考，积极探索，这就要求教师付出更多的劳动去思考和设计能促进计算思维能力形成和提高的教学内容、方法和手段，也要求学生放弃简单、机械模仿的学习习惯，高度认识计算思维能力的重要性。教与学相互配合，相辅相成，共同提高教学效果，从而促进非计算机专业学生在有限时间内较快地形成计算思维。

其次，要全面梳理和优化教学内容，做到详略得当。非计算机专业和计算机专业在课程设计上有很大区别，相比较而言，非计算机专业开设的课程很少且不成体系，课堂教学时间也十分有限，对计算思维能力的培养提出了重大挑战。因此，对于非计算机专业的教学内容安排就不能像计算机专业那样全面和系统地讲授，必须在继承现有教学内容基础上全面、科学地进行优化。基于计算思维能力培养理念，重新审视教学重点内容，突出能体现计算机科学核心思想内容的讲解，删减工具软件的演示教学。因此理论课堂上重点讲授计算机科学的重点概念、方法和思想，突出计算思维能力的培养，少讲甚至不讲工具软件的使用方法；实践课堂上，以经典案例作为学习任务驱动学生思考和探索。

最后，要构建完整的教学平台，提供开放学习机会。文献提出了构建计算机文化教学平台的基本框架，主要包括计算机认知学习平台、硬件环境平台及多元化软件平台，为非计算机专业计算机基础课程改革指出了明确的思路。许昌学院已经初步构建了这3种平台。在实验室内外合适的位置设置一系列的计算机文化宣传板，构建了完整的实验室网络环境，不断充实网络学习平台。笔者重点探讨多元化软件平台的建设问题。当前，网络学习平台解决了学习时间和地点限制的问题，学生能够随时随地利用网络平台进行学习，但这些学习平台却没有很好地解决好网络平台的学习内容问题。要真正提高学生的计算思维能力，必须完善网络学习平台的学习内容，不但要让学生学习到课堂上的教学内容，还能为学生在学习平台上进行更多的探索学习提供更多机会。基于计算思维能力培养的网络平台上提供了计算机科学最基本、最核心的概念、算法及思路，学生不仅可以完成课堂上的学习任务，还可以在网络平台上结合实际情况进行拓展性的二次开发。这样的学习平台能够满足学生学习的基本要求，也能满足学生学习的更高要求，进而提高学生学习成就感，激发学习积极性和兴趣。

科学思维的理解第9篇

关键词：计算思维；实践案例；工程项目；多学科融合

1 背景

计算思维是一个抽象的理论概念。所谓思维是指人类大脑认识世界的活动，人们在学习、理解和掌握新鲜事物过程中，常常是通过搜集各种有用信息，然后对其进行分析、整理、加工和改造，从而形成自己特有的思维方法和理解手段，以认识事物的本质和规律。在思维过程中，数学即计算起着非常重要的作用，它是实现从理论思维到实验思维的重要方法。1975年图灵奖共同获得者Herbert Simon和Allen Newell提出思维就是计算认知，就是计算的思想。由此可见，计算和思维是密不可分的。理论思维、计算思维和实验思维统称为3大科学思维。

计算思维主要是由美国卡内基·梅隆大学的周以真教授提出的，她认为计算思维就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脚。计算思维的本质是抽象和自动化，计算思维中的抽象最终要求能够机械地一步步自动执行。那么，在整个计算思维活动中，谁负责抽象？谁又进行自动化呢？这就涉及计算思维的2个对象主体，即人和计算机。在解决实际问题时，计算思维对象主体之一的人对问题进行抽象和处理，将实际需求转化为问题空间的求解模型，再用编程语言加以实现，最后由计算机按照人的指令自动执行和求解程序。

通俗地讲，计算思维就是通过人的思维进行计算，即人通过特定的思维活动使用计算机解决实际问题。计算机在解题过程中充当媒介的作用，它是人和机器相结合的产物。当然，人也可以取代计算机实现计算，即计算思维是可以完全脱离机器的，但是在某些方面，计算机的性能要优于人，如机器执行指令的速度、精确度和可靠性等方面远远高于人类；而人的思维能力则是计算机无法模拟的。计算机赋予人强大的计算能力，而人给予计算机激情。因此，电子计算机的创造给计算思维带来深远的影响。计算机实现了人和机器、思维和计算的完美结合，同时也使得人们有勇气实现“只有想不到，没有做不到”的境界。

2 计算思维与计算机科学

计算思维与计算机科学有着密不可分的联系，计算思维促进计算机科学的发展和创新，计算机科学推动计算思维的研究和应用。

随着以计算机科学为基础的信息技术迅猛发展，计算思维对各个学科的影响尤其是对计算机学科的作用日益凸显。计算思维的本质是抽象和自动化，核心是基于计算模型和约束的问题求解；而计算机科学恰恰是利用抽象思维建立求解模型并将实际问题转化为符号语言，再利用计算机自动执行的。其中，抽象是计算机学科的最基本原理，而自动计算则是计算机学科的最显著特征。计算思维反映的是计算机学科最本质的特征和最核心的方法。计算思维虽不是计算机科学的特有产物，甚至它的出现要先于计算机科学，但是计算机的发明却给计算思维的研究和发展带来根本性变化。计算机在数学计算和信息处理中无可比拟的优势，使得原本只有在理论层面可以构造的事物变成了现实世界可以实现的实物，拓展了人类认知世界和解决问题的能力和范围，推进了计算思维在形式、内容和表述等方面的探索。

因此，计算机学科是最能反映计算思维能力的学科，将计算思维引入计算机学科教学也是十分有必要的。计算思维能力是计算机专业人才所应具备的最基本和最重要的能力之一。

3 计算机学科教学现状

目前，计算机学科教学面临一些问题，主要体现在以下几个方面。

1）课程设置无优势。很多工科院系都开设了与计算机相关的各门课程，制定的课程体系比计算机专业要求还高。在毫无课程优势的条件下，计算机专业学生又缺乏其他学科知识背景，解决特定领域问题时存在沟通和开发障碍。单就从利用计算机解决实际问题的层面看，计算机专业学生与非计算机专业学生相比无明显优势。

2）理论和实践衔接不紧密。计算机学科具有明显的理工科特征，是一门集科学、工程和应用于一体的学科。在计算机学科中，很多课程都设置有理论教学和配套实验2个环节，但实际教学中存在理论知识和实践内容衔接不紧密，实验案例更新较慢，实验内容的设计难易不均或偏离理论教学等问题，导致学生很难通过实践课程的学习深入理解、掌握和验证所学理论。

3）重教轻育。目前，很多教师非常重视课程内容的更新、教学方法的改革和授课技能的提高，却时常忽略学生思维和能力的培养。教师只关注如何将知识以成品形式灌输给学生和检验学生对知识“复制”程度等“教”的培养，而缺乏对学生主动获取知识、重新构建知识、再次利用知识等“育”的延伸。现有的教学过程是间断的，没有延续性。在授课学时和课程容量等客观因素限制下，教师传授给学生的是经过抽象、加工和简化后的现成模型和理想化系统，学生所学的学科知识和现实世界的实际应用基本上是脱节的。即便理论知识掌握的再高深和实践技能锻炼的再娴熟，学生依然是纸上谈兵，无法独立解决真实世界中的各种问题。

4 注重计算思维培养

从上述分析不难看出，教师在计算机学科中加强学生计算思维的培养是基本的，也是必须的要求。那么，如何将计算思维融入计算机学科中，实现思维与教学的无缝连接呢？我们主要从以下几个方面实现。

1）利用实践案例“教”计算思维。

有过计算机学科教学经历的教师都有这样的体会，教给学生一门知识或技能相对容易，但教会学生某种能力或思维却很难，原因在于计算机涉及的很多内容都具有非物理特征，如程序执行、系统调用和内存分配等活动都是透明的，无法被感知。学习者不能直接获取感性认识，更难建立起理性认识并指导实践活动。另外，抽象是使用计算机解决实际问题的第一步，但它也是无形之物，是人脑的思考过程。我们如何找到一个有效载体，将这些“只可意会”的模型和理论赋予其中，让学生更好且更容易地体会计算机系统及其工作原理呢？答案是寓抽象于实践。实践是将思维形象化和具体化的重要手段。在授课过程中，教师应注重理论知识和实践能力的结合，设计各种典型案例并着重讲解如何将实际问题转化成形式化描述的思考过程，加强学生抽象思维和逻辑思维的培养。这就是目前常用的案例化教学模式，而在融入计算思维的前提下，它又要满足更高要求。

①案例既要源于现实世界，又不能过于复杂和难以理解。教学案例可分为3个层次：底层为现实世界中的事物模型；中层为信息世界中的抽象模型；顶层为机器世界中的数据模型。以计算思维为特征的教学案例的3个层次如图1所示。

与现存的基于中层或顶层的案例设计不同，以计算思维为特征的案例教学要以现实世界中的具体事物为研究对象，旨在让学生能够身临其境地理解“计算机科学家”将事物模型一步步转化为计算机所能理解的符号模型的求解过程，从而减少学生只会解答理想模型而不能求解现实问题的现象。另外，案例设计要难易适中和繁简得当，要对实际问题进行裁剪和提炼。教师应结合相关理论内容，模拟“精化后”的、更理性、较直接的知识发现过程。学生则通过循序渐进的思维锻炼，逐步掌握高度的抽象思维和严密的逻辑思维，努力构建计算机模型的概念。

②案例既要体现人的思考过程，又要有计算机的行为。以计算思维为特征的案例教学要能体现人和计算机协同解决问题的全过程，即演示人如何从现实世界抽象模型转而到信息世界，再如何从信息世界描述数据转而到机器世界，计算机如何在机器世界执行程序并反馈结果的各个阶段。

教师要让学生理解人和计算机之间的辩证关系，即人指挥计算机工作，计算机约束人的操作；更要进一步让学生体会人和计算机在高效处理、性能优化和便捷使用等方面的互制作用，即人的思维越深入，模型构建越合理，计算机运行效率越高，系统可靠性越强，而计算机性能越高、运算速度越快，人需顾忌的因素越小，思维受限越低。学生在探究型教学模式的培养下，从实际案例中体会人和计算机在问题求解过程中的不同角色和任务分工，逐渐将计算思维的思想和方法融入一般事务的处理中，形成自己的经验和思路，构成以教促学的回路。计算思维模式下的教学如图2所示。

2）利用工程项目“学”计算思维。

教学的最终目的是学以致用。作为教育者，我们不希望培养出来的只是会解决书本问题的“读书机器”，而期盼能培养出像计算机科学家那样思考问题的优秀人才。对于产生的任何思想和建立的模型，我们最终都要将其运用到实际项目中加以验证和检验。因此，当学生具备一定的理论基础和对客观事物的抽象能力，学会如何对具体问题建模后，教师最好能以工程项目的实现为最终考核目标。

项目式培养模式的引入既能最大程度地发挥学生的知识和技能，又能极力缩短理论和现实之间的距离，是打通课堂教学和实际应用的最好手段。它实现了理论和实践、思维和能力的无缝连接。教师在将工程项目引入课程教学时，应注意以下几点。

①工程项目既要紧扣理论知识，又要高于书本中的知识内容。教师在以工程项目为主要教学手段的学生计算思维能力培养中，以工程项目的选取作为最关键的环节。工程项目的选取直接影响学生是否能成功迈出从现实世界进入信息世界的第一步。工程项目不同于普通案例，它源于现实世界的复杂系统并且具有实际意义，在难度、深度和广度上均高于普通案例。学生在学习过程中会遇到较大阻力。教师要在项目内容的选取、难易程度的设置、书本内容和课外知识的结合等各方面下工夫和花精力，可结合理论内容对所选项目进行适当删减和修改以适应教学实情，添加一定的注释和题解以帮助学生理解，最好还能根据学生的不同水平制订不同的实现目标。

②工程项目应尽量涵盖多个知识点。工程项目的实现是一个相对较长的过程，若教师为每个知识点都配置一个与之对应的工程项目，既不现实又无意义，但要想仅依赖一个实际项目讲解所有知识点更不可能。因此，教师需要根据课程大纲和学时要求采取分模块教学的方法，以模块形式组织知识点，以模块内容构建项目。每个项目应包含若干相关知识点且项目容量要适度，既不能大而全，又不要小而碎。

3）利用多学科融合“促”计算思维。

计算思维的培养不是计算机单一学科或信息技术某几个学科的要求，而是整个大学通识教育的重要组成部分。思维可以不受学科限制，不同专业背景的学生在思考问题的角度、解决问题的方法、处理问题的手段等方面具有共通性。计算机学科的普及和发展使得自身与各学科的联系越来越紧密，以计算机学科为中心的多学科交叉融合的网状研究形态正在逐渐形成。以计算机学科为中心的多学科交叉融合如图3所示。

为了让学生尤其是非计算机专业的学生更好地理解和掌握计算机的原理和本质，更好地应用计算机技术解决本学科实际问题，教师在计算机课程教学中应以计算机的核心概念、重要原理和先进技术为依托，以计算思维的解决思路为主线，以多学科融合的典型案例为延伸，打破各学科之间的壁垒，实现思维的迁移。