地方高校計算機應用型人才計算思維能力培養(yǎng)研究

張連福

摘要：目前國內(nèi)外對計算思維的研究仍處于理論研究和實踐的初步探索階段，尚未形成完善的理論和實踐體系。該文以宜春學院“卓越計劃”班為試點，從培養(yǎng)方案、教學內(nèi)容、教學模式、實踐教學等方面，探討了大學生計算思維能力培養(yǎng)的途徑和策略問題。

關鍵詞：計算思維；大學生；工程實踐能力；自主學習；教學實踐

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）32-7693-02

Abstract： At present studying the computational thinking is still at the preliminary stage of theoretical research and Practice at home and abroad， Has not yet formed a perfect system of theory and Practice.This paper takes the "excellence program" class in YiChun University as a pilot，from the aspects of training program， teaching content， teaching mode， practice teaching etc，explores the way and the strategy of computational thinking ability training of college students.

Key words： Computational Thinking；Undergraduate；The ability of Engineering Practice；Autonomic Learning；The Teaching Practice

計算思維是克服“狹義工具論”的有效途徑，也是解決其他信息科學技術難題的基礎。然而，目前國內(nèi)外對計算思維的研究仍然處于理論研究和實踐的初步探索階段，尚未形成完善的理論和實踐體系。在高校的信息技術教育中，一般是將計算機作為工具來學習，而不強調計算思維能力的培養(yǎng)。這種過度強調計算機的軟件教學和工具教學致使學生對計算機科學認識的淡化，不利于計算機技術中最重要的核心思想與方法的掌握，學生很難自主地將專業(yè)知識與信息技術融合。因此，如何在有限的學時中讓學生既學會掌握必要的工具，又能使計算思維成為學生的自覺行為，幫助學生更好地建立計算機問題求解意識，仍是對學術界和教育界的一大挑戰(zhàn)。

1 計算思維

計算思維是計算機學科發(fā)展的自然產(chǎn)物。第一次明確提出這一概念的是美國卡內(nèi)基·梅隆大學周以真教授。她在計算機權威期刊《Communications of the ACM》雜志上指出：計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統(tǒng)設計、人類行為理解等的一系列思維活動；計算思維的本質是抽象和自動化。

計算思維是人類科學思維活動固有的組成部分。計算思維將成為每一個人的技能組合成分，而不僅僅限于科學家。計算機科學本質上源自數(shù)學思維，因為像所有的科學一樣，其形式化基礎建筑與數(shù)學之上。

北京大學李曉明教授認為，計算思維是指受過良好訓練的計算機科學工作者面對問題所習慣采用的思維方法，體現(xiàn)為在過去半個多世紀以來成就計算機和信息技術發(fā)展過程中行之有效的若干分析問題與解決問題的典型手段與途徑。

2 基于計算思維的計算機課程教學改革

針對計算思維培養(yǎng)過程中所存在的問題，我校在計算機專業(yè)課程的教學過程中進行了一些改革，著力改變偏重計算機的工具性教學的弊端，嘗試以實踐動手能力和學生自主學習能力為重點的教學模式，讓同學們“在實踐過程中學習理論、在學習過程中訓練思維”。具體措施是采用試點班，在小范圍內(nèi)進行大力度的嘗試。宜春學院是江西省首批試點培養(yǎng)卓越工程師的高校。2011年，我?！坝嬎銠C科學與技術（服務外包）”專業(yè)被列為江西省高等學校首批卓越工程師人才培養(yǎng)計劃。2012年12月，依托該專業(yè)，我校面向全校所有理工科專業(yè)，在學生自愿報名的基礎上，擇優(yōu)選撥了40名優(yōu)秀的學生組建了計算機科學與技術專業(yè)“卓越計劃”試點班。目前，針對該試點班，從培養(yǎng)方案、教學內(nèi)容、教學模式、實踐教學、學科競賽等方面入手，以計算思維能力培養(yǎng)為主線，著力培養(yǎng)學生在真實項目下分析和解決問題的能力。

2.1 制定工程實踐教育為主的人才培養(yǎng)方案

普通計算機專業(yè)的人才培養(yǎng)方案一般都由高校單獨制定，沒有企業(yè)專家的參與，培養(yǎng)方案和教學計劃往往重理論、輕實踐，雖然考慮了專業(yè)知識的系統(tǒng)性，但是脫離了軟件工程實際，實用性和針對性不強，與實際工作要求存在一定差距。為了改變教學與應用脫節(jié)的現(xiàn)象，我們堅持“兼顧理論知識學習，加強實踐能力培養(yǎng)、增強實用性和針對性”的原則，校企雙方共同參與制定實用性和應用性強的培養(yǎng)方案，以更好地適應企業(yè)對人才的需要。例如，普通計算機專業(yè)人才培養(yǎng)方案中Java語言理論課時與實踐課時比為3：2，強調語法的講解，而校企合作培養(yǎng)方案中Java語言理論課時與實踐課時比為1：1，講練結合，以一個完整的實踐項目貫穿本課程始終， 強調的是工程實踐能力的培養(yǎng)，由于各自發(fā)揮了學科和實踐的優(yōu)勢，很好實現(xiàn)了工程技術型人才培養(yǎng)目標。使每一位學生在完成學業(yè)后掌握的信息技術與計算機行業(yè)的發(fā)展同步，很快就能溶入IT企業(yè)隊伍之中。

2.2 設計饒有趣味性和綜合性的教學內(nèi)容

通過計算任務的趣味性、綜合性等來增強實驗內(nèi)容的難度，從而強化計算思維訓練。大學生一般對新鮮事物富有激情，好學、好問并富于幻想，初遇實踐任務時往往興致盎然，急于動手編寫程序。但在傳統(tǒng)教學中，強調的是語法知識的傳授，缺少趣味性和綜合性，進而導致同學們學習興趣不足，所以，設計教學內(nèi)容和實驗內(nèi)容應盡量生活化、趣味化。例如在講解java垃圾收集GC（Garbage Collection）概念時，把環(huán)衛(wèi)工收集垃圾的相關片段制作成動畫演示，同學們很快明白了java垃圾回收機制的工作原理；又如從生活中的猜數(shù)游戲引出對二分搜索的思想，進而引出折半查找算法，以及在折半查找算法中需要周密考慮的問題。endprint

2.3 構建自主學習的課內(nèi)外教學模式

傳統(tǒng)的教學模式是老師在課堂上講課，布置家庭作業(yè)，讓學生回家練習。這種以教師為中心、以知識灌輸為主的教學方式，導致學生沒有明確的學習目的，學習無激情，無法發(fā)揮學生的主觀能動性，不能有效地培養(yǎng)學生的工程素質和綜合技能，也就無法培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。另一方面，隨著計算機學科的不斷發(fā)展，當前計算機本科生所修的課程量越來越多，這就直接導致單門課程的課時嚴重不足，這使得我們必須改變傳統(tǒng)的教學模式。我校試點班部分課程例如《Web編程技術》、《算法分析與設計》等都采用了“翻轉課堂”的教學模式，學生主要在課后完成課程內(nèi)容的學習，而課堂變成了老師與學生之間、學生與學生之間交流互動的場所，這極大地提高了學生們的學習自主性、積極性等，從而達到了更好的教學效果。

2.4 校企深度合作的實踐教學改革

按照培養(yǎng)方案，試點班每學期有1至2門實踐性較強的課程由企業(yè)項目經(jīng)理級別的工程師講授。具體安排是在第1，3，4，5學期快結束前2至3周聘請企業(yè)工程師來校授課、帶領學生做課程設計，第2學期考試結束后安排學生到企業(yè)做課程設計、感受企業(yè)文化。 2013年暑假，試點班全體同學赴南京中軟集團進行實訓，通過真實項目、真實應用需求，在真實企業(yè)環(huán)境、真實的壓力和真實的項目經(jīng)理的帶領下，學生第一次完成了真正意義上的程序代碼的 “原始積累”；同時也感受到了不同于校園氛圍的企業(yè)文化。特別是嘗試扮演了企業(yè)員工的角色，對企業(yè)的職業(yè)素養(yǎng)有了親身體驗。目前全部40名本科學生，在實訓結束后均已經(jīng)根據(jù)自己的興趣和技術專長，進入了實驗室和科研團隊。這一成功的教學實踐，也促使我們對于普通計算機專業(yè)學生的實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有了更多的思路。

2.5 鼓勵學生參加各類科技活動或學科競賽

我們鼓勵試點班學生積極參加各類能體現(xiàn)學科水平的科技活動或學科競賽。例如，美國大學生數(shù)學建模大賽、ACM/ICPC國際大學生程序設計競賽、全國藍橋杯軟件設計大賽、江西省大學生服務外包創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等，均取得了較好的成績。試點班同學在2013年美國大學生數(shù)學建模競賽（MCM）中榮獲1個一等獎、1個二等獎和1個成功參賽獎；在2013年上半年全國藍橋杯軟件設計大賽中榮獲江西賽區(qū)Java組一等獎，在 7月份在北京舉行的全國總決賽榮獲二等獎；在2013年江西省大學生服務外包創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽決賽中榮獲一等獎。

3 結束語

隨著信息化的全面深入，無處不在、無事不用的計算機使計算思維成為人們認識和解決問題的重要基本能力之一。計算思維，不僅是計算機專業(yè)人員應該具備的能力，而且也是所有受教育者應該具備的能力。宜春學院數(shù)學與計算機科學學院作為地方高校，在計算機專業(yè)基礎課程和工程實踐方面進行了積極探索，并對現(xiàn)有的課堂教學和實驗教學進行了改革與實踐。通過同年級對照教學班的教學效果對比來看，獲得了比較理想的實際教學效果，對大學生的計算思維能力的培養(yǎng)起到了積極的作用。

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