計算思維引導(dǎo)通識型創(chuàng)新人才教學(xué)研究

陳淑鑫，劉相娟，劉明，薛仁政，劉艷菊

（1. 齊齊哈爾大學(xué) 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2. 哈爾濱工程大學(xué) 理學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001）

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計算思維引導(dǎo)通識型創(chuàng)新人才教學(xué)研究

陳淑鑫1，2，劉相娟1，劉明1，薛仁政1，劉艷菊1

（1. 齊齊哈爾大學(xué) 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2. 哈爾濱工程大學(xué) 理學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001）

摘要：闡述了計算機科學(xué)與所學(xué)專業(yè)知識方法的結(jié)合，計算機系列課程教學(xué)改革中融入計算思維形成通識教育的優(yōu)勢.教學(xué)實踐表明，通過教學(xué)改革優(yōu)化了通識型教學(xué)體系的知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)了通識型應(yīng)用人才的自主學(xué)習(xí)意識，奠定了學(xué)生創(chuàng)新思維能力，培養(yǎng)了高素質(zhì)創(chuàng)新人才.

關(guān)鍵詞：大學(xué)計算機課程；計算思維；通識教育；自主學(xué)習(xí)

“計算”這個原本專門的數(shù)學(xué)概念，現(xiàn)已泛化到了人類的整個知識領(lǐng)域，上升到極為普適的科學(xué)概念和哲學(xué)概念.人類的科學(xué)思維包括計算思維、理論思維和實驗思維，如同人們具備是非判斷、文字讀寫和進行算術(shù)運算一樣，每個人都具有早已存在的思維活動和技能的計算思維能力.美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真教授給出計算思維的定義是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類的行為.可見，計算思維涵蓋了反映計算機科學(xué)在內(nèi)的系列廣泛思維活動［1］.當(dāng)計算思維真正融入人類活動的整體中［2］，將成為現(xiàn)實生活中的思維方式.目前，社會上將計算機科學(xué)等同于計算機編程，錯誤地認為主修計算機科學(xué)就業(yè)面狹窄.事實恰恰相反，大數(shù)據(jù)信息時代主修計算機科學(xué)的學(xué)生應(yīng)用計算機軟、硬件的基礎(chǔ)知識［3］，會更好地再從事化工、生物、醫(yī)學(xué)、法律、商業(yè)及政治等任何類型的科學(xué)和工程行業(yè)，甚至是藝術(shù)創(chuàng)作.

在通識教育教學(xué)理念下，將計算思維融會貫通于學(xué)生的解析方法及能力運用.由于計算機學(xué)科研究涉及面廣，促使基于不同層次的專業(yè)系統(tǒng)問題求解具備共同特征［4］.因此，計算機基礎(chǔ)教學(xué)不僅是通識教育的重要組成部分，尤為重要的是潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生用計算思維理念去解決自身專業(yè)問題.教育部高等學(xué)校計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會提出的“計算機基礎(chǔ)教學(xué)四個方面的能力目標(biāo)”中指出：計算機學(xué)科能力是認知計算機的分析能力和應(yīng)用計算機求解能力［5］.也就是說，計算機基礎(chǔ)教學(xué)立足點落在培養(yǎng)學(xué)生對計算環(huán)境的認識，關(guān)鍵是培養(yǎng)學(xué)生在計算環(huán)境下掌握問題求解的方法.2010年復(fù)旦大學(xué)校長楊玉良教授對通識教育特征概括為3個方面［6］：（1）通識教育要同時傳遞科學(xué)精神和人文精神；（2）通識教育要展現(xiàn)不同文化、不同學(xué)科的思維方式；（3）通識教育要充分展現(xiàn)學(xué)術(shù)的魅力.在人才培養(yǎng)目標(biāo)中明晰“通識型”人才的內(nèi)涵，將無意識的計算思維變成有意識的思維，確定培養(yǎng)目標(biāo)，制定培養(yǎng)方案，主動地在各自的專業(yè)中應(yīng)用計算思維解決問題.

1　計算思維敦促計算機基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革

通識教育要展現(xiàn)不同學(xué)科的思維方式，而計算機基礎(chǔ)課程正面臨大數(shù)據(jù)時代超性能計算的應(yīng)用領(lǐng)域快速擴充，各專業(yè)的利用價值日益凸顯，經(jīng)濟及社會對具有計算機能力的人才要求提升等，多方因素推動計算機基礎(chǔ)課程的改革不能滯后.教學(xué)改革中突出計算思維能力［7］的教學(xué)定位，培養(yǎng)計算機基礎(chǔ)教學(xué)的核心能力，涉及到學(xué)科知識體系的教學(xué)核心知識，更能反映計算機學(xué)科的本質(zhì)體現(xiàn)通識教育特征.

1.1調(diào)整計算機基礎(chǔ)課程培養(yǎng)方案

目前，國內(nèi)高校非計算機專業(yè)本科生的第一門計算機課程是大學(xué)計算機文化基礎(chǔ)（或計算機公共基礎(chǔ)），授課計劃圍繞計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科中基礎(chǔ)性的知識和重要概念，強調(diào)操作技能的掌握，較少運用計算機解決專業(yè)問題.以計算思維能力培養(yǎng)為核心的計算機基礎(chǔ)教學(xué)改革，將現(xiàn)有的計算機基礎(chǔ)教學(xué)課程體系和教學(xué)內(nèi)容合理地定位，確保計算機基礎(chǔ)教學(xué)穩(wěn)定、核心的教學(xué)內(nèi)容.學(xué)校調(diào)整2013年秋季新生授課計劃，在課程內(nèi)容和授課對象方面進行了大膽的試點，分成工科、理科、文科及藝術(shù)4類學(xué)生教學(xué)改革試點.工科類開設(shè)嵌入式的知識平臺；理科專業(yè)開設(shè)主流財務(wù)管理軟件，制作報表和數(shù)據(jù)統(tǒng)計；文科專業(yè)開設(shè)制作演示影音流媒體類應(yīng)用軟件；藝術(shù)專業(yè)開設(shè)智能化音樂及動畫制作，使用計算機相關(guān)軟件進行藝術(shù)設(shè)計和制作.更新培養(yǎng)方案偏重于普及信息技術(shù)應(yīng)用對經(jīng)濟社會、生活、工作及學(xué)術(shù)發(fā)展的巨大貢獻，加深信息技術(shù)與自然科學(xué)相結(jié)合，相得益彰，鞏固計算機基礎(chǔ)課程的重要地位.

1.2整合夯實專業(yè)應(yīng)用知識能力

計算機教學(xué)改革的新形勢下［8］，計算機語言的課程講授重點需從介紹計算機學(xué)科的整體情況入手，整合知識貫通計算思維的本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生運用計算機科學(xué)基本概念、方法和思想自主學(xué)習(xí)的能力，從而構(gòu)建完整的計算機科學(xué)的知識體系.改進教學(xué)方法推動式思維，傳授學(xué)生將來從事科學(xué)工作的技巧，訓(xùn)練學(xué)生掌握運用計算思維能力解決專業(yè)領(lǐng)域問題的思路和方法，各專業(yè)根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)進行完整的教學(xué)設(shè)計，科學(xué)地制訂本專業(yè)的計算機課程的教學(xué)大綱.專業(yè)教學(xué)中融入計算思維增添抽象的知識點，使學(xué)生理解和掌握信息技術(shù)基礎(chǔ)知識和基本方法，掌握基本的信息技術(shù)應(yīng)用能力，掌握利用計算工具解決專業(yè)領(lǐng)域問題的思路和做法.專業(yè)課的課程教學(xué)內(nèi)容不做調(diào)整，開展“第二課堂”專題研討，研討中結(jié)合本專業(yè)問題引導(dǎo)學(xué)生深入體會專業(yè)知識背后所蘊含的計算思維規(guī)律.

1.3解決計算環(huán)境各異性

計算機基礎(chǔ)課程作為通識教育的重要組成部分，計算思維能力的培養(yǎng)融入計算機基礎(chǔ)的教學(xué)改革中，從信息技術(shù)基礎(chǔ)引入多領(lǐng)域的云平臺、超算平臺等計算仿真模擬環(huán)境.計算機基礎(chǔ)教學(xué)與不同專業(yè)結(jié)合緊密，根據(jù)各專業(yè)特色，設(shè)置課程內(nèi)容，安排課后作業(yè)，使計算機不再是陌生而抽象的概念，而是熟悉領(lǐng)域內(nèi)必備解決問題的工具.學(xué)生學(xué)會運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進行問題求解，學(xué)會用計算機系統(tǒng)描述和解決實際問題，加深計算機概念的理解與認識成為最感興趣的話題.同時加強計算機語言教學(xué)，尤其在程序設(shè)計課程中重點強調(diào)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法實現(xiàn)，不同專業(yè)的學(xué)生運用計算思維來認識、形成的思維方式，解決同類的系列問題.計算思維靈活運用到啟發(fā)式的教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，體察到關(guān)鍵點之外的問題、方法及其之間的聯(lián)系.

2　計算思維推動通識型人才的自主學(xué)習(xí)

黨的“十八大”及系列報告中明確強調(diào)：教育是民族振興和社會進步的基石，全面實施素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神，培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人，充實國家建設(shè)的主力軍.基于此態(tài)勢，高校亟需培養(yǎng)通識型人才，應(yīng)用計算機科學(xué)的基本概念、方法和思想內(nèi)化思維過程去分析和解決問題，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)意識，開拓性地研究逐步反饋到計算思維的過程，使學(xué)生在后續(xù)的學(xué)習(xí)和實踐中深入體會計算思維的本質(zhì)［9］.

2.1 通識教育規(guī)劃計算思維策略

通識教育教學(xué)方法中運用計算機科學(xué)基本概念、方法和思想的理解，關(guān)注學(xué)生個體自由、全面發(fā)展，由灌輸式教育模式向啟發(fā)式、自主式學(xué)習(xí)模式轉(zhuǎn)變，學(xué)生探索研究式的自主學(xué)習(xí)，讓教師成為教學(xué)的主導(dǎo)者，起到控制學(xué)習(xí)過程、提供教學(xué)資源和教學(xué)建議的作用.學(xué)生能夠在教師的指導(dǎo)下，采取基于解決問題的學(xué)習(xí)、基于證據(jù)的學(xué)習(xí)和質(zhì)詢式的學(xué)習(xí)等方法主動進行思考，能夠獲得更深層次的思考技巧，有效地提高信息素養(yǎng)，利用多樣的信息資源擴充知識，增強判斷思維推進自主學(xué)習(xí)的潛力和機會，真正體現(xiàn)通識教育的內(nèi)蘊.

2.2通識教育注重實踐教學(xué)環(huán)節(jié)

各學(xué)科的實踐教學(xué)需要借助于特定的設(shè)備（或科學(xué)工具），獲取實驗數(shù)據(jù)得以分析.通識教育下以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科有物理、化學(xué)、地理、機械、天文、生物、醫(yī)學(xué)和農(nóng)林等，以及由此派生的眾多學(xué)科.通識教育發(fā)揮了實踐教學(xué)內(nèi)容的動態(tài)性與連續(xù)性，教學(xué)內(nèi)容圍繞本學(xué)科的發(fā)展前沿變化及社會的發(fā)展進步而不斷做動態(tài)調(diào)整，及時更新與前沿接軌.實踐案例能夠觸動學(xué)生操作思維，有助于創(chuàng)新能力的形成.實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中通過觀測數(shù)據(jù)中的科學(xué)規(guī)律養(yǎng)成運用計算思維去求解問題，如在天文數(shù)據(jù)中大部分是觀測現(xiàn)象得到的推理，如何用計算理論證明出現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生個體的無限潛能，挖掘創(chuàng)造潛力，參與到研究中來獨立思考、自由討論.創(chuàng)新性拓寬校外資源的渠道與企業(yè)和科研院所加強合作，注重學(xué)生全方位的能力培養(yǎng).

2.3通識教育培養(yǎng)計算思維能力

從人才培養(yǎng)計劃和課程體系的角度通盤考慮，教師在實踐教學(xué)中整體架構(gòu)知識的連貫，銜接專業(yè)需求，系統(tǒng)地完善學(xué)生自主與思維能力培養(yǎng)，形成科學(xué)的知識體系、穩(wěn)定的知識結(jié)構(gòu)，從學(xué)生自主解決問題出發(fā)，強調(diào)學(xué)習(xí)的方法、思路和步驟，展現(xiàn)計算機學(xué)科獨特的思維方式，為將來創(chuàng)新性地解決專業(yè)問題奠定基礎(chǔ).在合理的范圍內(nèi)弱化對學(xué)生的約束，使學(xué)生有更大的自主選擇權(quán).

3　計算思維拓展通識型人才的創(chuàng)新意識

心理學(xué)家在闡述“通感效應(yīng)”時舉例藝術(shù)創(chuàng)作與鑒賞活動中，各種感覺相互滲透或者挪移的心理現(xiàn)象，將聽覺轉(zhuǎn)化為視覺與觸覺.將此效應(yīng)移植到教學(xué)中，學(xué)生明晰計算機編程僅僅是整個計算機學(xué)科的一部分，注重學(xué)生清晰思考的能力培養(yǎng)，向?qū)W生傳遞一種計算機“感覺”，感知計算機能夠解決研究領(lǐng)域相應(yīng)問題的直覺能力，培養(yǎng)學(xué)生通過編程解決實際問題的能力.

計算思維的本質(zhì)是抽象和自動化［10］.在完整的計算機科學(xué)知識體系基礎(chǔ)上，順應(yīng)不同層次培養(yǎng)目標(biāo)，不同專業(yè)需求，滿足各方期望.計算機基礎(chǔ)教學(xué)改革沿著多樣化、多層次提升信息素養(yǎng)，合理定位計算機基礎(chǔ)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，融合現(xiàn)有的知識體系提煉并展現(xiàn)隱含在知識背后的計算思維方法，激發(fā)學(xué)生求知欲望和共鳴.讓計算機基礎(chǔ)教學(xué)成為名副其實的傳授基本知識、培養(yǎng)應(yīng)用能力、訓(xùn)練計算思維的大學(xué)通識教育課程.在提升高水平大學(xué)建設(shè)中，教學(xué)方法的選擇不但承擔(dān)著開闊師生視野和激發(fā)創(chuàng)新思維的重任，更能培養(yǎng)創(chuàng)新型人才形成計算思維，助推通識教育體系，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性和獨立思考的創(chuàng)造性.多維地滿足不同專業(yè)應(yīng)用基本理論去解決問題，真正將知識作為載體實現(xiàn)思想、方法的傳授，提高科學(xué)與創(chuàng)新素養(yǎng)，鍛煉學(xué)生自立、合作及創(chuàng)造性地學(xué)習(xí)素養(yǎng)能力.大學(xué)教育重在營造精神性和學(xué)術(shù)性的氛圍，打破禁錮教師和學(xué)生整齊劃一的思維.創(chuàng)新能力的培養(yǎng)憑借扎實的基礎(chǔ)保障，形成創(chuàng)造思維需要不同學(xué)科的交叉滲透，使學(xué)生開拓思路、豐富視野.

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Teaching research of computational thinking guiding general innovative talents

CHEN Shu-xin1，2，LIU Xiang-juan1，LIU Ming1，XUE Ren-zheng1，LIU Yan-ju1
（1. Center of Modern Education and Technology，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China；2. School of Science，Harbin Engineering University，Harbin 150001，China）

Abstract：Describe the combination of computer science integrating with the methods of expertise learned.Discuss the teaching reform of computer courses with computational thinking becoming into the advantages of general education formation.Optimize the knowledge structure of general education system，bring up the autonomous learning of general applicable talents，thus laying creative thinking ability and training qualified creative talents.

Key words：college computer；computational thinking；general education；independent learning

中圖分類號：TP30∶G642.0

文獻標(biāo)識碼：A

doi：10.3969/j.issn.1007-9831.2016.05.024

文章編號：1007-9831（2016）05-0085-04

收稿日期：2016-01-15

基金項目：黑龍江省高等教育教學(xué)改革項目（JG2012010679）；黑龍江省高等教育學(xué)會項目（14G152）；黑龍江省教育廳科研項目（12541868）；2016年齊齊哈爾大學(xué)教育科學(xué)研究項目

作者簡介：陳淑鑫（1978-），女，吉林德惠人，副教授，碩士，從事計算機教學(xué)研究.E-mail：shuxinfriend@126.com