計(jì)算思維在大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的作用研究及實(shí)證

黃仁祥

（四川文理學(xué)院 招生就業(yè)處，四川 達(dá)州635000）

1 引言

“創(chuàng)新”一詞在十九大報(bào)告中頻繁出現(xiàn)，超過(guò)50余次，習(xí)近平總書(shū)記在十九大上，再次強(qiáng)調(diào)“創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力”.高校無(wú)疑是創(chuàng)新的主要戰(zhàn)場(chǎng)，培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力是我國(guó)實(shí)施科教興國(guó)、人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的必然要求.高校擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要任務(wù)，充分認(rèn)識(shí)創(chuàng)新能力的本質(zhì)特征，探索其培養(yǎng)的方式和途徑，加強(qiáng)對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，讓他們成為新時(shí)代全面發(fā)展的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才，是教育的系統(tǒng)工程和長(zhǎng)期任務(wù).［1］

2 大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)現(xiàn)狀及對(duì)策

2.1 大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)現(xiàn)狀

長(zhǎng)期以來(lái)，由于傳統(tǒng)教育思想的影響，人們普遍認(rèn)為高校只是教授知識(shí)的地方.在教育過(guò)程中，它們表現(xiàn)為：強(qiáng)調(diào)知識(shí)的講授，忽略知識(shí)的應(yīng)用、知識(shí)的能力和創(chuàng)造的能量；強(qiáng)調(diào)知識(shí)的數(shù)量，忽視知識(shí)的創(chuàng)新.這培養(yǎng)了一種學(xué)習(xí)風(fēng)格：學(xué)生習(xí)慣于接受，不習(xí)慣思考和論證，影響學(xué)生的思維活動(dòng)，抑制學(xué)生的創(chuàng)新精神.因此，筆者認(rèn)為以下因素阻礙了大學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展：［2－3］

2.1.1 在培養(yǎng)目標(biāo)上：首先，由于學(xué)生較早地進(jìn)入的專業(yè)課學(xué)習(xí)，知識(shí)限于非常狹窄的領(lǐng)域.由于狹窄的專業(yè)教育，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)術(shù)思維和視野嚴(yán)重不足，因此沒(méi)有扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)來(lái)培養(yǎng)創(chuàng)新思維.其次，高校也樂(lè)于培養(yǎng)應(yīng)試尖子生，使得這些學(xué)生死記硬背，照書(shū)本行事，按常規(guī)走路，生搬硬套.缺乏不合邏輯思維的直覺(jué)，聯(lián)想和缺乏想象力，因此很難培養(yǎng)出創(chuàng)新思維.

2.1.2 在傳授內(nèi)容上：由于長(zhǎng)期的應(yīng)試教育，高校傳授了大量的無(wú)活力化的知識(shí)，這些知識(shí)有的比較陳舊，有的已經(jīng)過(guò)時(shí)，它很少或基本不能在實(shí)踐中加以運(yùn)用，這類教學(xué)內(nèi)容本質(zhì)上只是讓學(xué)生填鴨式吸收知識(shí).理論課程上的知識(shí)通?！耙活}一解”“一問(wèn)一答”，考試通常有標(biāo)準(zhǔn)化答案，導(dǎo)致學(xué)生思維固化，學(xué)生產(chǎn)生思維惰性，考的內(nèi)容就學(xué)，不考的內(nèi)容就不學(xué).實(shí)踐課程也只注重工具的操作，缺乏思維層面的訓(xùn)練.

2.1.3 在課程設(shè)置上：首先，教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)過(guò)時(shí)，不能跟上科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是缺乏培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的課程.其次，專業(yè)分工太精細(xì)，這使得文學(xué)藝術(shù)與科學(xué)工程分離，導(dǎo)致學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)結(jié)構(gòu)不廣博.第三，教學(xué)內(nèi)容理論部分較多，超出實(shí)際應(yīng)用，相關(guān)課程沒(méi)有進(jìn)行科學(xué)設(shè)置.

2.1.4 在教學(xué)方式上：首先，教學(xué)方法單一，以“教師，教材，課堂”為中心的教學(xué)模式占主導(dǎo)地位.學(xué)生在教學(xué)中扮演著配合教師完成教學(xué)計(jì)劃的角色.其次，教學(xué)方法已經(jīng)過(guò)時(shí)，現(xiàn)代教學(xué)方法還沒(méi)有真正進(jìn)入課堂.第三是教師是基于教科書(shū)，學(xué)生是死記硬背，很少討論的機(jī)會(huì)以及發(fā)言機(jī)會(huì)導(dǎo)致創(chuàng)新思維訓(xùn)練的缺乏.四是形成了大學(xué)生的權(quán)威定勢(shì)，少有挑戰(zhàn)權(quán)威的意識(shí).

2.1.5 在教學(xué)評(píng)價(jià)上：首先，教學(xué)評(píng)估目標(biāo)單一.它只注重對(duì)學(xué)生所學(xué)知識(shí)掌握程度的評(píng)價(jià)，只關(guān)注對(duì)結(jié)果的評(píng)價(jià)，不注重對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的評(píng)價(jià)，阻礙了學(xué)生的想象力和多層次的思維能力的形成.其次，只注重書(shū)面測(cè)試，知識(shí)重現(xiàn)的題目眾多，操作考試很少使用，導(dǎo)致學(xué)生只滿足于的死記硬背知識(shí)點(diǎn)，阻礙了他們創(chuàng)新欲望的形成.

2.2 大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的對(duì)策和方法

針對(duì)上述影響大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的現(xiàn)狀，可以從三方面應(yīng)對(duì)：

2.2.1 在培養(yǎng)目標(biāo)上，要尊重學(xué)生個(gè)性，克服學(xué)生的思維定勢(shì)，激發(fā)學(xué)生自主精神，塑造學(xué)生的批判精神.

2.2.2 在教學(xué)方法上，要活化教學(xué)過(guò)程，強(qiáng)化探索精神.要突破教師、教材、課堂為中心的局面.多采用下列教學(xué)法：

a）案例教學(xué)法，以問(wèn)題為導(dǎo)向的教學(xué)方法.

b）活動(dòng)教學(xué)法，讓學(xué)生以做活動(dòng)的方式動(dòng)手實(shí)踐.

c）討論教學(xué)法，教會(huì)學(xué)生不迷信權(quán)威，樂(lè)于發(fā)表自己的意見(jiàn).

d）游戲教學(xué)法，喻教于樂(lè).

2.2.3 在教學(xué)評(píng)估上，創(chuàng)新課的教學(xué)評(píng)估應(yīng)反對(duì)應(yīng)試教育，突破傳統(tǒng)教學(xué)教什么就考核什么的陋習(xí)，而要大力倡導(dǎo)學(xué)生參與課程的考核，調(diào)動(dòng)他們的自主性和參與性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新精神.打破筆試為主的考核方式，多以調(diào)研報(bào)告，項(xiàng)目或案例分析，圖解圖示等方式來(lái)考查學(xué)生學(xué)業(yè)水平.［1－3］

3 計(jì)算思維和創(chuàng)新能力的關(guān)聯(lián)

3.1 什么是計(jì)算思維

2006年3月美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真教授在美國(guó)計(jì)算機(jī)權(quán)威期刊Communications of the ACM 上對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行如下定義：計(jì)算思維是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng).［4］該定義的提出，使計(jì)算思維在國(guó)際上得到了廣泛的關(guān)注，以美國(guó)的代表的國(guó)際社會(huì)紛紛加入到研究計(jì)算思維的行列中來(lái)，并逐步將計(jì)算思維引入到STEM課堂教育教學(xué)中去.

3.2 培養(yǎng)計(jì)算思維影響創(chuàng)新能力

人類使用的工具會(huì)影響人們的思維，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)產(chǎn)生了計(jì)算思維.著名計(jì)算機(jī)科學(xué)家、圖靈獎(jiǎng)得艾茲格·迪科斯徹（Edsger Dijkstra）說(shuō)過(guò)：“我們所使用的工具影響著我們的思維方式和思維習(xí)慣，從而也將深刻地影響著我們的思維能力.”電動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)產(chǎn)生了了自動(dòng)化思維，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)也將催生并發(fā)展計(jì)算思維.

創(chuàng)新的基礎(chǔ)就是思維，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用普及和信息技術(shù)快速發(fā)展的情況下，利用計(jì)算機(jī)來(lái)輔助解決問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的主要手段.計(jì)算思維和其它各行各業(yè)思維的融合，形成跨界思維、交叉思維以及顛覆思維，進(jìn)而行成一股極其重要的力量推動(dòng)創(chuàng)新.對(duì)計(jì)算思維的內(nèi)涵和外延的研究和探索，以及對(duì)計(jì)算思維的特點(diǎn)和規(guī)律的整理和挖掘，將有助于產(chǎn)生新的思想和方法.

3.3 計(jì)算思維是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的載體

2010年7月20日，九校聯(lián)盟（C9）發(fā)表的《九校聯(lián)盟計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》（以下簡(jiǎn)稱《聯(lián)合聲明》）指出，建立計(jì)算思維是培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新人才的一個(gè)重要內(nèi)容.任何學(xué)科，具有較好的計(jì)算思維能力都將成為新時(shí)代拔尖創(chuàng)新人才不可或缺的素質(zhì).高校應(yīng)該旗幟鮮明地把培養(yǎng)具有計(jì)算思維能力的高級(jí)人才的作為一項(xiàng)重要的長(zhǎng)期任務(wù).［5］在高等教育中通過(guò)課程教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，有意識(shí)、有目的、有針對(duì)性地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，將極大的幫助學(xué)生發(fā)展創(chuàng)新思維，提高創(chuàng)新能力.將計(jì)算思維的培養(yǎng)作為創(chuàng)新能力培養(yǎng)的載體，可以有效的避免創(chuàng)新教育只停留在創(chuàng)新思想、創(chuàng)新方法的層面的研究，可以讓創(chuàng)新教育順利實(shí)施.

3.4 計(jì)算思維是大學(xué)生計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的核心任務(wù)

九校聯(lián)盟（C9）2010年在在西安發(fā)表的《聯(lián)合聲明》，針對(duì)計(jì)算思維和大學(xué)生計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的關(guān)系提出了四點(diǎn)共識(shí).共識(shí)指出了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)對(duì)于培養(yǎng)大學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的重要作用，確立了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的基礎(chǔ)地位，指出了計(jì)算基礎(chǔ)教育的核心任務(wù)是培養(yǎng)計(jì)算思維能力.共識(shí)還要求加強(qiáng)以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為核心的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程體系和教學(xué)內(nèi)容的研究，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的隊(duì)伍和機(jī)制建設(shè).［5］

4 App Inventor課程在計(jì)算思維培養(yǎng)方面的優(yōu)勢(shì)

App Inventor是一個(gè)直觀的可視化編程環(huán)境，允許每個(gè)人，包括K－12的兒童創(chuàng)建功能齊全的移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用程序.App Inventor的新手可以在不到30分鐘的時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)并運(yùn)行簡(jiǎn)單的第一個(gè)應(yīng)用程序.而且，基于可視化塊的編程界面可以比傳統(tǒng)編程環(huán)境在更短的時(shí)間內(nèi)創(chuàng)建復(fù)雜，高可用性的應(yīng)用程序.相比基于文本的編程語(yǔ)言（例如JAVA），App Inventor基于可視化拖動(dòng)塊的編程方式在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維方面更具有優(yōu)勢(shì).從MIT App Inventor官網(wǎng)上可以了解到，［6］以麻省理工學(xué)院、劍橋等國(guó)際頂尖大學(xué)正在使用App Inventor開(kāi)發(fā)相關(guān)課程來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維.學(xué)界、業(yè)界普通認(rèn)為，使用基于塊的可視化編程環(huán)境，App Inventor降低所有人的編程入門門檻來(lái)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的民主化.教師可以借助App Inventor提高學(xué)生的學(xué)習(xí)編程興趣，幫助學(xué)生計(jì)算思維的形成，讓學(xué)生從技術(shù)的消費(fèi)者轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)造者.

5 App Inventor課程在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維和創(chuàng)新能力的實(shí)證

5.1 2012年在蘭州大學(xué)舉辦的CS4HS培訓(xùn)班上，蘭州大學(xué)郭守超等研究者對(duì)參訓(xùn)教師的調(diào)查結(jié)果顯示：根據(jù)對(duì)中小學(xué)生對(duì)App Inventor的相應(yīng)塊和功能組件掌握程度和在日常生活中運(yùn)用計(jì)算思維思想分析問(wèn)題解決問(wèn)題的情況判斷，基于App Inventor的中小學(xué)信息技術(shù)課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的計(jì)算思維能力有顯著影響.［7］筆者對(duì)該研究進(jìn)行梳理后發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)有App Inventor示范課程，綜合運(yùn)用了案例教學(xué)法、游戲教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)；在教學(xué)評(píng)價(jià)上，推進(jìn)基于課堂教學(xué)的過(guò)程性評(píng)價(jià)、課后報(bào)告評(píng)價(jià)等以學(xué)生為本的評(píng)價(jià)方式，印證了本文1.2所述觀點(diǎn)，可以很好地解決學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)問(wèn)題.

5.2 陜西師范大學(xué)2015年的一項(xiàng)研究表明，利用App Inventor開(kāi)展高中信息技術(shù)教學(xué)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維有促進(jìn)作用，這種促進(jìn)作用主要表現(xiàn)在創(chuàng)造性思維獨(dú)創(chuàng)性方面.App Inventor作為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維的一種工具，對(duì)創(chuàng)造性思維技能的流暢性、變通性并無(wú)顯著促進(jìn)作用，而作為一種軟件作品創(chuàng)作工具，對(duì)學(xué)生的獨(dú)創(chuàng)性思維方面有較明顯的促進(jìn)作用.［8］

5.3 麻省理工學(xué)院2016級(jí)碩士Natalie Lao為App Inventor開(kāi)發(fā)了功能模塊——CloudDB，該模塊允許用戶存儲(chǔ)，檢索，并在Redis服務(wù)器上為其移動(dòng)應(yīng)用程序共享各種類型的數(shù)據(jù).同時(shí)他還開(kāi)設(shè)了基于CloudDB的中學(xué)和高中課程以及評(píng)估工具來(lái)評(píng)估學(xué)生理解和利用共享數(shù)據(jù)概念的程度，然后對(duì)10名年齡在12至15歲之間的學(xué)生，進(jìn)行了為期7周，總課時(shí)為5小時(shí)的教學(xué).課程內(nèi)容主要是讓學(xué)生們了解了MIT App Inventor工具，講授了有關(guān)云計(jì)算、數(shù)據(jù)共享等計(jì)算思維，學(xué)習(xí)了如何在 MIT App Inventor中使用CloudDB組件，并創(chuàng)建了獨(dú)立的最終項(xiàng)目.研究結(jié)果表明，將共享數(shù)據(jù)作為核心計(jì)算思維概念的教學(xué)對(duì)于中學(xué)生來(lái)說(shuō)是完全可行的.學(xué)生還能夠推斷云計(jì)算、數(shù)據(jù)共享的潛在問(wèn)題，例如存儲(chǔ)限制和安全問(wèn)題.該研究成果已發(fā)表在Natalie Lao的碩士論文中.［6］

5.4 筆者曾在四川文理學(xué)院對(duì)非計(jì)算機(jī)類專業(yè)“現(xiàn)代教育技術(shù)”專業(yè)《教育軟件設(shè)計(jì)》課程和計(jì)算機(jī)類專業(yè)“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)的《Android基礎(chǔ)》課程中引入App Inventor，使用案例教學(xué)法、游戲教學(xué)法和項(xiàng)目設(shè)計(jì)考核評(píng)價(jià).在教學(xué)效果上，學(xué)生明顯表現(xiàn)了積極的創(chuàng)造欲望.在現(xiàn)代教育技術(shù)專業(yè)的教學(xué)過(guò)程中，22名學(xué)生，其中11人為文科生，女生18人，經(jīng)過(guò)兩周的課程，均可設(shè)計(jì)出功能完整的Android教育App.在“物聯(lián)網(wǎng)工程”的期末考核項(xiàng)目中，所有學(xué)生都提交了原創(chuàng)的具備完整功能的App，這些App以游戲居多，還有一些工具應(yīng)用.

6 結(jié)論及展望

當(dāng)前，我國(guó)高校從培養(yǎng)目標(biāo)、傳授內(nèi)容、課程設(shè)置、教學(xué)方式和教學(xué)評(píng)價(jià)等五方面阻礙了大學(xué)生創(chuàng)新思維形成，影響了大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng).要改變這些現(xiàn)狀，需要從課程設(shè)置、教學(xué)方式和教學(xué)評(píng)價(jià)上進(jìn)行改革.在信息技術(shù)快速發(fā)展和計(jì)算機(jī)應(yīng)用普及的情況下，利用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的主要手段.高校應(yīng)該加強(qiáng)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程體系建設(shè)，將App Inventor課程納入計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容，以培養(yǎng)“計(jì)算思維能力”為核心開(kāi)展教學(xué)，讓大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程成為大學(xué)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的載體.本研究認(rèn)為，使用App Inventor課程作為大學(xué)生計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的一部分，以樹(shù)立“計(jì)算思維”為載體的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)來(lái)實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的目標(biāo)，具有科學(xué)性可行性，可以使創(chuàng)新教育順利進(jìn)行.

盡管國(guó)內(nèi)外較多大學(xué)中學(xué)已經(jīng)開(kāi)展App Inventor課程與計(jì)算思維培養(yǎng)的研究，已經(jīng)得出很多實(shí)證，基于App Inventor的課程教學(xué)對(duì)中學(xué)生計(jì)算思維的形成顯示出了較好的促進(jìn)作用，但是由計(jì)算思維尚未形成學(xué)科體系，以及App Inventor教學(xué)也沒(méi)有形成完整的課程體系，所以將以App Inventor課程培養(yǎng)大學(xué)生計(jì)算思維為載體，培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的具體實(shí)施方案還需要國(guó)家、省市和高校各方面共同努力，不斷糾正和改進(jìn)教學(xué)實(shí)踐，形成一定的規(guī)模和體系，這正是大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育研究者未來(lái)繼續(xù)努力的方向.