新工科理念下計(jì)算機(jī)專業(yè)人才計(jì)算思維培養(yǎng)路徑探究

孫雅娟 劉霜

摘要：現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)主要以書面理論知識(shí)為主，無法滿足新工科理念下對(duì)學(xué)生信息技術(shù)能力的要求。針對(duì)這一問題，開展新工科理念下計(jì)算機(jī)專業(yè)人才計(jì)算思維培養(yǎng)路徑探究。通過引入雙創(chuàng)教育模式，培養(yǎng)學(xué)生的高階計(jì)算思維能力;結(jié)合計(jì)算機(jī)專業(yè)特點(diǎn)融入計(jì)算思維;利用Python語言訓(xùn)練計(jì)算思維;創(chuàng)新培養(yǎng)方式滲透計(jì)算思維。為計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)提供全新的創(chuàng)新和改革思路。

關(guān)鍵詞：新工科理念;計(jì)算機(jī)專業(yè)人才;計(jì)算思維

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）31-0190-02

在新工科理念下，要求高校應(yīng)當(dāng)將各個(gè)學(xué)科有機(jī)結(jié)合，尤其是對(duì)于需要運(yùn)用信息技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)深度融合的學(xué)科，未來市場(chǎng)對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的需要也必定是要求學(xué)生具備將信息技術(shù)與學(xué)科融合的能力，以及結(jié)合現(xiàn)代化技術(shù)解決問題的能力[1]。因此，對(duì)于高校計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)提出了高要求和高標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前計(jì)算思維培養(yǎng)是國(guó)內(nèi)外教育領(lǐng)域重點(diǎn)研究的話題之一，有關(guān)計(jì)算思維的理論和實(shí)踐研究，也同樣得到了教育部門的大力支持[2]。高校在重新定義計(jì)算機(jī)專業(yè)課程內(nèi)容的同時(shí)，更應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才計(jì)算思維的培養(yǎng)。作為三大科學(xué)思維之一，在高校計(jì)算機(jī)專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容、方法、工具等多個(gè)方面進(jìn)行全面的改革，培養(yǎng)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才計(jì)算思維能力，并逐漸將學(xué)習(xí)目標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)閷⒂?jì)算思維能力與符合高素質(zhì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合，不斷培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新應(yīng)用能力和實(shí)踐操作水平。

1引入雙創(chuàng)教育模式培養(yǎng)高階計(jì)算思維

計(jì)算思維是一種解決問題的思考方式，在新工科理念下，培養(yǎng)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的計(jì)算思維應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)將思維方式融入具體的工作任務(wù)當(dāng)中，有效解決問題并從中學(xué)會(huì)處理該類問題的一般思路[3]。改變傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)中強(qiáng)調(diào)軟件、工具的學(xué)習(xí)方式，在傳統(tǒng)教育模式中，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)使用某一項(xiàng)工具的能力會(huì)消耗大量的時(shí)間，而相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件又會(huì)隨著科技的不斷進(jìn)步和更新變得更加多樣化。若在培養(yǎng)專業(yè)人才的過程中只是為了了解和認(rèn)識(shí)工具和軟件，則需要大量的時(shí)間，同時(shí)對(duì)于工具和軟件很難做到靈活運(yùn)用。但實(shí)際上，當(dāng)前產(chǎn)生的工具和軟件都是通過一系列的計(jì)算思維支撐，當(dāng)學(xué)生可以充分理解軟件后的計(jì)算思維方式，則可以起到事半功倍的效果，同時(shí)也可將掌握的計(jì)算思維遷移到不斷迭代更新的工具當(dāng)中[4]。在新工科理念下產(chǎn)生的“大眾創(chuàng)業(yè)”和“萬眾創(chuàng)新”雙創(chuàng)概念對(duì)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)、政治以及文化等都有著不同程度的影響。在培養(yǎng)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才計(jì)算思維時(shí)同樣可以引入雙創(chuàng)教育模式，培養(yǎng)復(fù)合型高素質(zhì)的創(chuàng)新人才。在潛移默化中使學(xué)生具備基于計(jì)算思維的探究式學(xué)習(xí)能力。圖1為基于計(jì)算思維的探究式學(xué)習(xí)模式。

學(xué)生具備基于計(jì)算機(jī)思維的探究式學(xué)習(xí)模式可根據(jù)教師設(shè)定的問題情境，根據(jù)具體的問題及認(rèn)知目標(biāo)，對(duì)問題進(jìn)行探究，并將難以解決的大問題轉(zhuǎn)換為多個(gè)容易解決的子問題，從而提出對(duì)應(yīng)的解決方案，并通過實(shí)踐進(jìn)行驗(yàn)證。以此讓學(xué)生真正掌握計(jì)算科學(xué)的基本理論和方法，進(jìn)而培養(yǎng)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才具備高階計(jì)算思維的能力。

2結(jié)合計(jì)算機(jī)專業(yè)特點(diǎn)融入計(jì)算思維

在新工科理念下，計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的培養(yǎng)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)結(jié)合其專業(yè)特點(diǎn)，并充分融入計(jì)算思維。針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的基礎(chǔ)課程內(nèi)容不應(yīng)當(dāng)將專業(yè)中所有內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)一，規(guī)避傳統(tǒng)方法以學(xué)習(xí)需求為中心的課程內(nèi)容，根據(jù)計(jì)算機(jī)專業(yè)特點(diǎn)選擇合理的內(nèi)容安排課程。同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)充分考慮到計(jì)算機(jī)專業(yè)日后在市場(chǎng)發(fā)展中的需求[5]。在培養(yǎng)過程中融入計(jì)算機(jī)專業(yè)元素的教學(xué)實(shí)例，以教學(xué)實(shí)例為載體，融入培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。圖2為引入計(jì)算機(jī)專業(yè)元素教學(xué)實(shí)例的計(jì)算機(jī)專業(yè)課程內(nèi)容安排。

將課程內(nèi)容分為教師活動(dòng)、教學(xué)過程以及學(xué)生活動(dòng)三個(gè)部分。教師活動(dòng)應(yīng)當(dāng)結(jié)合當(dāng)下新工科實(shí)際設(shè)置問題，并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī);引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維方法，將大任務(wù)劃分為多個(gè)學(xué)科問題;在教學(xué)過程中教師應(yīng)當(dāng)不斷指導(dǎo)學(xué)生分析問題，以此促進(jìn)學(xué)生的計(jì)算思維;指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維的方式解決具體問題;最后總結(jié)評(píng)價(jià)問題的完成情況，并給出相應(yīng)的反饋意見[6]。在教學(xué)過程中，可將計(jì)算思維進(jìn)行更加細(xì)致的劃分，分為：抽象思維、邏輯思維、糾錯(cuò)思維、算法思維、分解思維等。根據(jù)不同思維方式設(shè)置不同的環(huán)節(jié)，例如培養(yǎng)學(xué)生糾錯(cuò)思維可通過學(xué)生交流討論完成;培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維可通過學(xué)生自主設(shè)計(jì)完成課后作業(yè)完成等[7]。在學(xué)生活動(dòng)過程中，學(xué)生應(yīng)當(dāng)充分體驗(yàn)問題的情境，產(chǎn)生應(yīng)對(duì)不同任務(wù)的意識(shí);明確問題具體內(nèi)容，根據(jù)教師提醒，結(jié)合計(jì)算思維方法將任務(wù)轉(zhuǎn)換為學(xué)科問題;根據(jù)教師引導(dǎo)，采用計(jì)算思維方式，提出具體的解決辦法;運(yùn)用計(jì)算思維，探索學(xué)科問題的解決方案;在最后環(huán)節(jié)，學(xué)生可通過相互之間的溝通和交流，總結(jié)、歸納問題，并整理反饋信息，完成對(duì)課程內(nèi)容的內(nèi)化和遷移。

還可通過建立對(duì)應(yīng)的映射矩陣方法，表1為專業(yè)能力目標(biāo)、知識(shí)表達(dá)和教學(xué)范例的映射矩陣。

由教師引導(dǎo)學(xué)生從應(yīng)用者角度融入計(jì)算思維方式解決問題，以此提高對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)問題的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和測(cè)試，讓學(xué)生從整個(gè)過程中體會(huì)到如何利用計(jì)算思維分析、解決實(shí)際問題。

3利用Python語言訓(xùn)練計(jì)算思維

在計(jì)算機(jī)專業(yè)中，Python是一種跨平臺(tái)式的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言，以更高的層次結(jié)合理解性、編譯性、互動(dòng)性等特性的腳本語言。Python具有資源豐富且強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫支持，是當(dāng)前計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中最受人們歡迎的編程語言，能夠廣泛應(yīng)用于多種不同需求的工作場(chǎng)合。在對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才計(jì)算思維培養(yǎng)過程中，教師可以通過引入Python語言，為學(xué)生提供更加豐富的、更有深度的教學(xué)內(nèi)容，在引入過程中，教師逐步將計(jì)算思維的基礎(chǔ)概念引入，讓學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題，并需要解決一系列問題的解決途徑，最終不僅可以有效解決當(dāng)前具體問題，還可以從中學(xué)會(huì)解決這一系列問題的方式和方法。Python具備針對(duì)Microsoft Office Excel處理的xlrd、xlwt等擴(kuò)展工具;針對(duì)Microsoft Office Word處理的python-docx、python-pptx等工具。這些工具在使用過程中操作簡(jiǎn)單，且十分有效，能夠極大吸引學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣，也可幫助學(xué)生解決日后工作上的問題，并在解決問題的同時(shí)建立起更加有效地計(jì)算思維能力。

4創(chuàng)新培養(yǎng)方式滲透計(jì)算思維

計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)涉及內(nèi)容較為廣泛，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中獲取的知識(shí)點(diǎn)也相對(duì)更加分散，學(xué)生需要掌握的內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)、基本原理、軟件操作、計(jì)算思維等。若沿用傳統(tǒng)培養(yǎng)方式由教師進(jìn)行統(tǒng)一授課，再由學(xué)生課后自主練習(xí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性很難被調(diào)動(dòng)。因此，針對(duì)這一問題，需要對(duì)傳統(tǒng)培養(yǎng)方式進(jìn)行創(chuàng)新，從而將計(jì)算思維滲透到培養(yǎng)內(nèi)容當(dāng)中。可采取更加靈活、多樣化的培養(yǎng)方式，更加注重計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)的趣味性、多樣性，以此在最大程度上吸引學(xué)生主動(dòng)參與到學(xué)習(xí)當(dāng)中。還可采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式將課程內(nèi)容展開，并通過設(shè)定具有一定難度的任務(wù)活動(dòng)，由教師帶領(lǐng)學(xué)生圍繞該任務(wù)進(jìn)行不斷探索。學(xué)生在解決問題的過程中，有明確的任務(wù)目標(biāo)、分工，在教師的協(xié)同幫助下，在強(qiáng)烈的問題驅(qū)動(dòng)下，以更加積極地態(tài)度參與到學(xué)習(xí)當(dāng)中。在解決問題時(shí)可以充分鍛煉學(xué)生的計(jì)算機(jī)專業(yè)各類綜合能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)問題的構(gòu)建、分析，找出解決問題以及對(duì)應(yīng)一系列問題的思路，最后通過利用計(jì)算機(jī)有效地將問題解決。計(jì)算思維能力的培養(yǎng)還需要通過在非計(jì)算機(jī)專業(yè)領(lǐng)域的遷移應(yīng)用過程中體現(xiàn)學(xué)生的能力，因此還需要通過更加豐富的實(shí)際案例，結(jié)合多個(gè)學(xué)科和專業(yè)綜合鍛煉學(xué)生的計(jì)算思維能力。

5結(jié)束語

本文針對(duì)當(dāng)前新工科理念下對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的計(jì)算思維培養(yǎng)路徑進(jìn)行了深入的探究，從四個(gè)方面入手，對(duì)培養(yǎng)內(nèi)容、方式、方法等進(jìn)行全面的創(chuàng)新，以此使計(jì)算機(jī)專業(yè)人才更加適應(yīng)當(dāng)前新工科建設(shè)的要求。這種新的人才培養(yǎng)途徑具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和推廣價(jià)值，讓學(xué)生在日后的工作中具備解決不同問題的計(jì)算思維能力，是培養(yǎng)國(guó)家和區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展新需求的計(jì)算機(jī)創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)應(yīng)用型人才的現(xiàn)實(shí)路徑。

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【通聯(lián)編輯：張薇】