基于混合思維能力培養(yǎng)的計算機(jī)類實踐教學(xué)改革研究

摘要：在大數(shù)據(jù)及云計算技術(shù)、人工智能技術(shù)快速發(fā)展的背景下，不同行業(yè)對計算機(jī)專業(yè)人才的抽象仿真、綜合實踐應(yīng)用與創(chuàng)新能力提出了更高要求。在計算機(jī)人才混合思維能力的要求下，高校計算機(jī)專業(yè)課程的教育教學(xué)應(yīng)秉持專業(yè)共建、課程共建、資源共享、項目共研的發(fā)展理念，與校外企業(yè)形成聯(lián)合，對原有的課程內(nèi)容、教學(xué)方式作出改革創(chuàng)新，建立多元化、層次化的計算機(jī)實踐教學(xué)體系，引入慕課（MOOC）、微課等網(wǎng)絡(luò)在線教學(xué)模式，開展基礎(chǔ)理論知識、實踐案例的交互教學(xué)，加強(qiáng)師生之間的互動交流、問題探究，以促進(jìn)學(xué)生基礎(chǔ)思維能力、工程實踐能力和創(chuàng)新能力提升。

關(guān)鍵詞：計算機(jī);混合思維能力;培養(yǎng);實踐教學(xué)

前言：計算機(jī)類專業(yè)課程是理工類高等教育體系中重要的組成部分，包含著C語言編程、局域網(wǎng)組建、軟件工具開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)安全管理等多方面實踐內(nèi)容，可以被應(yīng)用到計算機(jī)軟件開發(fā)、工程項目、電子商務(wù)等行業(yè)之中。因而高校計算機(jī)類專業(yè)實踐課程的教育教學(xué)，也要從課堂案例實踐、項目或工程實踐的角度出發(fā)，選取基礎(chǔ)的語言算法、語言結(jié)構(gòu)等理論知識，以及軟件開發(fā)、電路或系統(tǒng)設(shè)計的實踐案例，對學(xué)生進(jìn)行全方位的邏輯思維、抽象思維、綜合應(yīng)用能力的教育，來最大程度保證計算機(jī)實踐課程的混合思維教學(xué)質(zhì)量。

一、混合思維能力的主要內(nèi)容及層次化認(rèn)知模型

計算專業(yè)課程的混合思維能力，通常涵蓋了計算思維能力、工程思維能力、創(chuàng)新思維能力等內(nèi)容，計算思維、工程思維和創(chuàng)新思維等的交叉培養(yǎng)與應(yīng)用，可以逐漸引導(dǎo)學(xué)生參與到課堂案例、課外實踐活動的學(xué)習(xí)之中，具體的層次化認(rèn)知模型如圖1所示。其中計算思維能力是計算機(jī)科學(xué)家周以真提出的概念，他指出“計算思維能力是運(yùn)用計算機(jī)基礎(chǔ)理論，對某一外部事件、數(shù)據(jù)信息處理的能力，是信息化時代解決海量、繁雜數(shù)據(jù)運(yùn)算的重要方式?！币虼耍嬎闼季S能力作為解決復(fù)雜問題的操作工具，所具有的程序功能性要大于實踐應(yīng)用性。

然而，工程思維能力則更傾向于計算機(jī)項目的實踐能力，是指工程人員、技術(shù)人員在處理實際的計算機(jī)實踐問題時，其本身所經(jīng)歷的心理活動、心智變化過程，一般包括提出問題、工作內(nèi)容排序、思維認(rèn)知與調(diào)整、實踐方式、工作成果判斷等的執(zhí)行流程。在計算機(jī)工程程序執(zhí)行活動中，工程技術(shù)人員的思維是整體性、系統(tǒng)性思維，參與計算機(jī)工程人員，通常會綜合運(yùn)用自然科學(xué)、社會科學(xué)、管理科學(xué)等知識，對遇到的計算機(jī)實踐問題進(jìn)行操作分析、探究解決。

最后，計算機(jī)專業(yè)課程的創(chuàng)新思維能力，是在計算機(jī)基礎(chǔ)理論知識、課堂實踐教學(xué)的前提下，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行不同計算機(jī)內(nèi)容的聯(lián)想、發(fā)散與移植，形成其形象思維、抽象思維與多向性思維的能力。在計算機(jī)類理論、實踐課程的學(xué)習(xí)中，學(xué)生根據(jù)計算機(jī)實訓(xùn)案例、工程項目的活動，對某一計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)不同組成要素之間的聯(lián)系，作出創(chuàng)新思考、實踐管理，提高學(xué)生參與的積極性。

二、目前計算機(jī)類專業(yè)課程實踐教學(xué)存在的問題

1.缺乏計算思維、綜合實踐思維的教學(xué)理念

現(xiàn)階段不同高校計算機(jī)專業(yè)課程的教學(xué)活動開展仍舊以基礎(chǔ)理論知識的“講授式”教學(xué)為主，整個課堂中教師占據(jù)主導(dǎo)地位，學(xué)生只能被動接受教師講解的計算機(jī)內(nèi)容。部分教師認(rèn)為計算機(jī)實踐課程，僅僅為基礎(chǔ)理論內(nèi)容的驗證和補(bǔ)充，因而對計算機(jī)實踐案例、實踐活動教學(xué)，投入的精力、分配的課時較少。這一教育理念下高校教師對于計算機(jī)課程情境、課程教學(xué)內(nèi)容的組織設(shè)置，也往往忽視學(xué)生計算思維、綜合實踐思維能力的培養(yǎng)，很少將計算機(jī)基礎(chǔ)理論知識，與相關(guān)的實踐內(nèi)容進(jìn)行緊密結(jié)合，也沒有為學(xué)生提供課堂實訓(xùn)、社會實踐參與的機(jī)會，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)主動性，難以得到計算機(jī)編碼運(yùn)算、工程問題實踐的能力提升。

2.計算機(jī)類專業(yè)課程的實踐軟硬件設(shè)備不足

由于高等院校財政資金、教育經(jīng)費(fèi)的限制，通常教育管理部門只是在校內(nèi)，引入多媒體軟件、PPT課件、電子計算機(jī)等軟硬件，而缺少計算機(jī)實驗/實訓(xùn)室、專業(yè)仿真軟件的設(shè)置與應(yīng)用。

特別在《計算機(jī)組成原理》、《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》、《C語言程序設(shè)計》、《數(shù)字/模擬電路》等專業(yè)課程的教學(xué)中，雖然教師也會引導(dǎo)學(xué)生上機(jī)操作，但更多的是利用PyCharm、Navicat Premium、Visual Studio Code等軟件，進(jìn)行簡單的程序編譯，但缺乏運(yùn)用CFD、Ansys等軟件的案例仿真實踐。此外，高校計算機(jī)專業(yè)實踐教學(xué)活動，也很少與校外企業(yè)進(jìn)行聯(lián)合，建立計算機(jī)工程項目的實踐基地更是無從談起，這使得整個計算機(jī)實踐教育的質(zhì)量不高。

3.計算機(jī)實踐內(nèi)容、實踐教學(xué)方式缺乏創(chuàng)新

面對計算機(jī)計算思維、工程思維、創(chuàng)新思維等綜合人才培養(yǎng)的形勢，各高等院校開展的實踐課程教學(xué)，沒有根據(jù)社會企業(yè)的實踐創(chuàng)新要求，制定科學(xué)完整的實踐教育體系。首先在計算機(jī)類專業(yè)實踐內(nèi)容的組織方面，教師更傾向于課內(nèi)基礎(chǔ)理論知識、實踐案例的整合，缺乏課外“思維引導(dǎo)性”計算機(jī)實踐內(nèi)容的搜集，也未針對某一典型的實踐教學(xué)案例，展開計算機(jī)探究問題、實踐工作流程的合理設(shè)置。

其次，對于計算機(jī)類專業(yè)課程的實踐教學(xué)方式，缺乏教學(xué)情境、在線測驗、交互模式等的創(chuàng)新。由于計算機(jī)實踐設(shè)備、教師實踐經(jīng)驗的限制，多數(shù)教師僅僅是利用多媒體軟件、PPT課件，向?qū)W生演示一些簡單的計算機(jī)編程、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等驗證性實驗，缺乏大型系統(tǒng)設(shè)計、軟件開發(fā)的實踐案例，也很少與學(xué)生展開“一對一”互動交流、實踐探究，不利于學(xué)生實踐創(chuàng)新思維的養(yǎng)成。

三、混合思維能力培養(yǎng)理念下計算機(jī)類實踐教學(xué)的改革創(chuàng)新策略研究

1.構(gòu)建以混合思維能力培養(yǎng)為主的實踐教學(xué)理念

高校計算機(jī)專業(yè)學(xué)生的混合思維，既包含基礎(chǔ)理論知識識記的編碼運(yùn)算思維，也涵蓋了提出問題、實踐參與、解決問題的工程項目實踐思維。在學(xué)生計算機(jī)綜合思維能力的教學(xué)目標(biāo)指導(dǎo)下，教師應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有的教材大綱、課程教學(xué)內(nèi)容，建立以學(xué)生為主的情景參與、實踐教學(xué)理念，進(jìn)行相關(guān)課程問題、實踐教學(xué)案例的講解。

一是針對不同學(xué)生的計算機(jī)思維認(rèn)知、學(xué)習(xí)狀況，對原有的課程“講授式”教學(xué)方案作出創(chuàng)新，設(shè)置層次化的計算機(jī)基礎(chǔ)理論、實踐教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生參與到專業(yè)理論知識學(xué)習(xí)、案例綜合實踐之中。二是圍繞計算思維、工程思維能力的培養(yǎng)目標(biāo)，創(chuàng)設(shè)“問題導(dǎo)向式”的計算機(jī)課程實踐情境，利用融媒體等新型網(wǎng)絡(luò)手段，向?qū)W生演示、講解相關(guān)的編程實踐、系統(tǒng)設(shè)置內(nèi)容，突出計算機(jī)課程教學(xué)，對學(xué)生計算思維、項目活動實踐能力的培養(yǎng)。

2.創(chuàng)新計算機(jī)課程的混合思維理論、實踐教學(xué)方式

計算機(jī)類專業(yè)課程教學(xué)活動的開展，要以課程教材理論知識、課外案例實踐等內(nèi)容，作為學(xué)生混合思維教學(xué)的驅(qū)動任務(wù)。如首先在計算機(jī)課程《C語言程序設(shè)計》的教學(xué)中，可以根據(jù)每單元的教材大綱、知識傳達(dá)要求，將混合思維課程的教學(xué)內(nèi)容，分為講解理論知識、實踐演練案例、在線測驗等多個模塊，對學(xué)生展開C語言基本指令等知識點的引導(dǎo)教育，以及C語言編程、網(wǎng)站或客戶端APP開發(fā)設(shè)計的實踐教學(xué)。

其次，計算機(jī)專業(yè)實踐課程的教學(xué)方式創(chuàng)新，是依托于慕課、微課、翻轉(zhuǎn)課堂、SPOC等網(wǎng)絡(luò)在線教學(xué)模式，在重難點理論知識演示、實踐案例示范、在線互動答疑的基礎(chǔ)上，通過針對某一工程案例的課程教學(xué)問題，設(shè)置線上線下的軟件仿真、實訓(xùn)教育環(huán)節(jié)，為學(xué)生提供計算機(jī)程序匯編、信息軟件開發(fā)的實踐機(jī)會。同時，還可以與校外企業(yè)形成廣泛聯(lián)合，搭建計算機(jī)工程項目的實踐基地，開展分層化的工程案例講解、模塊化的實踐操作，不斷拓展學(xué)生的邏輯思維、抽象思維、聯(lián)想與移植思維，以及提高其參與具體項目的動手實踐能力。

3.加強(qiáng)計算機(jī)工程項目的交互實踐、探究延伸教育

計算機(jī)專業(yè)學(xué)生混合思維能力的教學(xué)，要遵循羅伯特·斯騰伯格的三元理論，包括外部情境、主觀經(jīng)驗、改造行為等內(nèi)容，開展課內(nèi)計算機(jī)理論與實踐知識、課外計算機(jī)工程項目的綜合性教育，通過循序漸進(jìn)的啟發(fā)引導(dǎo)、互動交流式教學(xué)，達(dá)到既定的混合思維能力培養(yǎng)教育目標(biāo)。

其一，引入與計算機(jī)相關(guān)的自然科學(xué)、社會科學(xué)、管理科學(xué)知識，以工程實踐思維、創(chuàng)新思維為導(dǎo)向，設(shè)置用于學(xué)生實踐的課內(nèi)、課外計算機(jī)創(chuàng)客空間。由教師提出相關(guān)的計算機(jī)疑難問題，學(xué)生先自主探究、小組實踐討論，再與教師、同學(xué)進(jìn)行互動交流，提高學(xué)生的理論知識運(yùn)用、交互實踐能力。其二，針對學(xué)生計算機(jī)創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)目標(biāo)，由高校實踐課堂、校外實訓(xùn)基地進(jìn)行聯(lián)合，共同建設(shè)發(fā)散性、引申性的計算機(jī)實踐內(nèi)容，加強(qiáng)多種課程教學(xué)資源、服務(wù)功能的共享，以培養(yǎng)與塑造學(xué)生在具體計算機(jī)工程項目實踐中，所具有的邏輯運(yùn)算思維、實踐應(yīng)用思維與創(chuàng)新思維。

結(jié)語

針對計算機(jī)專業(yè)的混合思維能力教學(xué)目標(biāo)，需根據(jù)不同計算機(jī)教材、學(xué)生認(rèn)知的狀況，進(jìn)行基礎(chǔ)理論知識、實踐案例等教學(xué)內(nèi)容及課程教學(xué)方式的創(chuàng)新。經(jīng)研究表明，教師可以從學(xué)生計算思維、工程思維、創(chuàng)新思維的培養(yǎng)角度出發(fā)，建立多元化、層次化的計算機(jī)實踐教學(xué)體系，利用慕課、微課等網(wǎng)絡(luò)在線教學(xué)渠道，依托校外工程項目的實踐基地，開展學(xué)生計算機(jī)編程、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等的計算思維，從而實現(xiàn)提出問題、實踐參與、解決問題的工程思維教育，不斷提高計算機(jī)專業(yè)學(xué)生的實踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新水平。

參考文獻(xiàn)

[1]顧容，熊海燕，李暉.工程思維視角下高校通識教育課程的設(shè)計與研究[J].教育探索. 2020（04）：44-47.

[2]陳國良，李廉，董榮勝.走向計算思維2.0[J].中國大學(xué)教學(xué). 2020（04）：24-30.

[3]羅海風(fēng)，劉堅，羅楊.人工智能時代的必備心智素養(yǎng)：計算思維[J].現(xiàn)代教育技術(shù). 2019（06）：26-33.

[4]詹澤慧，梅虎，麥子號，邵芳芳.創(chuàng)造性思維與創(chuàng)新思維：內(nèi)涵辨析、聯(lián)動與展望[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究. 2019（02）：40-49+66.

[5]張其亮，周瑜，盧冶.“三位一體”層次化實踐教學(xué)體系構(gòu)建與實施[J].實驗技術(shù)與管理. 2019（01）：33-36+43.

作者簡介：柏婷（1979—），女，漢族，上海市人，武漢大學(xué)碩士研究生，上海行健職業(yè)學(xué)院，助教，研究方向：計算機(jī)教學(xué)。