面向獨立學院的計算思維能力培養模式探析

薛紅梅，申艷光，張艷麗

（河北工程大學 信息與電氣工程學院，河北 邯鄲 056038）

獨立學院定位于培養應用型本科人才，是采用新體制、新模式進行運作的三本高校[1]。在近幾年來發展迅速，并漸漸成為我國高等教育的重要組成部分，因此，獨立學院教學質量的好壞始終是全社會非常重視和關注的問題。如何提高獨立學院的畢業生市場價值呢？提高學生的專業技能、實踐精神和創業能力就成為獨立學院人才培養的熱點問題。

未來人們應用計算機和使用計算機來解決自身專業問題的能力在很大程度上取決于計算機基礎教育，尤其是非計算機專業的計算機基礎課程教育。所以，必須將非計算機專業學生的終身思維和計算能力作為在獨立學院應用型人才目標的重點培養內容之一。

我國獨立學院的計算機教育現狀是“起點不同”，“程度不同”[2]。對于非計算機專業學生的計算機基礎課程設置在絕大多數獨立學院所制定的教學計劃中，存在著明顯不足，因此，就更需要我們根據非計算機專業學生對計算機及相關課程的需求特點來進行分析，采用合理的教學內容和教學方法。

一、計算思維概述

計算思維是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統和理解人類行為。它包括了涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動[3]。計算思維是針對的不僅僅是計算機科學家，它代表著一種普遍的認知和一類普及的技能，所以我們每個人都應該熱心于它的學習和運用[3]。

計算思維不僅對美國的教育產生巨大影響，也影響著英國的教育，例如在英國的愛丁堡大學，人們在多次的研討會上探索討論了計算思維及相關的主題。

在國內，多位專家學者都在計算思維方面進行了一些有益的探索，例如：中國科學院自動化所的王飛躍教授、計算技術研究所所長李國杰、桂林電子科技大學董榮勝教授和國防科技大學的朱亞宗教授等。2008年10月31日，由我國高等學校計算機教育研究會主持的關于“計算思維與計算機導論”專題研討會在桂林召開，在會上交流和探討了在計算機學科教學創新中科學方法與科學思維的作用。不久，2009年12月27日，哈爾濱工業大學計算機科學與技術學院青年沙龍與中國計算機學會青年計算機科技論壇哈爾濱分論壇（YOCSE哈爾濱）共同舉辦了關于“計算思維”專題會議。

2010年7月，周以真教授發表了《九校聯盟（C9）計算基礎教學發展戰略聯合聲明》，確定了以計算思維為核心的計算機基礎課程教學改革。在2011年的 CCF中國計算機大會上，中國科學院陳國良院士做過一篇“計算思維”的報告，指出計算思維可改變大學計算機教育沿襲了幾十年的教學模式，也是大學計算機教學振興的途徑。2013年6月在中國計算機學會青年計算機科技論壇（CCF YOCSE）上北京大學李曉明教授提出計算思維跨學科的觀念，介紹了計算思維在社會科學中的具體體現。這不僅給我們對計算思維的研究帶來啟發，也給我們的計算機教學指明新的方向。

二、計算思維對促進獨立學院計算機基礎教學工作，提高教學質量的作用和意義

（一）計算思維能力的培養為學生提供了終生受益的學習方法

要進行面向計算思維能力培養的計算機基礎課程的教學改革，就必須實現大學計算機基礎教育與計算思維的最佳融合，還要為計算機基礎教學開拓出一種新的視界。另一方面，為了幫助學生走向社會應對未來瞬息萬變的各種形勢和提高學生長期可持續發展的計算機技術應用能力，需要重點培養學生的計算思維能力。

采用注重計算思維能力培養的教學模式，才能促使學生積極參與教學過程，和教師形成互動，充分發揮學生的主觀能動性，培養學生的計算思維和創新思維，同時也可以使學生對學習過程有一個正確的把握，另一方面，可以幫助提高計算機基礎教學的教學質量。

（二）加強計算思維能力培養，符合培養高技術創新性人才和獨立學院培養應用型本科人才的發展目標

圍繞現有計算機基礎教學內容和根本任務，以計算思維能力的培養來作為計算機基礎教學的核心目標，來反映計算機學科的本質，體現通識教育的應有特點和培養學生信息素養的目標。同時，為滿足學生對未來社會不同方面計算能力的需求也要重點培養基于通用計算手段的計算思維與計算能力。

三、計算思維能力培養模式中的關鍵問題

（一）實施基于通用計算手段的計算能力和計算思維的培養

從計算思維能力培養角度出發，在教學過程中，來重新梳理和組織計算機基礎教學內容，強調計算思維特別是可實現思維的教授和培養，突出體現思維能力方面的培養，并以思維帶知識，將計算思維的觀念注入計算機基礎教學，強調學生具備終身學習能力同時注重應用能力培養。在教學中，展示和講解計算機學科的思維方式，拓展基礎知識的同時重點滲透基本原理，理解和思考計算機的工作方式，拓展學生的理解思維能力。讓學生去掌握如何持續學習和具備解決問題的基本思維方法，來滿足學生對未來社會計算能力的需求，支持各領域研究創新的新型計算手段，并且應用計算手段進行各領域的研究與創新。如圖1所示。

圖1 基于計算思維能力的計算機應用基礎教學方法

（二）建立面向計算思維能力培養的分層次、分階段教學模式

大學生計算思維能力的培養是一個系統工程，提高思維能力并加強基礎概念的理解，是基于計算思維的分階段、分層次教學的關鍵。這不僅要涉及到學生分層次而且涉及到課程和培養模式分階段。在教學手段實施過程中，將計算機課程設置為三個層次：基礎、應用與提高。并通過在計算機相關知識方面對學生進行測試，根據測試成績進行分層次分階段教學方法，從3個方面：考試分階段、授課分階段、考核評價分階段來做嘗試。而課程應采取分階段的“1+X”模式。培養模式分為知識階段、思維階段和能力階段。如圖2。

圖2 大學生計算思維能力的培養體系

（三）考核方式的改革

課程的考核通常是用來檢驗學生的學習效果和評價教師教學效果的一個標準。但是在進行面向計算思維能力培養的計算機基礎課程的教學改革中，不能再采用傳統的“試卷+作業+考勤”的考核模式。要從多方面改進考核方式的過程化，將考核貫穿到平時的授課過程中。這樣一來既可以調動學生的學習熱情，還激發學生的表現欲，使學生主動去重視每一節課。課程考核應該貫穿于整個教學過程，可以采用傳統和非傳統方式相結合的方式進行考核，針對計算思維能力，課程授課初期，將3～4 名學生分成小組，布置團體和個人自選項目，讓學生自行了解要解決問題的背景知識，尋找合適的解決問題工具，鼓勵學生使用多種開發工具或通過動畫演示，運用“計算思維”進行求解問題的思想和方法去解決遇到的問題，來提高學生運用“計算思維”方式進行求解問題的興趣。學期末進行自選作品展示、設計評估等考核形式，采用自評、學生評、互評、教師評、總評等方式進行，力求客觀、公正、公平。同時學習評價的結果反饋也能進一步為調整課程設置和教學方法改革提供幫助。

四、結論

在面向獨立學院的非計算機專業大學計算機課程中貫穿計算思維，培養學生具備“思維”，使學生確定“思維”是能夠實現的。而且進行的計算思維能力訓練不僅使學生理解計算機的實現機制，有利于學生進行創新和發明，而且有利于提高大學生的信息素養，也就是處理計算機問題時應有的思維方法和行為習慣。

此外，注重計算思維能力培養的教學模式將徹底改觀人們對大學計算機基礎及相關課程可有可無的質疑，并從根本上填補基礎知識的傳授和未來計算思維能力需求之間的空白。

[1]王永梅,何如.獨立學院計算機基礎教育現實分析[J].繼續教育研究.2012(3):161-163.

[2]劉利枚,石彪,羅新密.大學計算機基礎課程的分層教學[J].計算機教育;2011(3):82-84.

[3]Jeannette M. Wing. Computational Thinking[J].Communications of the ACM. 2006,49(3):33-35.

[4]陳國良，董榮勝.計算思維與大學計算機基礎教育[J]. 中國大學教學，2011(1):7-9.