計算思維與創新教育

秦福利，唐培和，李興瓊

(廣西科技大學，廣西 柳州 545006)

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·教育教學改革·

計算思維與創新教育

秦福利，唐培和，李興瓊

(廣西科技大學，廣西 柳州 545006)

在國家實施創新驅動戰略的今天，高校創新創業教育被提高到前所未有的高度，并且認識到創新創業教育必須與課程教學、專業教育相結合。計算思維作為充滿創新思想的思維方式正日益影響著人們的工作、生活和學習，在大學計算機基礎課程教學中應遵循以計算思維能力培養為教學目標，不斷創新教學理論，采用問題導向、課題研討的探究式、啟發式教學模式，從而使創新型人才培養工作落在實處。

計算思維；教學模式；創新教育

一、引言

黨的十八大報告提出，國家要實施創新驅動戰略。創新驅動要依靠技術進步和勞動者素質提高，而這二者的根源又來源于我們的人才培養質量，關鍵在我們的教育能否培養具有創新意識和創新能力的專門人才。聯合國教科文組織在《21 世紀的高等教育: 展望與行動世界宣言》中明確指出，培養具備創新創業核心能力的未來人才是21 世紀高等教育的重要使命，必須將創新精神和創業技能作為人才培養的基本目標[1]。目前，“創新”成為各國教育改革的中心話題，如何培養具有創新思想和創新精神的人，以適應知識經濟對人才的需要，便成為學校教育教學的主要任務之一，也是現代教育思維的主要方式。

2015年5月4日， 國務院辦公廳正式下發 《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》，就深化高校創新創業教育改革提出具體實施意見。文件要求“各高校要根據人才培養定位和創新創業教育目標要求，促進專業教育與創新創業教育有機融合，調整專業課程設置，挖掘和充實各類專業課程的創新創業教育資源，在傳授專業知識過程中加強創新創業教育[2]。”同時，李克強總理指出：大學生是實施創新驅動發展戰略和推進大眾創業萬眾創新的生力軍，高校應積極開展教學改革探索，把創新創業教育融入人才培養過程之中，切實增強學生的創業意識、創新精神和創造能力，厚植大眾創業、萬眾創新土壤，為建設創新型國家提供源源不斷的人才智力支撐。十八大以來，高校的創新創業教育活動如火如荼地開展起來，從課程打造、基地建設、經費扶持、組織機構、賽事開展到產教融合、協同育人等各方面都得到大力支持，也取得積極進展。但在熱鬧的背后，我們也發現不少高校創新創業教育理念滯后，與人才培養和專業教育脫節，簡單地認為只要開出創新創業課程就代表著開展了創新創業教育，將創新創業意識和能力培養與專業教育、專業課程教學活動割裂開來，不能起到以創新創業教育促進專業課程教育，以專業知識支撐創新創業活動的目的，也使得創新創業的課程體系、實踐教學體系支離破碎、陳舊落后，將大學生創新創業活動置于低水準、知識技術含量低的層面，背離了大學生創新創業教育的初衷?？梢?，加強大學生創新創業教育是時代的要求、高校的責任，將創新創業教育融入專業教育、課程教學之中則是達成目標的重要方略和必然途徑。

二、思維與計算思維

大學計算機基礎課程作為高校的一門重要公共基礎課程，自開設30多年來，一直處于不斷的改革和完善中，并在此期間積累了豐富的經驗，取得了很多成績。但在現代信息社會中，隨著物聯網、云計算、大數據等諸多新概念、新技術的不斷涌現，高校的計算機基礎課程面臨著新的問題和挑戰。一方面，計算機技術的飛速發展導致社會對專業人才計算機能力的要求不斷提高，高校的計算機基礎課程體系結構不得不處于一直不斷的調整中；另一方面，各地區中小學對各種信息技術類課程的不同程度開展使得學生計算機操作水平的差異性越來越突出。大學計算機基礎課程面對學生的差異性以及計算機技術的發展，如何設置課程的教學目標？如何實現教學目標？應該如何取舍日新月異的計算機軟硬件知識和技術？這些問題引發了大家的廣泛關注和討論。我國大學計算機課程教學目標從以 “知識傳授”向“能力培養”轉變，主要將信息素養、創新能力、實踐應用能力、解決問題的能力以及計算思維能力等作為計算機基礎教學的目標，其演變分為3個階段：普及計算機文化、培養專業應用能力以及訓練計算思維能力。原來的以傳授知識、提高計算機操作能力的教學觀念已不適應當前大學計算機基礎課程教學的需要，以培養學生具有計算思維素養的教學改革理念應運而生。計算思維(Computational Thinking)又稱構造思維，是指從具體的算法設計規范入手，通過算法過程的構造與實施來解決給定問題的一種思維方法。計算思維作為思維的一種表現形式，其起源來自我們人腦內部的“運算”，隨著社會的發展和技術的進步，人類的“運算”可以借助計算機來實現其許多功能，這時，計算機本身作為一種代表先進技術的生產工具反過來影響我們的思維，正如計算機科學家、1972年圖靈獎得主艾茲格·迪杰斯特拉(Edsger Dijkstra)所言“我們所使用的工具影響著我們的思維方式和思維習慣，從而深刻地影響著我們的思維能力?！?/p>

著名教育家裴斯泰洛齊認為，人們依據對客觀世界的認識，將客觀世界按照某一標準進行分類(部分)，其分類的結果便組成了學科；而學科又可以分為更細小的部分(要素)，人們在掌握這些學科的時候，必須掌握組成學科的每一要素，將這些要素積累起來，便掌握了學科，進而掌握了客觀世界。并指出，道德的要素是“母愛”、體育的要素是“關節”、語文的要素是“語音與詞”、測量學的要素是“直線”、算術的要素是“1”。我們順而推之，計算(學科)的要素是“0”和“1”，其核心思想是將自然世界的各類運算問題通過人類思維理性(計算思維)并借助計算機設備(包括人工智能)實現簡約化、高效率、精確化的處理。可以這樣說，計算思維是隨著計算機科學的不斷發展而出現的，其產生的過程本身就是人類創造知識、技術和產品的過程，充滿著創新和創造。

正如陳國良院士指出的，培養創新人才的一個重要內容就是要潛移默化地培養他們的計算思維。無論哪個學科，具有突出的計算思維能力都將成為新時期拔尖創新人才不可或缺的素質。高校應該旗幟鮮明地把培養具有計算思維能力的高級人才作為一項重要的長期任務。

作為大學計算機基礎這門課程而言，將計算思維作為其核心要素貫穿于課程教學改革當中是關鍵，那么如何才能夠實現這一點呢？一是要創新教學理念，二是要創新教學模式。

三、在計算思維課程教學中推進創新教育的方略

通俗地說，計算思維是指人們基于計算的方式來思考、分析和處理問題的心理活動，包括思維的習慣、方法、模式等，主要包括簡約性、開放性、互動性、精確性等思維特征。計算思維的教學是指教師在大學計算機基礎課程教學活動過程中，引導學生根據算法對計算素材進行具體化的構思，開展計算、通信、協作、記憶、自動化、評估和設計等一系列的求解過程。

(一)創新教育理念

高等教育是傳承、創造知識與技術并培養創新型人才的重要部門，教育者本身應該首先具有創新的教育理念來適應知識經濟和信息社會的時代要求。在教學層面應包括：

1．創新性人格的塑造。創新性人格特征是創新能力培養的前提，它體現為好奇心、主動性、求異性、覺察力強以及自信等方面。為了培養學生的創新性人格，教師要結合課程教學目標要求采取“問題導向”“個別指導”等教學模式來開展教學活動。教學過程中，教師要有意識地設計解決問題的過程，充分展示解決問題的思維活動過程，盡可能地為學生創造動手、動腦的機會，以激發學生的創造性思維。教師應引導學生對問題進行多角度考察、多途徑探討，既有助于學生對知識的建構，又有助于訓練學生思維的發散性、創造性，培養其創新能力。在教學中采用適當的“問題求解”軟件，引導學生在解題過程中應用所學的知識去獲得新知識和創新能力。

2．通過培養學習興趣來激發學生的創造性思維。興趣是求知的起點，也是創造性思維的一種動力。學生的學習興趣和欲望，總是在一定情景中發生的，并在他們的創造欲望得到充分滿足時，學習興趣才能進入最佳狀態。教學中適當地采用“教學游戲”“模擬訓練”或“虛擬實驗室”等模式，引導、激發學生的學習興趣，促進學生去積極思考，并取得成功，同時學生的成功也將不斷地激發他們的創新動力。

3．讓學生在自主學習、協作學習中培養和發展創新能力。自主學習和協作學習，實際上，就是學生獨立探索知識的過程。在這個過程中，學生的思維最奔放、活躍，也最容易發揮學生的創造能力。因而自主和協作學習已經逐漸成為現代教學中的重要教學形式和方法。例如，網上協同實驗室可以為學生提供良好的自主學習和協作學習的學習環境。

(二)激發問題意識的探究式教學

創新始于疑問，疑問是思維的觸發點，沒有問題就沒有真正的思考，沒有問題也就沒有創造。大學學習，教師向學生提出問題比向學生傳授知識更重要，一個好的問題可以更容易讓學習者加深對知識的理解和對解決問題的深入分析，并激發學生的創新和創造欲望。

在計算思維課程的探究式教學中，首先體現在教師的教學設計上，在課堂講授中，一般以問題為邏輯起點，以提問的方式向學生呈現所要學習的對象。如，在導論課中，教師可以設計這樣的問題：計算思維課程是一門什么樣的課程？它與大學計算機基礎的區別和聯系是什么？我們為什么要開設這樣一門課？通過這樣的問題可以使學生帶著疑惑去閱讀教材、查找資源，為學生提供了更大、更為廣闊的思考空間。在這樣問題的求解過程中，學生不再是知識的被動接收者，而是知識的積極吸取者和創造者(開放性的問題使問題的答案更為個性化和更具創造性)；學生同時也成為了學習的主體，讓學生在設問與釋問過程中萌發自主學習的欲望和動機。

基于問題意識的探究教學，需要把握以下幾點：

1．教師要善于提問。好的問題是保證教學質量和效果的基礎，這是吸引學生進入問題情境的第一道關口。那么，什么是好的問題呢？好的問題往往來自于我們的社會實踐和日常生活，而非已成定論和體系的知識或理論；這類問題是開放的、建設性的，存在不可知的部分，需要學生對問題進行界定、假設、推斷、驗證，最后得出學生個人對問題的解決辦法和觀點?？梢?，問題的優劣決定著教學效果和學習成果的高低。

2．要求學生基于問題進行學習。首先是要求學生在上課前要預習，針對問題開展大量的文獻閱讀，了解問題的前置性知識和技能；其次是要求學生深入探究，找到問題相關知識的聯系，全面了解問題的復雜性和問題求解的最優化。帶著問題的驅動式學習能夠讓學生感受到學習的獨立性和創造性，并被賦予越來越多的學習責任，無疑是一種有效學習。

3．教師要給予適當的指導。在基于問題意識的探索教學中，教師要從知識的講授者、信息的傳授者變為學習資源的提供者、學生學習的指導者，指導學生如何收集信息、分析評價信息和得出科學結論，在學生學習過程中有針對性地提供問題解決的線索和提示，并能夠對學生得出的結論或觀點給予正確評價。

(三)培育探索精神的研討式教學

奇克潤(Chickring，A. W.)等人在《好的本科教育中的七個原則》中提到“學習不是一種旁觀者的游戲。如果學生僅僅坐在教室里聽老師講，記住事先包裝好的知識，然后吐出答案，那是不可能學到很多東西的。他們必須討論所學的東西，動筆寫出來，把它與已有的經驗聯系起來，并且把它運用于自己的日常生活。學生必須讓所學的東西成為自身的一部分。”計算思維課程教學中，設計為每上兩個單元的講授課就安排基于1個知識單元的研討課，目的是讓學生能夠結合所學知識解決實際問題。在計算思維課程教學中引入研討式教學模式，對學生獲取知識，訓練學生獨立思考，善于表達，敢于實踐，勇于創新的能力培養具有極大的促進作用。如教師可以設計一個“做你想要的PPT”的研討課題，其教學目標是考核學生對PPT 的“基本操作、主題設置、背景音樂、模板設置、定義模板、定義風格，自定義動畫”等技能與技巧，由于每個人的想法和操作風格不同，最終做出的作品可能會形態各異，但都達到了訓練學生掌握PPT制作的目的。這個過程中，教師和學生的作用都不可忽視，否則達不到教學效果。

作為教師，要精心設計好研討課題，課題要符合學生的知識基礎和具有興趣性、挑戰性；要提供良好的教學環境，包括營造和諧寬松的討論氣氛，配套的技術與設備支持、靈活自由的教學空間布局。作為學生，要做好充分的課前準備，包括資料搜集、文獻閱讀、制作作品；要積極參與課堂研討，包括作品展示、問題討論、分享討論結果、總結評價等。

可見，研討式教學注重學生的主動參與，使學生在自主學習和探索過程中能夠獨立思考，養成問題意識，培養具備發現問題、解決問題的能力，進而成為新知識、新技術、新產品的探索者和創造者。

(責任編輯：梁京章)

[1]聯合國教科文組織．21世紀的高等教育: 展望與行動世界宣言[EB/OL]．[2015-06-24]．http://www.lailook.net/klxx/02/2009-12-17/1691.html．

[2]國務院辦公廳印發《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》[EB/OL]．http://news.xinhuanet.com/2015-05/13/c_1115272337.htm.

Computational Thinking and Innovative Education

QIN Fu-li, TANG Pei-he, LI Xing-qiong

(Guangxi University of Science and Technology, Liuzhou 545006,China)

With the trend of the national implementation of the innovation-driven strategy, innovative and entrepreneurship education in colleges and universities had been raised to an unprecedented height, and we have realized that innovative and entrepreneurship education must be combined with curriculum teaching and professional education. Computational thinking, as a way of thinking full of innovative ideas, is increasingly affecting people's work, life and study. In the teaching of computer basic course in university, we should follow the training of computational thinking ability as the teaching goal, innovate the teaching theories consistently, and adopt inquiry and heuristic teaching mode of problems-oriented and topics discussing, so that the training of innovation talents can be put on a firm footing.

computational thinking；teaching model；innovative education

G647

A

1671-9719(2016)11-0050-03

秦福利(1974-)，廣西靈川人，教務處副處長、研究員，研究方向為人才培養模式、教育成本分擔。

2016-08-26

2016-09-24

廣西高等教育教學改革工程A類項目“‘計算思維與計算文化’視域下的大學生創新創業教育探索與實踐”(2016JGA240)；廣西高等教育教學改革工程重點項目“以‘計算思維’為導向，重構大學計算機基礎教育之研究與實踐”(2014JGZ133)。