計算思維引導通識型創新人才教學研究

陳淑鑫，劉相娟，劉明，薛仁政，劉艷菊

（1. 齊齊哈爾大學 現代教育技術中心，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2. 哈爾濱工程大學 理學院，黑龍江 哈爾濱 150001）

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計算思維引導通識型創新人才教學研究

陳淑鑫1，2，劉相娟1，劉明1，薛仁政1，劉艷菊1

（1. 齊齊哈爾大學 現代教育技術中心，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2. 哈爾濱工程大學 理學院，黑龍江 哈爾濱 150001）

摘要：闡述了計算機科學與所學專業知識方法的結合，計算機系列課程教學改革中融入計算思維形成通識教育的優勢.教學實踐表明，通過教學改革優化了通識型教學體系的知識結構，培養了通識型應用人才的自主學習意識，奠定了學生創新思維能力，培養了高素質創新人才.

關鍵詞：大學計算機課程；計算思維；通識教育；自主學習

“計算”這個原本專門的數學概念，現已泛化到了人類的整個知識領域，上升到極為普適的科學概念和哲學概念.人類的科學思維包括計算思維、理論思維和實驗思維，如同人們具備是非判斷、文字讀寫和進行算術運算一樣，每個人都具有早已存在的思維活動和技能的計算思維能力.美國卡內基·梅隆大學周以真教授給出計算思維的定義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的行為.可見，計算思維涵蓋了反映計算機科學在內的系列廣泛思維活動［1］.當計算思維真正融入人類活動的整體中［2］，將成為現實生活中的思維方式.目前，社會上將計算機科學等同于計算機編程，錯誤地認為主修計算機科學就業面狹窄.事實恰恰相反，大數據信息時代主修計算機科學的學生應用計算機軟、硬件的基礎知識［3］，會更好地再從事化工、生物、醫學、法律、商業及政治等任何類型的科學和工程行業，甚至是藝術創作.

在通識教育教學理念下，將計算思維融會貫通于學生的解析方法及能力運用.由于計算機學科研究涉及面廣，促使基于不同層次的專業系統問題求解具備共同特征［4］.因此，計算機基礎教學不僅是通識教育的重要組成部分，尤為重要的是潛移默化地培養學生用計算思維理念去解決自身專業問題.教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會提出的“計算機基礎教學四個方面的能力目標”中指出：計算機學科能力是認知計算機的分析能力和應用計算機求解能力［5］.也就是說，計算機基礎教學立足點落在培養學生對計算環境的認識，關鍵是培養學生在計算環境下掌握問題求解的方法.2010年復旦大學校長楊玉良教授對通識教育特征概括為3個方面［6］：（1）通識教育要同時傳遞科學精神和人文精神；（2）通識教育要展現不同文化、不同學科的思維方式；（3）通識教育要充分展現學術的魅力.在人才培養目標中明晰“通識型”人才的內涵，將無意識的計算思維變成有意識的思維，確定培養目標，制定培養方案，主動地在各自的專業中應用計算思維解決問題.

1　計算思維敦促計算機基礎課程的教學改革

通識教育要展現不同學科的思維方式，而計算機基礎課程正面臨大數據時代超性能計算的應用領域快速擴充，各專業的利用價值日益凸顯，經濟及社會對具有計算機能力的人才要求提升等，多方因素推動計算機基礎課程的改革不能滯后.教學改革中突出計算思維能力［7］的教學定位，培養計算機基礎教學的核心能力，涉及到學科知識體系的教學核心知識，更能反映計算機學科的本質體現通識教育特征.

1.1調整計算機基礎課程培養方案

目前，國內高校非計算機專業本科生的第一門計算機課程是大學計算機文化基礎（或計算機公共基礎），授課計劃圍繞計算機科學與技術學科中基礎性的知識和重要概念，強調操作技能的掌握，較少運用計算機解決專業問題.以計算思維能力培養為核心的計算機基礎教學改革，將現有的計算機基礎教學課程體系和教學內容合理地定位，確保計算機基礎教學穩定、核心的教學內容.學校調整2013年秋季新生授課計劃，在課程內容和授課對象方面進行了大膽的試點，分成工科、理科、文科及藝術4類學生教學改革試點.工科類開設嵌入式的知識平臺；理科專業開設主流財務管理軟件，制作報表和數據統計；文科專業開設制作演示影音流媒體類應用軟件；藝術專業開設智能化音樂及動畫制作，使用計算機相關軟件進行藝術設計和制作.更新培養方案偏重于普及信息技術應用對經濟社會、生活、工作及學術發展的巨大貢獻，加深信息技術與自然科學相結合，相得益彰，鞏固計算機基礎課程的重要地位.

1.2整合夯實專業應用知識能力

計算機教學改革的新形勢下［8］，計算機語言的課程講授重點需從介紹計算機學科的整體情況入手，整合知識貫通計算思維的本質，培養學生運用計算機科學基本概念、方法和思想自主學習的能力，從而構建完整的計算機科學的知識體系.改進教學方法推動式思維，傳授學生將來從事科學工作的技巧，訓練學生掌握運用計算思維能力解決專業領域問題的思路和方法，各專業根據培養目標進行完整的教學設計，科學地制訂本專業的計算機課程的教學大綱.專業教學中融入計算思維增添抽象的知識點，使學生理解和掌握信息技術基礎知識和基本方法，掌握基本的信息技術應用能力，掌握利用計算工具解決專業領域問題的思路和做法.專業課的課程教學內容不做調整，開展“第二課堂”專題研討，研討中結合本專業問題引導學生深入體會專業知識背后所蘊含的計算思維規律.

1.3解決計算環境各異性

計算機基礎課程作為通識教育的重要組成部分，計算思維能力的培養融入計算機基礎的教學改革中，從信息技術基礎引入多領域的云平臺、超算平臺等計算仿真模擬環境.計算機基礎教學與不同專業結合緊密，根據各專業特色，設置課程內容，安排課后作業，使計算機不再是陌生而抽象的概念，而是熟悉領域內必備解決問題的工具.學生學會運用計算機科學的基礎概念進行問題求解，學會用計算機系統描述和解決實際問題，加深計算機概念的理解與認識成為最感興趣的話題.同時加強計算機語言教學，尤其在程序設計課程中重點強調數據結構和算法實現，不同專業的學生運用計算思維來認識、形成的思維方式，解決同類的系列問題.計算思維靈活運用到啟發式的教學中，引導學生深入思考，體察到關鍵點之外的問題、方法及其之間的聯系.

2　計算思維推動通識型人才的自主學習

黨的“十八大”及系列報告中明確強調：教育是民族振興和社會進步的基石，全面實施素質教育，培養學生創新精神，培養德智體美全面發展的社會主義建設者和接班人，充實國家建設的主力軍.基于此態勢，高校亟需培養通識型人才，應用計算機科學的基本概念、方法和思想內化思維過程去分析和解決問題，培養自主學習意識，開拓性地研究逐步反饋到計算思維的過程，使學生在后續的學習和實踐中深入體會計算思維的本質［9］.

2.1 通識教育規劃計算思維策略

通識教育教學方法中運用計算機科學基本概念、方法和思想的理解，關注學生個體自由、全面發展，由灌輸式教育模式向啟發式、自主式學習模式轉變，學生探索研究式的自主學習，讓教師成為教學的主導者，起到控制學習過程、提供教學資源和教學建議的作用.學生能夠在教師的指導下，采取基于解決問題的學習、基于證據的學習和質詢式的學習等方法主動進行思考，能夠獲得更深層次的思考技巧，有效地提高信息素養，利用多樣的信息資源擴充知識，增強判斷思維推進自主學習的潛力和機會，真正體現通識教育的內蘊.

2.2通識教育注重實踐教學環節

各學科的實踐教學需要借助于特定的設備（或科學工具），獲取實驗數據得以分析.通識教育下以實驗為基礎的學科有物理、化學、地理、機械、天文、生物、醫學和農林等，以及由此派生的眾多學科.通識教育發揮了實踐教學內容的動態性與連續性，教學內容圍繞本學科的發展前沿變化及社會的發展進步而不斷做動態調整，及時更新與前沿接軌.實踐案例能夠觸動學生操作思維，有助于創新能力的形成.實踐教學環節中通過觀測數據中的科學規律養成運用計算思維去求解問題，如在天文數據中大部分是觀測現象得到的推理，如何用計算理論證明出現象，激發學生個體的無限潛能，挖掘創造潛力，參與到研究中來獨立思考、自由討論.創新性拓寬校外資源的渠道與企業和科研院所加強合作，注重學生全方位的能力培養.

2.3通識教育培養計算思維能力

從人才培養計劃和課程體系的角度通盤考慮，教師在實踐教學中整體架構知識的連貫，銜接專業需求，系統地完善學生自主與思維能力培養，形成科學的知識體系、穩定的知識結構，從學生自主解決問題出發，強調學習的方法、思路和步驟，展現計算機學科獨特的思維方式，為將來創新性地解決專業問題奠定基礎.在合理的范圍內弱化對學生的約束，使學生有更大的自主選擇權.

3　計算思維拓展通識型人才的創新意識

心理學家在闡述“通感效應”時舉例藝術創作與鑒賞活動中，各種感覺相互滲透或者挪移的心理現象，將聽覺轉化為視覺與觸覺.將此效應移植到教學中，學生明晰計算機編程僅僅是整個計算機學科的一部分，注重學生清晰思考的能力培養，向學生傳遞一種計算機“感覺”，感知計算機能夠解決研究領域相應問題的直覺能力，培養學生通過編程解決實際問題的能力.

計算思維的本質是抽象和自動化［10］.在完整的計算機科學知識體系基礎上，順應不同層次培養目標，不同專業需求，滿足各方期望.計算機基礎教學改革沿著多樣化、多層次提升信息素養，合理定位計算機基礎教學目標和教學內容，融合現有的知識體系提煉并展現隱含在知識背后的計算思維方法，激發學生求知欲望和共鳴.讓計算機基礎教學成為名副其實的傳授基本知識、培養應用能力、訓練計算思維的大學通識教育課程.在提升高水平大學建設中，教學方法的選擇不但承擔著開闊師生視野和激發創新思維的重任，更能培養創新型人才形成計算思維，助推通識教育體系，提升學生自主學習的積極性和獨立思考的創造性.多維地滿足不同專業應用基本理論去解決問題，真正將知識作為載體實現思想、方法的傳授，提高科學與創新素養，鍛煉學生自立、合作及創造性地學習素養能力.大學教育重在營造精神性和學術性的氛圍，打破禁錮教師和學生整齊劃一的思維.創新能力的培養憑借扎實的基礎保障，形成創造思維需要不同學科的交叉滲透，使學生開拓思路、豐富視野.

參考文獻：

［1］ 何欽銘，陸漢權，馮博琴.計算機基礎教學的核心任務是計算思維能力的培養［J］.中國大學教學，2010（9）：49

［2］ 陳國良，張龍，董榮勝.大學計算機素質教育：計算文化、計算科學和計算思維［J］.中國大學教學，2015（6）：11

［3］ 史文崇.思維的計算特征與計算的思維屬性［J］.計算機科學，2014（2）：12

［4］ 李廉.計算思維：概念與挑戰［J］.中國大學教學，2012（1）：9

［5］ 教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會.高等學校計算機基礎教學發展戰略研究報告暨計算機基礎課程教學基本要求［M］.北京：高等教育出版社，2009

［6］ 楊玉良.深入實施通識教育，培養未來社會中堅［J］.中國高等教育，2010（19）：4-5

［7］ 葛海淼，戴學豐，李誠.計算思維融入教學的合理性與必然性［J］.高師理科學刊，2014，34（4）：100

［8］ 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）：8

［9］ 張桂香，堵秀鳳，于曉敏.基于計算思維的大學計算機基礎教學設計［J］.高師理科學刊，2013，33（6）：99

［10］ 龔沛曾，楊志強.大學計算機基礎教學中的計算思維培養［J］.中國大學教學，2012（5）：52

Teaching research of computational thinking guiding general innovative talents

CHEN Shu-xin1，2，LIU Xiang-juan1，LIU Ming1，XUE Ren-zheng1，LIU Yan-ju1
（1. Center of Modern Education and Technology，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China；2. School of Science，Harbin Engineering University，Harbin 150001，China）

Abstract：Describe the combination of computer science integrating with the methods of expertise learned.Discuss the teaching reform of computer courses with computational thinking becoming into the advantages of general education formation.Optimize the knowledge structure of general education system，bring up the autonomous learning of general applicable talents，thus laying creative thinking ability and training qualified creative talents.

Key words：college computer；computational thinking；general education；independent learning

中圖分類號：TP30∶G642.0

文獻標識碼：A

doi：10.3969/j.issn.1007-9831.2016.05.024

文章編號：1007-9831（2016）05-0085-04

收稿日期：2016-01-15

基金項目：黑龍江省高等教育教學改革項目（JG2012010679）；黑龍江省高等教育學會項目（14G152）；黑龍江省教育廳科研項目（12541868）；2016年齊齊哈爾大學教育科學研究項目

作者簡介：陳淑鑫（1978-），女，吉林德惠人，副教授，碩士，從事計算機教學研究.E-mail：shuxinfriend@126.com