基于計算創造性思維能力培養的《計算機導論》課程改革與實踐

葛繼科 裴仰軍 韓琦 游明英 黃永文

摘 要：在《計算機導論》課程教學過程中注重培養學生的計算創造性思維，對促進學生的專業認同感、提高學習興趣具有重要作用。本文把計算創造性思維納入到計算機導論課程教學過程中，從調整教學內容、改革教學方法和改進考核方式等方面對基于計算創造性思維能力培養的課程教學模式進行了探索性研究和實踐。通過對采用課程教學改革的控制組和對照組的對比分析發現，基于計算創造性思維能力培養的課程教學模式教學效果顯著，為計算機專業課程教學改革提供了有益參考。

關鍵詞：計算機導論；計算創造性思維；課程教學改革

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A

1 引言（Introduction）

《計算機導論》課程是計算機學科相關專業的第一門導引性課程，注重培養學生的創新思維，激發學生對計算機專業知識的學習熱情，掌握計算機專業課程的學習方法，從而提高分析問題、解決實際問題的能力。傳統的《計算機導論》課程的內容基本上是計算機學科各領域知識的濃縮版，內容涉及面廣，但針對性不強[1]，缺乏為學生提供計算思維的訓練，也未注重培養學生的創造性思維和計算機科學應用的技能，嚴重影響了學生的專業認同感和學習興趣[2]。因此，將計算創造性思維能力的培養納入到《計算機導論》課程教學中，是激發學生對計算機學科相關專業的學習興趣、培養創新型應用人才的重要基礎。

結合應用型本科院校計算機類專業人才培養目標，從教學內容、教學方法和考核方式等方面，探究以培養學生計算創造性思維能力為目標的應用型本科院校計算機導論課程教學模式，準確定位教學要求，合理取舍教學內容，使學生初步掌握計算機問題求解的思維方式，將為后續專業課程的學習打下堅實的認知基礎。同時，通過改革教學方法，優化教學內容，激發學生的學習熱情，培養學生的計算創造性思維，對促進學生的專業認同感、提高學習興趣也具有重要作用。

2 基于計算創造性思維能力培養的課程教學模式

（The teaching mode based on training of

computational creativity thinking abilities）

2.1 計算創造性思維

卡內基·梅隆大學周以真教授在2006年提出計算思維的概念，認為計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計和人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動[3]。計算思維的精髓在于運用計算機科學的思想與方法分析問題、行為理解、系統建模和設計實現，其本質是抽象與自動化[4]。

創造性思維是指主體在創造性活動中所進行的以問題為出發點，以創造性人格為導向，綜合運用多種思維形式，以直覺、靈感、頓悟等突發性思維為顯著標志，具有全腦性、選擇性、類比性、全功態性、審美性等特征，能產生有社會價值的新成果的思維活動。創造性思維是人類智力發展的內在過程，可在任何場景下練習、激勵和開發[5，6]。Epstein的生成理論（Generativity Theory）[5]認為創造性思維由以下四個核心要素組成：知識拓寬能力（Broadening）、挑戰性（Challenging）、周邊環境（Surrounding）和捕捉能力（Capturing）。由此可知，Epstein描述的創造性思維能力是一種可廣泛應用的技能集，這個技能集不僅為創造性地應用現有知識和技能提供了準備，還為學生參與終生學習、增強他們在跨學科背景下處理日益復雜問題的能力奠定了基礎。

以計算思維和創造性思維為認知手段，將兩者結合，提出新的計算創造性思維。計算創造性思維是一種在新的環境或合作者的場域中，通過融合計算思維和創造性思維，從而拓寬問題解決方案的認知手段。計算創造性思維是一種共生的能力和方法，挑戰性的問題迫使學生應用前所未見的、不尋常的方式使用計算手段，為新老問題引出新的計算方法，從而利用創造性思維開啟學生對計算思維的理解，拓寬問題解決方案的范圍。

計算創造性思維作為一種新的認知手段和一類普適的技能，其養成和訓練是一個長期、循序漸進、潛移默化的過程，與以往的課程教學模式有著不同的要求和目標，對現有的教育觀念和方式提出了新的挑戰。如何將計算創造性思維的訓練與計算機導論課有機融合，將知識的傳授轉變為基于知識的思維傳授，讓學生通過課程教學體驗到計算創造性思維的價值，將對后續計算機專業課程的學習具有奠基啟發作用。因此，只有在計算機導論課程中加強對學生計算創造性思維能力的培養，才能讓學生在后續的學習中潛移默化地建立計算創造性思維式的思考習慣，從而提高對計算機知識的認知水平和解決計算機問題的能力。

2.2 基于計算創造性思維能力培養的課程內容設計

計算機導論的教學通常只注重計算機知識的傳授和應用技能的培養，忽略了新技術不斷涌現的現實，不能有效適應高速發展的社會需求。在兼顧《計算機導論》原有教學內容的同時，改變傳統“專業課程簡化濃縮版”的課程內容安排，結合計算機領域最新理論及技術發展，以計算創造性思維能力培養為核心，把計算創造性思維融合到計算機導論課程教學過程中，培養學生應用計算創造性思維處理實際問題的能力和創新能力。按照計算創造性思維理念構建計算機導論課程體系，課程內容安排如圖1所示。

教學內容的設置重點放在明確專業目標、理解專業基礎知識和了解專業發展新技術等方面，簡化課程中的部分基礎內容，將其納入自學范圍，借助MOOC等在線課程資源，敦促學生進行自主學習。課程要求學生理解計算思維和創造性思維在問題解決過程中所發揮的作用以及運用計算創造性思維解決問題的一般步驟。這種課程設置在強調學生對基礎知識、基本技能的理解和掌握的基礎上，促進了學生計算創造性思維能力的培養，使學生具備將一個實際問題通過抽象、歸納、創新等方式，轉換為可在計算機系統中求解問題的能力。

2.3 基于計算創造性思維能力培養的探究式教學

以培養應用型創新人才為目標，在以教師為主導、學生為主體的探究式教學過程中，培養學生運用計算創造性思維獲取知識、訓練技能、培養能力、發展個性，從而激勵、引導和幫助學生主動發現問題、分析問題和解決問題。同時，讓學生自主選擇對教學內容中各知識模塊的深入發掘，發揮學生的學習主動性和創造性。

在課堂講授過程中，通過優化師資配置，吸收由不同專業背景、從事計算機研究與應用的教師組成教學團隊，讓精通不同專業領域的教師以講座、討論、工程案例等教學手段，對課程體系中涉及到的不同課題采用不同的教學手段有針對性地進行授課，并鼓勵學生自主選擇感興趣的課題獨立搜集資料，進行較為深入的探究，完成科技小論文的撰寫。例如，對于大數據、云計算、物聯網等前沿技術，選用講座專題形式進行授課，不但拓展了學生的知識面，還激發了學生的學習主動性和創造性思維，促進了他們對后續課程學習的積極性。再如，對于軟件開發技術內容的講授，教師根據知識點選擇貼近學生生活的一些典型實例作為教學案例，循序漸進，逐步啟發、引導學生，強調應用計算思維解決特定問題的方式，讓學生通過實踐切實感受計算機問題求解的基本方法和思維模式，而非程序設計語言本身。

2.4 基于計算創造性思維能力培養的課程考核方式

計算機導論課程考核方式一般由考勤、作業、實驗和考試四部分組成。為了提高學生的學習興趣，培養學生的計算創造性思維能力，將考核方式分為專題討論、實驗展示、課堂演講和課程論文四部分。考核的總體目標均是圍繞培養學生計算創造性思維，增強學生自主學習能力而實施。專題討論拓展了學生對某一領域知識學習的深度和廣度，提高了學生的計算思維能力和協作能力；實驗展示和課堂演講激發了學生學習的積極性，提高了解決問題的能力；課程論文鍛煉了學生分析、歸納、總結的水平，提高了學生提出問題、分析問題和解決問題的能力。

3 教學效果分析（Teaching effects analysis）

基于計算創造性思維能力培養的《計算機導論》課程教學改革實施以來，為了檢驗課程改革實施效果，對計算機科學與技術專業的學生進行了跟蹤調查。在未采用教學改革模式的2012級學生中隨機選取96位同學作為對照組，對采用基于計算創造性思維能力培養課程教學模式的2013級學生中隨機選取96位同學作為控制組，分別對他們進行課程滿意度、專業認同感、學習興趣等方面的調查，收集到的調查數據及課程考核成績分布情況如表1所示。

從表1可以看出，基于計算創造性思維能力培養的課程教學模式體現出如下幾個方面的特點：（1）學生成績明顯提高。數據顯示，課程教學改革后，優秀率由10.42%上升到23.96%，而不及格率由原來的6.25%降低到1.04%。（2）學生對教學模式改變比較滿意。由問卷調查結果可知，對改革后的教學模式的滿意度達70%以上，比改革前提高了25%。（3）提高了學生的專業認同感和學習興趣。在改革后的教學模式下，學生有了更加明確的學習目標和學習動力，對所學專業的認識更加明朗，明顯提高了學生的專業認同感和學習興趣。

4 結論（Conclusion）

計算創造性思維作為一類普適的技能，將其引入《計算機導論》課程教學中，為課程教學注入了新的思路。實踐證明，以計算創造性思維為指導，通過對課程內容、教學模式、師資配置及課程考核方式的改革，提高了學生的學習主動性和積極性，增強了學生對計算機專業的學習興趣，對計算機專業后續課程的學習奠定了較好的基礎。當然，計算創造性思維能力的培養是一個漫長的過程，也是一個終生學習的過程，對于每一位教育工作者都應在教學中堅持推廣應用。

參考文獻（References）

[1] 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）：7-11.

[2] 艾明晶，李瑩.以計算思維能力培養為核心的大學計算機課

程改革[J].計算機教育，2014（5）：5-9.

[3] Wing J.M.Computational Thinking[J].Communication of the

ACM.2006，49（3）：33-35.

[4] 陸焱.新形勢下計算機導論課程教學改革[J].計算機教育，

2014，9（17）：20-23.

[5] Epstein R.Generativity theory and creativity[J].The ories of

Creativity.Hampton Press，2005.

[6] Miller L.D，et al.Improving learning of computational thinking

using creative thinking exercises in CS-1 computer science

courses[J].FIE 43，2013，1426-1432.

作者簡介：

葛繼科（1977-），男，博士，副教授.研究領域：計算機教

育，人工智能.

裴仰軍（1978-），男，碩士，講師.研究領域：軟件工程.

韓 琦（1981-），男，博士，副教授.研究領域：計算機教育.

游明英（1968-），女，碩士，副教授.研究領域：計算機教育.

黃永文（1970-），男，博士，講師.研究領域：軟件工程.