基于“產(chǎn)教研思”的計(jì)算思維培養(yǎng)教學(xué)模式探討

韓萬(wàn)江，楊金翠，孫鵬飛，高 慧，金 昕

（北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院（國(guó)家示范性軟件學(xué)院），北京 100876）

0 引言

思維方式訓(xùn)練是大學(xué)基礎(chǔ)課程的靈魂，而大學(xué)計(jì)算機(jī)課程對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的訓(xùn)練及思維形成具有重要影響。但一些學(xué)了大量計(jì)算機(jī)相關(guān)課程的學(xué)生仍不知道計(jì)算思維的本質(zhì)是什么，因此重視計(jì)算思維訓(xùn)練是當(dāng)前課程改革的重要部分。大學(xué)計(jì)算機(jī)課程承擔(dān)著專業(yè)本科生計(jì)算機(jī)思維能力培養(yǎng)的任務(wù)，在當(dāng)前新產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的前提下，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)如何在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面與時(shí)俱進(jìn)地進(jìn)行改革，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維能力培養(yǎng)目標(biāo)，是非常值得深入探索的問題。

計(jì)算思維的本質(zhì)是抽象和自動(dòng)化，其反映了計(jì)算的根本問題，即什么能被有效地自動(dòng)執(zhí)行。計(jì)算思維是人類求解問題的一條途徑，是人的思維，不是機(jī)器的思維。計(jì)算思維體現(xiàn)的是一種人們用于解決問題、管理日常生活、與他人交流和互動(dòng)的與計(jì)算有關(guān)的思想。由計(jì)算思維產(chǎn)生的新思想、新方法使人們的思維模式發(fā)生變化，這些思維模式的改變反映在自然科學(xué)工程以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)與技術(shù)等各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。

為加快建設(shè)一流本科教育、全面提高人才培養(yǎng)能力，開展專業(yè)交叉融合建設(shè)，探索工工交叉、理工融合、工文滲透、文理協(xié)同的新工科專業(yè)建設(shè)及人才培養(yǎng)模式試驗(yàn)改革。本文結(jié)合國(guó)學(xué)經(jīng)典教育，通過文理交叉、產(chǎn)教融合、科教協(xié)同，探索大學(xué)計(jì)算機(jī)課程的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。在大學(xué)計(jì)算機(jī)（雙語(yǔ)）教學(xué)過程中，以國(guó)學(xué)智慧引發(fā)創(chuàng)新意識(shí)，同時(shí)實(shí)踐產(chǎn)教融合、科教融合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及探索未知的激情，探討國(guó)學(xué)筑基、產(chǎn)教融合、科教協(xié)同、創(chuàng)新激勵(lì)的“產(chǎn)教研思”一體化培養(yǎng)模式。

1 在“產(chǎn)教研思”中訓(xùn)練計(jì)算思維

抽象思維是計(jì)算思維的主要模式，抽象是從眾多事務(wù)中抽取出共同、本質(zhì)的特征，而舍棄非本質(zhì)特征。思維是人腦對(duì)客觀現(xiàn)實(shí)概括與間接的反映，其反映的是事物本質(zhì)及事物間的規(guī)律性聯(lián)系。抽象思維是理論化、系統(tǒng)化的世界觀，是對(duì)自然知識(shí)、社會(huì)知識(shí)、思維知識(shí)的概括與總結(jié)，是世界觀與方法論的統(tǒng)一。

中國(guó)老子的道家哲學(xué)是中國(guó)傳統(tǒng)哲學(xué)的代表，其核心之道就是通過抽象思維來尋找事物本質(zhì)，是炎黃子孫哲學(xué)思想體系的精華，西方主流哲學(xué)家的思想也來源于老子思想。世界教科文組織統(tǒng)計(jì)表明，中國(guó)老子《道德經(jīng)》是世界上發(fā)行量排名第2 的文化經(jīng)典，有學(xué)者稱“老子的智慧是人類的智慧”，是很多企業(yè)家的寶典。本文將在課程中貫穿老子的“道常無(wú)為而無(wú)不為”的初心思想，通過實(shí)實(shí)在在的“無(wú)為之道”引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)會(huì)計(jì)算思維的本質(zhì)、創(chuàng)新的本質(zhì)，同時(shí)通過產(chǎn)教融合、科教融合，進(jìn)一步探索產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)業(yè)鏈、人才鏈、價(jià)值鏈的相互銜接，探討國(guó)學(xué)筑基、產(chǎn)教融合、科教協(xié)同、創(chuàng)新激勵(lì)的“產(chǎn)教研思”一體化培養(yǎng)模式在大學(xué)計(jì)算機(jī)課程中的實(shí)施過程。

國(guó)學(xué)筑基表明將國(guó)學(xué)經(jīng)典理念貫穿教育，人才培養(yǎng)要堅(jiān)持“德育為先、德學(xué)兼修”的全面育人觀，把思想政治工作融入人才培養(yǎng)全過程以及各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)：“辦好我國(guó)高校，辦出世界一流大學(xué)，必須牢牢抓住全面提高人才培養(yǎng)能力這個(gè)核心點(diǎn)”。立德樹人是高校立身之本，人才培養(yǎng)質(zhì)量是高等教育的生命線。國(guó)學(xué)經(jīng)典進(jìn)課堂，是培育與踐行社會(huì)主義核心價(jià)值觀、落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的重要基礎(chǔ)。

斯坦福大學(xué)是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的杰出典范，其創(chuàng)建者利蘭·斯坦福是當(dāng)時(shí)美國(guó)著名的實(shí)業(yè)家，他從自身創(chuàng)業(yè)經(jīng)歷出發(fā)，認(rèn)為美國(guó)東部傳統(tǒng)名校注重紳士教育，但培養(yǎng)的學(xué)生缺乏專業(yè)技能與實(shí)踐能力，新興農(nóng)工學(xué)院的畢業(yè)生雖具備專業(yè)技能，但又缺乏人文修養(yǎng)與創(chuàng)新能力。其在決定投資創(chuàng)建斯坦福大學(xué)時(shí)，就明確了在人文修養(yǎng)與專業(yè)技能相結(jié)合的基礎(chǔ)上，著重培養(yǎng)以學(xué)以致用為目的的創(chuàng)新素養(yǎng)。這種傳統(tǒng)理念也深刻影響了其創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的開展，形成了對(duì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的基本認(rèn)知：不論專業(yè)背景，所有學(xué)院的學(xué)生在自由教育環(huán)境中培養(yǎng)多元化的世界觀和深厚的文化修養(yǎng)；將創(chuàng)業(yè)者的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)與技能以及對(duì)創(chuàng)業(yè)的理解傳遞給學(xué)生，讓其成為明天的創(chuàng)新者和領(lǐng)導(dǎo)者，使創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成為學(xué)生的一種思維及生活方式。

科教融合的本質(zhì)就是在“科研—教學(xué)—學(xué)習(xí)”過程中進(jìn)行知識(shí)的創(chuàng)新、傳授、傳播與傳承，使師生進(jìn)行互動(dòng)式的學(xué)術(shù)探究?？平倘诤鲜鞘澜缫涣鞔髮W(xué)辦學(xué)的核心理念，而產(chǎn)教融合培養(yǎng)人才，需要堅(jiān)持產(chǎn)業(yè)需求導(dǎo)向與教育目標(biāo)導(dǎo)向相統(tǒng)一，推動(dòng)高校與行業(yè)企業(yè)深度合作培養(yǎng)人才，著力提高學(xué)生的綜合素質(zhì)及適應(yīng)能力。

本文借鑒國(guó)學(xué)經(jīng)典思想，按照“器”“術(shù)”“道”的階梯框架逐層深入進(jìn)行研究探討。通過引入國(guó)學(xué)經(jīng)典，將文化素養(yǎng)與專業(yè)智慧相結(jié)合，并通過產(chǎn)業(yè)與教學(xué)的融合、科研與教學(xué)的協(xié)同，啟迪學(xué)生深入思考，體悟創(chuàng)新的核心內(nèi)涵，最終形成如圖1所示的階梯式培養(yǎng)模式框架體系。

Fig.1 “Industry-teaching-research-thinking”integrated cultivation mode framework圖1 “產(chǎn)教研思”一體化培養(yǎng)模式框架

其中，“器”對(duì)應(yīng)課程知識(shí)體系，“術(shù)”對(duì)應(yīng)知識(shí)的實(shí)踐及應(yīng)用技能，“道”對(duì)應(yīng)知識(shí)的拓展與創(chuàng)新。在該一體化培養(yǎng)模式中，利用老子“道”的思想貫穿始終，建筑思政基礎(chǔ)，再通過企業(yè)技術(shù)平臺(tái)的融入、科研項(xiàng)目的協(xié)同，提升學(xué)生的實(shí)踐能力，體會(huì)知識(shí)應(yīng)用的方法，逐步體悟出“道”的本質(zhì)，從而明白從0到1的創(chuàng)新過程。

教學(xué)不是簡(jiǎn)單的知識(shí)傳授，而是知識(shí)、能力與素質(zhì)培養(yǎng)的有機(jī)融合，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和思維習(xí)慣。美國(guó)著名教育家、心理學(xué)家本杰明·布盧姆（Bloom）從認(rèn)知領(lǐng)域?qū)逃繕?biāo)進(jìn)行分類，將認(rèn)知過程分為知識(shí)、理解、應(yīng)用、分析、綜合和創(chuàng)新6 個(gè)層次，其中知識(shí)、理解與應(yīng)用屬于低層次認(rèn)知，分析、綜合與創(chuàng)新屬于高層次認(rèn)知。上述的“產(chǎn)教研思”一體化培養(yǎng)模式也是對(duì)Bloom 六層教學(xué)法的核心表述，由此更能說明老子智慧是全世界的智慧。

2 “產(chǎn)教研思”一體化實(shí)施過程

本節(jié)探討的實(shí)施方法與步驟是基于圖1 的3 個(gè)層次逐級(jí)展開研究的。

2.1 器：課程知識(shí)體系

知識(shí)點(diǎn)是整個(gè)教學(xué)的基礎(chǔ)，對(duì)應(yīng)老子思想的“有”（或“名”），是看得到的內(nèi)容。圖2 是大學(xué)計(jì)算機(jī)（雙語(yǔ)課）課程的知識(shí)點(diǎn)。

Fig.2 College computer（bilingual）course knowledge points圖2 大學(xué)計(jì)算機(jī)（雙語(yǔ)）課程知識(shí)點(diǎn)

這些知識(shí)是“器”，是有形的知識(shí)內(nèi)容，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步看到知識(shí)背后的本質(zhì)——知識(shí)的核心目的，即老子思想的“無(wú)”，不斷提高人文素養(yǎng)。圖2 是本課程的知識(shí)點(diǎn)，計(jì)算思維訓(xùn)練是課程內(nèi)容的核心，以計(jì)算思維為導(dǎo)向深入理解計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，為后續(xù)課程做好準(zhǔn)備。因此，計(jì)算思維是大學(xué)計(jì)算機(jī)課程的“無(wú)為”本質(zhì)，課程中通過案例闡述計(jì)算思維，并引導(dǎo)學(xué)生理解計(jì)算思維的本質(zhì)。

總之，在這一層需要學(xué)生領(lǐng)會(huì)知識(shí)本身的“有”，同時(shí)思索隱藏知識(shí)背后的“無(wú)”，引導(dǎo)學(xué)生思考知識(shí)的本質(zhì)。正如老子說“有之以為利，無(wú)之以為用”，從而培養(yǎng)學(xué)生深入思索、探求未知，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

2.2 術(shù)：實(shí)踐與應(yīng)用

“術(shù)”是在知識(shí)掌握過程中逐步磨練的技能，本文思路是進(jìn)一步通過產(chǎn)教融合、科教協(xié)同，使學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的理解，通過實(shí)踐應(yīng)用知識(shí)，切身體會(huì)老子“有與無(wú)”的智慧真諦。產(chǎn)教融合是新時(shí)代的產(chǎn)物，是一種新的教育方式，具有多主體、多類型、多層次和體系化等特征。多年來，教學(xué)團(tuán)隊(duì)在融合模式上不斷探索與創(chuàng)新，經(jīng)過多年發(fā)展，逐步形成多種形式的產(chǎn)學(xué)合作模式，構(gòu)建課程融入企業(yè)平臺(tái)—企業(yè)專家進(jìn)課堂—學(xué)生走進(jìn)企業(yè)的產(chǎn)教融合框架體系，如圖3 所示。通過與用友等企業(yè)合作，將課程內(nèi)容融入企業(yè)技術(shù)平臺(tái)，同時(shí)企業(yè)專家也走入課堂講述企業(yè)的技術(shù)發(fā)展情況。在課程實(shí)踐階段，學(xué)生走入企業(yè)參觀學(xué)習(xí)，深入體會(huì)計(jì)算思維的本質(zhì)。

Fig.3 Industry-education integration framework system圖3 產(chǎn)教融合框架體系

另外，為了讓學(xué)生盡早融入科研，課程實(shí)踐中通過科研項(xiàng)目的協(xié)同，實(shí)現(xiàn)科教融合。同時(shí)讓該項(xiàng)目在不同課程中實(shí)現(xiàn)連續(xù)性，甚至進(jìn)一步延續(xù)到畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式的創(chuàng)新課程體系。

總之，在“術(shù)”這一層面的教學(xué)過程中，重點(diǎn)通過產(chǎn)教融合、科教協(xié)同，提升學(xué)生“術(shù)”的技能，從而為體悟知識(shí)本質(zhì)的“道”奠定基礎(chǔ)。

2.3 道：拓展與創(chuàng)新

通過實(shí)踐能力的培養(yǎng)，以及“無(wú)為”思想的引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生“道”的境界。高階性課程應(yīng)滿足高層次的認(rèn)知需求。因此，課程將進(jìn)一步提升學(xué)生的高層次認(rèn)知，在講授完知識(shí)點(diǎn)后，需要引導(dǎo)學(xué)生思考知識(shí)點(diǎn)隱藏的本質(zhì)。在培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題能力的同時(shí)，進(jìn)一步鍛煉學(xué)生尋找解決問題之“道”，不能只停留在低層次認(rèn)知，而需要進(jìn)行深入思考，讓學(xué)生體會(huì)“庖丁解?！钡膶ぁ暗馈敝谩Ｔ谠撨^程中將采用循環(huán)改進(jìn)方式，如圖4 所示。該過程是開啟學(xué)生智慧的過程，也是將知識(shí)逐步轉(zhuǎn)化為“文化”的過程，讓學(xué)生在“化”的過程中逐步體悟到智慧之道，體會(huì)到創(chuàng)新的核心在于“智慧之道”。

Fig.4 Improvement of the thinking cycle圖4 思維的循環(huán)改進(jìn)

3 實(shí)施效果

“產(chǎn)教研思”一體化教學(xué)模式的實(shí)施，訓(xùn)練了學(xué)生的計(jì)算思維，使學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和成績(jī)都有一定程度提高。表1、圖5 展示了實(shí)施一體化教學(xué)模式后的學(xué)生平均成績(jī)呈逐年提高趨勢(shì)，尤其是實(shí)踐能力的提高更為明顯。

Table 1 Comparison of the composition of grades from 2019 to 2021表1 2019-2021年各項(xiàng)成績(jī)比較

4 總結(jié)與展望

Fig.5 Comparison of total grades from 2019 to 2021圖5 2019-2021年總成績(jī)比較

新時(shí)代賦予了高校開展創(chuàng)新教育的責(zé)任，需要用新的目標(biāo)、新的視野、新的理念、新的舉措進(jìn)行教學(xué)，培養(yǎng)出更多具有創(chuàng)新精神的應(yīng)用型人才。本文以專業(yè)交叉融合建設(shè)需求為導(dǎo)向，著力研究培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的教學(xué)體系與培養(yǎng)模式。該培養(yǎng)模式的創(chuàng)新點(diǎn)如下：

（1）工文滲透，文理結(jié)合，國(guó)學(xué)經(jīng)典引領(lǐng)基礎(chǔ)，課程思政潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲。將國(guó)學(xué)經(jīng)典貫穿全程，培養(yǎng)學(xué)生從學(xué)習(xí)知識(shí)到體悟文化，在文化素養(yǎng)培養(yǎng)過程中體悟創(chuàng)新源泉，將思政融入課程，潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲。

（2）產(chǎn)教融合。課程內(nèi)容融入企業(yè)平臺(tái)，企業(yè)專家走進(jìn)課堂，學(xué)生走進(jìn)企業(yè)。

（3）科教協(xié)同。課程中融入科研項(xiàng)目與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用實(shí)踐，通過科研反哺教學(xué)，協(xié)同發(fā)展。

（4）層次化與挑戰(zhàn)度。開展探究式學(xué)習(xí)和個(gè)性化學(xué)習(xí)，通過提升課程挑戰(zhàn)度進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。

（5）一體化融合。構(gòu)建國(guó)學(xué)筑基、產(chǎn)教融合、科教協(xié)同、創(chuàng)新激勵(lì)、產(chǎn)教研思相互支撐的一體化培養(yǎng)模式。

總之，本模式參考了國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的教學(xué)理念，以“國(guó)學(xué)為滋養(yǎng)”建筑基礎(chǔ)，通過“產(chǎn)教融合”“科研協(xié)同”培養(yǎng)學(xué)生的探索精神，將文化素養(yǎng)與專業(yè)技能有機(jī)結(jié)合。期望通過不斷的實(shí)踐、反饋、改進(jìn)的循環(huán)，探究出可以廣泛推廣的“產(chǎn)教研思”一體化人才培養(yǎng)模式。未來還將在原有課程的基礎(chǔ)上不斷嘗試新的教學(xué)方式，結(jié)合混合教學(xué)過程進(jìn)一步完善一體化人才培養(yǎng)模式。