張連福

摘要：目前國內(nèi)外對計算思維的研究仍處于理論研究和實踐的初步探索階段，尚未形成完善的理論和實踐體系。該文以宜春學(xué)院“卓越計劃”班為試點，從培養(yǎng)方案、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、實踐教學(xué)等方面，探討了大學(xué)生計算思維能力培養(yǎng)的途徑和策略問題。

關(guān)鍵詞：計算思維；大學(xué)生；工程實踐能力；自主學(xué)習(xí)；教學(xué)實踐

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）32-7693-02

Abstract： At present studying the computational thinking is still at the preliminary stage of theoretical research and Practice at home and abroad， Has not yet formed a perfect system of theory and Practice.This paper takes the "excellence program" class in YiChun University as a pilot，from the aspects of training program， teaching content， teaching mode， practice teaching etc，explores the way and the strategy of computational thinking ability training of college students.

Key words： Computational Thinking；Undergraduate；The ability of Engineering Practice；Autonomic Learning；The Teaching Practice

計算思維是克服“狹義工具論”的有效途徑，也是解決其他信息科學(xué)技術(shù)難題的基礎(chǔ)。然而，目前國內(nèi)外對計算思維的研究仍然處于理論研究和實踐的初步探索階段，尚未形成完善的理論和實踐體系。在高校的信息技術(shù)教育中，一般是將計算機(jī)作為工具來學(xué)習(xí)，而不強(qiáng)調(diào)計算思維能力的培養(yǎng)。這種過度強(qiáng)調(diào)計算機(jī)的軟件教學(xué)和工具教學(xué)致使學(xué)生對計算機(jī)科學(xué)認(rèn)識的淡化，不利于計算機(jī)技術(shù)中最重要的核心思想與方法的掌握，學(xué)生很難自主地將專業(yè)知識與信息技術(shù)融合。因此，如何在有限的學(xué)時中讓學(xué)生既學(xué)會掌握必要的工具，又能使計算思維成為學(xué)生的自覺行為，幫助學(xué)生更好地建立計算機(jī)問題求解意識，仍是對學(xué)術(shù)界和教育界的一大挑戰(zhàn)。

1 計算思維

計算思維是計算機(jī)學(xué)科發(fā)展的自然產(chǎn)物。第一次明確提出這一概念的是美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真教授。她在計算機(jī)權(quán)威期刊《Communications of the ACM》雜志上指出：計算思維是運用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計、人類行為理解等的一系列思維活動；計算思維的本質(zhì)是抽象和自動化。

計算思維是人類科學(xué)思維活動固有的組成部分。計算思維將成為每一個人的技能組合成分，而不僅僅限于科學(xué)家。計算機(jī)科學(xué)本質(zhì)上源自數(shù)學(xué)思維，因為像所有的科學(xué)一樣，其形式化基礎(chǔ)建筑與數(shù)學(xué)之上。

北京大學(xué)李曉明教授認(rèn)為，計算思維是指受過良好訓(xùn)練的計算機(jī)科學(xué)工作者面對問題所習(xí)慣采用的思維方法，體現(xiàn)為在過去半個多世紀(jì)以來成就計算機(jī)和信息技術(shù)發(fā)展過程中行之有效的若干分析問題與解決問題的典型手段與途徑。

2 基于計算思維的計算機(jī)課程教學(xué)改革

針對計算思維培養(yǎng)過程中所存在的問題，我校在計算機(jī)專業(yè)課程的教學(xué)過程中進(jìn)行了一些改革，著力改變偏重計算機(jī)的工具性教學(xué)的弊端，嘗試以實踐動手能力和學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力為重點的教學(xué)模式，讓同學(xué)們“在實踐過程中學(xué)習(xí)理論、在學(xué)習(xí)過程中訓(xùn)練思維”。具體措施是采用試點班，在小范圍內(nèi)進(jìn)行大力度的嘗試。宜春學(xué)院是江西省首批試點培養(yǎng)卓越工程師的高校。2011年，我?！坝嬎銠C(jī)科學(xué)與技術(shù)（服務(wù)外包）”專業(yè)被列為江西省高等學(xué)校首批卓越工程師人才培養(yǎng)計劃。2012年12月，依托該專業(yè)，我校面向全校所有理工科專業(yè)，在學(xué)生自愿報名的基礎(chǔ)上，擇優(yōu)選撥了40名優(yōu)秀的學(xué)生組建了計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)“卓越計劃”試點班。目前，針對該試點班，從培養(yǎng)方案、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、實踐教學(xué)、學(xué)科競賽等方面入手，以計算思維能力培養(yǎng)為主線，著力培養(yǎng)學(xué)生在真實項目下分析和解決問題的能力。

2.1 制定工程實踐教育為主的人才培養(yǎng)方案

普通計算機(jī)專業(yè)的人才培養(yǎng)方案一般都由高校單獨制定，沒有企業(yè)專家的參與，培養(yǎng)方案和教學(xué)計劃往往重理論、輕實踐，雖然考慮了專業(yè)知識的系統(tǒng)性，但是脫離了軟件工程實際，實用性和針對性不強(qiáng)，與實際工作要求存在一定差距。為了改變教學(xué)與應(yīng)用脫節(jié)的現(xiàn)象，我們堅持“兼顧理論知識學(xué)習(xí)，加強(qiáng)實踐能力培養(yǎng)、增強(qiáng)實用性和針對性”的原則，校企雙方共同參與制定實用性和應(yīng)用性強(qiáng)的培養(yǎng)方案，以更好地適應(yīng)企業(yè)對人才的需要。例如，普通計算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)方案中Java語言理論課時與實踐課時比為3：2，強(qiáng)調(diào)語法的講解，而校企合作培養(yǎng)方案中Java語言理論課時與實踐課時比為1：1，講練結(jié)合，以一個完整的實踐項目貫穿本課程始終， 強(qiáng)調(diào)的是工程實踐能力的培養(yǎng)，由于各自發(fā)揮了學(xué)科和實踐的優(yōu)勢，很好實現(xiàn)了工程技術(shù)型人才培養(yǎng)目標(biāo)。使每一位學(xué)生在完成學(xué)業(yè)后掌握的信息技術(shù)與計算機(jī)行業(yè)的發(fā)展同步，很快就能溶入IT企業(yè)隊伍之中。

2.2 設(shè)計饒有趣味性和綜合性的教學(xué)內(nèi)容

通過計算任務(wù)的趣味性、綜合性等來增強(qiáng)實驗內(nèi)容的難度，從而強(qiáng)化計算思維訓(xùn)練。大學(xué)生一般對新鮮事物富有激情，好學(xué)、好問并富于幻想，初遇實踐任務(wù)時往往興致盎然，急于動手編寫程序。但在傳統(tǒng)教學(xué)中，強(qiáng)調(diào)的是語法知識的傳授，缺少趣味性和綜合性，進(jìn)而導(dǎo)致同學(xué)們學(xué)習(xí)興趣不足，所以，設(shè)計教學(xué)內(nèi)容和實驗內(nèi)容應(yīng)盡量生活化、趣味化。例如在講解java垃圾收集GC（Garbage Collection）概念時，把環(huán)衛(wèi)工收集垃圾的相關(guān)片段制作成動畫演示，同學(xué)們很快明白了java垃圾回收機(jī)制的工作原理；又如從生活中的猜數(shù)游戲引出對二分搜索的思想，進(jìn)而引出折半查找算法，以及在折半查找算法中需要周密考慮的問題。endprint

2.3 構(gòu)建自主學(xué)習(xí)的課內(nèi)外教學(xué)模式

傳統(tǒng)的教學(xué)模式是老師在課堂上講課，布置家庭作業(yè)，讓學(xué)生回家練習(xí)。這種以教師為中心、以知識灌輸為主的教學(xué)方式，導(dǎo)致學(xué)生沒有明確的學(xué)習(xí)目的，學(xué)習(xí)無激情，無法發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，不能有效地培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)和綜合技能，也就無法培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。另一方面，隨著計算機(jī)學(xué)科的不斷發(fā)展，當(dāng)前計算機(jī)本科生所修的課程量越來越多，這就直接導(dǎo)致單門課程的課時嚴(yán)重不足，這使得我們必須改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式。我校試點班部分課程例如《Web編程技術(shù)》、《算法分析與設(shè)計》等都采用了“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式，學(xué)生主要在課后完成課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)，而課堂變成了老師與學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間交流互動的場所，這極大地提高了學(xué)生們的學(xué)習(xí)自主性、積極性等，從而達(dá)到了更好的教學(xué)效果。

2.4 校企深度合作的實踐教學(xué)改革

按照培養(yǎng)方案，試點班每學(xué)期有1至2門實踐性較強(qiáng)的課程由企業(yè)項目經(jīng)理級別的工程師講授。具體安排是在第1，3，4，5學(xué)期快結(jié)束前2至3周聘請企業(yè)工程師來校授課、帶領(lǐng)學(xué)生做課程設(shè)計，第2學(xué)期考試結(jié)束后安排學(xué)生到企業(yè)做課程設(shè)計、感受企業(yè)文化。 2013年暑假，試點班全體同學(xué)赴南京中軟集團(tuán)進(jìn)行實訓(xùn)，通過真實項目、真實應(yīng)用需求，在真實企業(yè)環(huán)境、真實的壓力和真實的項目經(jīng)理的帶領(lǐng)下，學(xué)生第一次完成了真正意義上的程序代碼的 “原始積累”；同時也感受到了不同于校園氛圍的企業(yè)文化。特別是嘗試扮演了企業(yè)員工的角色，對企業(yè)的職業(yè)素養(yǎng)有了親身體驗。目前全部40名本科學(xué)生，在實訓(xùn)結(jié)束后均已經(jīng)根據(jù)自己的興趣和技術(shù)專長，進(jìn)入了實驗室和科研團(tuán)隊。這一成功的教學(xué)實踐，也促使我們對于普通計算機(jī)專業(yè)學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有了更多的思路。

2.5 鼓勵學(xué)生參加各類科技活動或?qū)W科競賽

我們鼓勵試點班學(xué)生積極參加各類能體現(xiàn)學(xué)科水平的科技活動或?qū)W科競賽。例如，美國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模大賽、ACM/ICPC國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽、全國藍(lán)橋杯軟件設(shè)計大賽、江西省大學(xué)生服務(wù)外包創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等，均取得了較好的成績。試點班同學(xué)在2013年美國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽（MCM）中榮獲1個一等獎、1個二等獎和1個成功參賽獎；在2013年上半年全國藍(lán)橋杯軟件設(shè)計大賽中榮獲江西賽區(qū)Java組一等獎，在 7月份在北京舉行的全國總決賽榮獲二等獎；在2013年江西省大學(xué)生服務(wù)外包創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽決賽中榮獲一等獎。

3 結(jié)束語

隨著信息化的全面深入，無處不在、無事不用的計算機(jī)使計算思維成為人們認(rèn)識和解決問題的重要基本能力之一。計算思維，不僅是計算機(jī)專業(yè)人員應(yīng)該具備的能力，而且也是所有受教育者應(yīng)該具備的能力。宜春學(xué)院數(shù)學(xué)與計算機(jī)科學(xué)學(xué)院作為地方高校，在計算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)課程和工程實踐方面進(jìn)行了積極探索，并對現(xiàn)有的課堂教學(xué)和實驗教學(xué)進(jìn)行了改革與實踐。通過同年級對照教學(xué)班的教學(xué)效果對比來看，獲得了比較理想的實際教學(xué)效果，對大學(xué)生的計算思維能力的培養(yǎng)起到了積極的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] [美]周以真. 計算思維[J]. 徐韻文，王飛躍，譯. 中國計算機(jī)學(xué)會通訊，2007（11）.

[2] 馮博琴. 對于計算思維能力培養(yǎng)“落地”問題的探討[J]. 中國大學(xué)教學(xué)，2012（9）.

[3] 李廉.以計算思維培養(yǎng)為導(dǎo)向深化大學(xué)計算機(jī)課程改革[J]. 中國大學(xué)教學(xué)，2013（4）.

[4] 李曉明.積極研究和推進(jìn)計算思維能力的培養(yǎng)[J]. 計算機(jī)教育，2012（5） .

[5] 王飛躍. 從計算思維到計算文化[N]. 科學(xué)時報， 2007-10-11.endprint