陳淑鑫，劉相娟，劉明，薛仁政，劉艷菊

（1. 齊齊哈爾大學(xué) 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2. 哈爾濱工程大學(xué) 理學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001）

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計(jì)算思維引導(dǎo)通識(shí)型創(chuàng)新人才教學(xué)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(xué) 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2. 哈爾濱工程大學(xué) 理學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001）

摘要：闡述了計(jì)算機(jī)科學(xué)與所學(xué)專業(yè)知識(shí)方法的結(jié)合，計(jì)算機(jī)系列課程教學(xué)改革中融入計(jì)算思維形成通識(shí)教育的優(yōu)勢(shì).教學(xué)實(shí)踐表明，通過(guò)教學(xué)改革優(yōu)化了通識(shí)型教學(xué)體系的知識(shí)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)了通識(shí)型應(yīng)用人才的自主學(xué)習(xí)意識(shí)，奠定了學(xué)生創(chuàng)新思維能力，培養(yǎng)了高素質(zhì)創(chuàng)新人才.

關(guān)鍵詞：大學(xué)計(jì)算機(jī)課程；計(jì)算思維；通識(shí)教育；自主學(xué)習(xí)

“計(jì)算”這個(gè)原本專門(mén)的數(shù)學(xué)概念，現(xiàn)已泛化到了人類(lèi)的整個(gè)知識(shí)領(lǐng)域，上升到極為普適的科學(xué)概念和哲學(xué)概念.人類(lèi)的科學(xué)思維包括計(jì)算思維、理論思維和實(shí)驗(yàn)思維，如同人們具備是非判斷、文字讀寫(xiě)和進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算一樣，每個(gè)人都具有早已存在的思維活動(dòng)和技能的計(jì)算思維能力.美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真教授給出計(jì)算思維的定義是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問(wèn)題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類(lèi)的行為.可見(jiàn)，計(jì)算思維涵蓋了反映計(jì)算機(jī)科學(xué)在內(nèi)的系列廣泛思維活動(dòng)［1］.當(dāng)計(jì)算思維真正融入人類(lèi)活動(dòng)的整體中［2］，將成為現(xiàn)實(shí)生活中的思維方式.目前，社會(huì)上將計(jì)算機(jī)科學(xué)等同于計(jì)算機(jī)編程，錯(cuò)誤地認(rèn)為主修計(jì)算機(jī)科學(xué)就業(yè)面狹窄.事實(shí)恰恰相反，大數(shù)據(jù)信息時(shí)代主修計(jì)算機(jī)科學(xué)的學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟、硬件的基礎(chǔ)知識(shí)［3］，會(huì)更好地再?gòu)氖禄?、生物、醫(yī)學(xué)、法律、商業(yè)及政治等任何類(lèi)型的科學(xué)和工程行業(yè)，甚至是藝術(shù)創(chuàng)作.

在通識(shí)教育教學(xué)理念下，將計(jì)算思維融會(huì)貫通于學(xué)生的解析方法及能力運(yùn)用.由于計(jì)算機(jī)學(xué)科研究涉及面廣，促使基于不同層次的專業(yè)系統(tǒng)問(wèn)題求解具備共同特征［4］.因此，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)不僅是通識(shí)教育的重要組成部分，尤為重要的是潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生用計(jì)算思維理念去解決自身專業(yè)問(wèn)題.教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)提出的“計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)四個(gè)方面的能力目標(biāo)”中指出：計(jì)算機(jī)學(xué)科能力是認(rèn)知計(jì)算機(jī)的分析能力和應(yīng)用計(jì)算機(jī)求解能力［5］.也就是說(shuō)，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)立足點(diǎn)落在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算環(huán)境的認(rèn)識(shí)，關(guān)鍵是培養(yǎng)學(xué)生在計(jì)算環(huán)境下掌握問(wèn)題求解的方法.2010年復(fù)旦大學(xué)校長(zhǎng)楊玉良教授對(duì)通識(shí)教育特征概括為3個(gè)方面［6］：（1）通識(shí)教育要同時(shí)傳遞科學(xué)精神和人文精神；（2）通識(shí)教育要展現(xiàn)不同文化、不同學(xué)科的思維方式；（3）通識(shí)教育要充分展現(xiàn)學(xué)術(shù)的魅力.在人才培養(yǎng)目標(biāo)中明晰“通識(shí)型”人才的內(nèi)涵，將無(wú)意識(shí)的計(jì)算思維變成有意識(shí)的思維，確定培養(yǎng)目標(biāo)，制定培養(yǎng)方案，主動(dòng)地在各自的專業(yè)中應(yīng)用計(jì)算思維解決問(wèn)題.

1　計(jì)算思維敦促計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革

通識(shí)教育要展現(xiàn)不同學(xué)科的思維方式，而計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程正面臨大數(shù)據(jù)時(shí)代超性能計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域快速擴(kuò)充，各專業(yè)的利用價(jià)值日益凸顯，經(jīng)濟(jì)及社會(huì)對(duì)具有計(jì)算機(jī)能力的人才要求提升等，多方因素推動(dòng)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的改革不能滯后.教學(xué)改革中突出計(jì)算思維能力［7］的教學(xué)定位，培養(yǎng)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心能力，涉及到學(xué)科知識(shí)體系的教學(xué)核心知識(shí)，更能反映計(jì)算機(jī)學(xué)科的本質(zhì)體現(xiàn)通識(shí)教育特征.

1.1調(diào)整計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程培養(yǎng)方案

目前，國(guó)內(nèi)高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生的第一門(mén)計(jì)算機(jī)課程是大學(xué)計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)（或計(jì)算機(jī)公共基礎(chǔ)），授課計(jì)劃圍繞計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科中基礎(chǔ)性的知識(shí)和重要概念，強(qiáng)調(diào)操作技能的掌握，較少運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決專業(yè)問(wèn)題.以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為核心的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革，將現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程體系和教學(xué)內(nèi)容合理地定位，確保計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)穩(wěn)定、核心的教學(xué)內(nèi)容.學(xué)校調(diào)整2013年秋季新生授課計(jì)劃，在課程內(nèi)容和授課對(duì)象方面進(jìn)行了大膽的試點(diǎn)，分成工科、理科、文科及藝術(shù)4類(lèi)學(xué)生教學(xué)改革試點(diǎn).工科類(lèi)開(kāi)設(shè)嵌入式的知識(shí)平臺(tái)；理科專業(yè)開(kāi)設(shè)主流財(cái)務(wù)管理軟件，制作報(bào)表和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)；文科專業(yè)開(kāi)設(shè)制作演示影音流媒體類(lèi)應(yīng)用軟件；藝術(shù)專業(yè)開(kāi)設(shè)智能化音樂(lè)及動(dòng)畫(huà)制作，使用計(jì)算機(jī)相關(guān)軟件進(jìn)行藝術(shù)設(shè)計(jì)和制作.更新培養(yǎng)方案偏重于普及信息技術(shù)應(yīng)用對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生活、工作及學(xué)術(shù)發(fā)展的巨大貢獻(xiàn)，加深信息技術(shù)與自然科學(xué)相結(jié)合，相得益彰，鞏固計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的重要地位.

1.2整合夯實(shí)專業(yè)應(yīng)用知識(shí)能力

計(jì)算機(jī)教學(xué)改革的新形勢(shì)下［8］，計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的課程講授重點(diǎn)需從介紹計(jì)算機(jī)學(xué)科的整體情況入手，整合知識(shí)貫通計(jì)算思維的本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)基本概念、方法和思想自主學(xué)習(xí)的能力，從而構(gòu)建完整的計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)體系.改進(jìn)教學(xué)方法推動(dòng)式思維，傳授學(xué)生將來(lái)從事科學(xué)工作的技巧，訓(xùn)練學(xué)生掌握運(yùn)用計(jì)算思維能力解決專業(yè)領(lǐng)域問(wèn)題的思路和方法，各專業(yè)根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行完整的教學(xué)設(shè)計(jì)，科學(xué)地制訂本專業(yè)的計(jì)算機(jī)課程的教學(xué)大綱.專業(yè)教學(xué)中融入計(jì)算思維增添抽象的知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)生理解和掌握信息技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)和基本方法，掌握基本的信息技術(shù)應(yīng)用能力，掌握利用計(jì)算工具解決專業(yè)領(lǐng)域問(wèn)題的思路和做法.專業(yè)課的課程教學(xué)內(nèi)容不做調(diào)整，開(kāi)展“第二課堂”專題研討，研討中結(jié)合本專業(yè)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生深入體會(huì)專業(yè)知識(shí)背后所蘊(yùn)含的計(jì)算思維規(guī)律.

1.3解決計(jì)算環(huán)境各異性

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程作為通識(shí)教育的重要組成部分，計(jì)算思維能力的培養(yǎng)融入計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的教學(xué)改革中，從信息技術(shù)基礎(chǔ)引入多領(lǐng)域的云平臺(tái)、超算平臺(tái)等計(jì)算仿真模擬環(huán)境.計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)與不同專業(yè)結(jié)合緊密，根據(jù)各專業(yè)特色，設(shè)置課程內(nèi)容，安排課后作業(yè)，使計(jì)算機(jī)不再是陌生而抽象的概念，而是熟悉領(lǐng)域內(nèi)必備解決問(wèn)題的工具.學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解，學(xué)會(huì)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)描述和解決實(shí)際問(wèn)題，加深計(jì)算機(jī)概念的理解與認(rèn)識(shí)成為最感興趣的話題.同時(shí)加強(qiáng)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言教學(xué)，尤其在程序設(shè)計(jì)課程中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法實(shí)現(xiàn)，不同專業(yè)的學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維來(lái)認(rèn)識(shí)、形成的思維方式，解決同類(lèi)的系列問(wèn)題.計(jì)算思維靈活運(yùn)用到啟發(fā)式的教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，體察到關(guān)鍵點(diǎn)之外的問(wèn)題、方法及其之間的聯(lián)系.

2　計(jì)算思維推動(dòng)通識(shí)型人才的自主學(xué)習(xí)

黨的“十八大”及系列報(bào)告中明確強(qiáng)調(diào)：教育是民族振興和社會(huì)進(jìn)步的基石，全面實(shí)施素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神，培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人，充實(shí)國(guó)家建設(shè)的主力軍.基于此態(tài)勢(shì)，高校亟需培養(yǎng)通識(shí)型人才，應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念、方法和思想內(nèi)化思維過(guò)程去分析和解決問(wèn)題，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)意識(shí)，開(kāi)拓性地研究逐步反饋到計(jì)算思維的過(guò)程，使學(xué)生在后續(xù)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐中深入體會(huì)計(jì)算思維的本質(zhì)［9］.

2.1 通識(shí)教育規(guī)劃計(jì)算思維策略

通識(shí)教育教學(xué)方法中運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)基本概念、方法和思想的理解，關(guān)注學(xué)生個(gè)體自由、全面發(fā)展，由灌輸式教育模式向啟發(fā)式、自主式學(xué)習(xí)模式轉(zhuǎn)變，學(xué)生探索研究式的自主學(xué)習(xí)，讓教師成為教學(xué)的主導(dǎo)者，起到控制學(xué)習(xí)過(guò)程、提供教學(xué)資源和教學(xué)建議的作用.學(xué)生能夠在教師的指導(dǎo)下，采取基于解決問(wèn)題的學(xué)習(xí)、基于證據(jù)的學(xué)習(xí)和質(zhì)詢式的學(xué)習(xí)等方法主動(dòng)進(jìn)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(yǎng)，利用多樣的信息資源擴(kuò)充知識(shí)，增強(qiáng)判斷思維推進(jìn)自主學(xué)習(xí)的潛力和機(jī)會(huì)，真正體現(xiàn)通識(shí)教育的內(nèi)蘊(yùn).

2.2通識(shí)教育注重實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

各學(xué)科的實(shí)踐教學(xué)需要借助于特定的設(shè)備（或科學(xué)工具），獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得以分析.通識(shí)教育下以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科有物理、化學(xué)、地理、機(jī)械、天文、生物、醫(yī)學(xué)和農(nóng)林等，以及由此派生的眾多學(xué)科.通識(shí)教育發(fā)揮了實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的動(dòng)態(tài)性與連續(xù)性，教學(xué)內(nèi)容圍繞本學(xué)科的發(fā)展前沿變化及社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步而不斷做動(dòng)態(tài)調(diào)整，及時(shí)更新與前沿接軌.實(shí)踐案例能夠觸動(dòng)學(xué)生操作思維，有助于創(chuàng)新能力的形成.實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中通過(guò)觀測(cè)數(shù)據(jù)中的科學(xué)規(guī)律養(yǎng)成運(yùn)用計(jì)算思維去求解問(wèn)題，如在天文數(shù)據(jù)中大部分是觀測(cè)現(xiàn)象得到的推理，如何用計(jì)算理論證明出現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生個(gè)體的無(wú)限潛能，挖掘創(chuàng)造潛力，參與到研究中來(lái)獨(dú)立思考、自由討論.創(chuàng)新性拓寬校外資源的渠道與企業(yè)和科研院所加強(qiáng)合作，注重學(xué)生全方位的能力培養(yǎng).

2.3通識(shí)教育培養(yǎng)計(jì)算思維能力

從人才培養(yǎng)計(jì)劃和課程體系的角度通盤(pán)考慮，教師在實(shí)踐教學(xué)中整體架構(gòu)知識(shí)的連貫，銜接專業(yè)需求，系統(tǒng)地完善學(xué)生自主與思維能力培養(yǎng)，形成科學(xué)的知識(shí)體系、穩(wěn)定的知識(shí)結(jié)構(gòu)，從學(xué)生自主解決問(wèn)題出發(fā)，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的方法、思路和步驟，展現(xiàn)計(jì)算機(jī)學(xué)科獨(dú)特的思維方式，為將來(lái)創(chuàng)新性地解決專業(yè)問(wèn)題奠定基礎(chǔ).在合理的范圍內(nèi)弱化對(duì)學(xué)生的約束，使學(xué)生有更大的自主選擇權(quán).

3　計(jì)算思維拓展通識(shí)型人才的創(chuàng)新意識(shí)

心理學(xué)家在闡述“通感效應(yīng)”時(shí)舉例藝術(shù)創(chuàng)作與鑒賞活動(dòng)中，各種感覺(jué)相互滲透或者挪移的心理現(xiàn)象，將聽(tīng)覺(jué)轉(zhuǎn)化為視覺(jué)與觸覺(jué).將此效應(yīng)移植到教學(xué)中，學(xué)生明晰計(jì)算機(jī)編程僅僅是整個(gè)計(jì)算機(jī)學(xué)科的一部分，注重學(xué)生清晰思考的能力培養(yǎng)，向?qū)W生傳遞一種計(jì)算機(jī)“感覺(jué)”，感知計(jì)算機(jī)能夠解決研究領(lǐng)域相應(yīng)問(wèn)題的直覺(jué)能力，培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)編程解決實(shí)際問(wèn)題的能力.

計(jì)算思維的本質(zhì)是抽象和自動(dòng)化［10］.在完整的計(jì)算機(jī)科學(xué)知識(shí)體系基礎(chǔ)上，順應(yīng)不同層次培養(yǎng)目標(biāo)，不同專業(yè)需求，滿足各方期望.計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革沿著多樣化、多層次提升信息素養(yǎng)，合理定位計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，融合現(xiàn)有的知識(shí)體系提煉并展現(xiàn)隱含在知識(shí)背后的計(jì)算思維方法，激發(fā)學(xué)生求知欲望和共鳴.讓計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)成為名副其實(shí)的傳授基本知識(shí)、培養(yǎng)應(yīng)用能力、訓(xùn)練計(jì)算思維的大學(xué)通識(shí)教育課程.在提升高水平大學(xué)建設(shè)中，教學(xué)方法的選擇不但承擔(dān)著開(kāi)闊師生視野和激發(fā)創(chuàng)新思維的重任，更能培養(yǎng)創(chuàng)新型人才形成計(jì)算思維，助推通識(shí)教育體系，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性和獨(dú)立思考的創(chuàng)造性.多維地滿足不同專業(yè)應(yīng)用基本理論去解決問(wèn)題，真正將知識(shí)作為載體實(shí)現(xiàn)思想、方法的傳授，提高科學(xué)與創(chuàng)新素養(yǎng)，鍛煉學(xué)生自立、合作及創(chuàng)造性地學(xué)習(xí)素養(yǎng)能力.大學(xué)教育重在營(yíng)造精神性和學(xué)術(shù)性的氛圍，打破禁錮教師和學(xué)生整齊劃一的思維.創(chuàng)新能力的培養(yǎng)憑借扎實(shí)的基礎(chǔ)保障，形成創(chuàng)造思維需要不同學(xué)科的交叉滲透，使學(xué)生開(kāi)拓思路、豐富視野.

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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(lèi)號(hào)：TP30∶G642.0

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.3969/j.issn.1007-9831.2016.05.024

文章編號(hào)：1007-9831（2016）05-0085-04

收稿日期：2016-01-15

基金項(xiàng)目：黑龍江省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目（JG2012010679）；黑龍江省高等教育學(xué)會(huì)項(xiàng)目（14G152）；黑龍江省教育廳科研項(xiàng)目（12541868）；2016年齊齊哈爾大學(xué)教育科學(xué)研究項(xiàng)目

作者簡(jiǎn)介：陳淑鑫（1978-），女，吉林德惠人，副教授，碩士，從事計(jì)算機(jī)教學(xué)研究.E-mail：shuxinfriend@126.com