王 宇，陸 秋

（桂林理工大學 信息科學與工程學院，廣西 桂林 541004）

0 引 言

“新工科”這一概念自2016年提出以來，教育部組織高校進行深入研討，形成了“復旦共識”和“天大行動”?！靶鹿た啤辈皇蔷植靠剂?，而是在新科技革命、新產業(yè)革命、新經濟背景下工程教育改革的重大戰(zhàn)略選擇，是今后我國工程教育發(fā)展的新思維、新方式[1]。2016年，國內工科本科在校生538萬人，畢業(yè)生123萬人，專業(yè)布點17 037個。工科在校生占高等教育在校生總數的1/3。近年來，每年我國工科本科畢業(yè)生約占世界總數的1/3以上[2]。新經濟快速發(fā)展迫切需要新型工科人才支撐，需要高校面向未來布局新工科建設，探索更加多樣化和個性化的人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力的工程科技人才。不斷推動新工科建設，主動適應和引領新經濟[3]。而計算思維是新型工科人才必備素質，需要大力推廣和提升。

計算思維概念起源于美國麻省理工學院西蒙·帕佩特（Seymour Papert）教授，美國卡內基·梅隆大學周以真教授對其進行了系統(tǒng)闡述和推廣，即“計算思維涉及運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統(tǒng)和理解人類的行為。計算思維涵蓋了反映計算機科學之廣泛性的一系列思維活動”[4]。在課堂教學中，程序語言設計是構建和訓練計算思維的重要依托課程。

C語言作為一門結構化程序設計語言，是目前應用最廣泛的程序設計語言之一，也是學生學習程序設計語言的基礎。該課程通過講述C語言基礎理論，幫助學生初步形成獨立分析問題、解決問題的能力。在課程講授過程中，強調編程思想的重要性，注重計算思維培養(yǎng)。在教學互動中，通過對知識點的梳理和項目問題的解決，到達提高學生的計算思維的目的。以此課程作為計算思維培養(yǎng)模式研究的平臺具有普適性和一定的針對性。

1 存在的問題

目前，無論是計算機專業(yè)還是非計算機專業(yè)的程序設計課程，其教學基本沿用傳統(tǒng)的教學模式——講授法，即教師利用多媒體和黑板等教學手段，按照程序設計課程自有的知識體系進行教學。按照概念、術語、語法、編程的順序講授。這種方式使得在教學過程中普遍存在以下問題：①課程教學目標模糊，對學生能力的要求不具體；②課程教學內容繁雜，課程知識體系有待優(yōu)化和調整；③課程教學方法陳舊，模式單一，教學理念和手段急需改革。

這是由于很多任課教師對課程教學目標認識不清，面對抽象繁雜的教學內容，教學方法和手段單一，使得學生在學習過程中，雖然掌握了大量的程序設計概念和語法，卻缺乏求解工程實際問題的科學思維能力、算法設計能力和編程實現能力[5]。

2 新工科背景下非計算機專業(yè)計算思維培養(yǎng)模式

“新工科”是有別于傳統(tǒng)工科的學科交叉產物，強調以信息化帶動工業(yè)化。相對于傳統(tǒng)的工科人才，未來新興產業(yè)和新經濟需要的是工程實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型“新工科”人才。

在國家推動實施創(chuàng)新驅動發(fā)展背景下，從2016年開始開展新工科背景下非計算機專業(yè)計算思維的培養(yǎng)模式探究，以計算思維的培養(yǎng)為教學核心，在課程改革教學實踐活動中，以“一線三層四維”的思路開展教學，讓學生通過比較、分析、實踐等活動理解和掌握計算思維的科學思維方法，具體實現過程如下。

1）以“創(chuàng)設環(huán)境→項目引導→講授新知→合作探究→總結拓展”為主線。

通過貫穿教學活動的主線，完成教學的終極目標，使學生掌握C語言基礎知識，具備一定的程序設計和程序調試能力，為今后使用計算思維解決實際問題及后續(xù)應用型課程學習和相關系統(tǒng)開發(fā)打下良好的基礎。程序設計語言應該成為學生利用計算思維將計算問題轉變?yōu)橛嬎銠C程序的有效手段，使學生能夠通過程序設計更好地利用計算機的計算性能。

2）從技能、方法、思想3個層面，對學生的思維能力進行分層培養(yǎng)。

在課程教授中，通過項目實施進程的推進，讓學生逐步掌握基礎的知識技能，深刻理解簡單系統(tǒng)開發(fā)的原理及過程。體會面向過程強調“自頂向下，逐步求精”以事件為中心的編程思想。通過學習該課程，學生掌握程序設計的基本方法和解決問題的思路，具備應用計算機解決和處理實際問題的思維方法和基本能力。

3）從目標層次化、項目生活化、評價過程化、方法多樣化4個維度啟發(fā)學生思維，激發(fā)學生興趣。

在設計培養(yǎng)目標時，設定基礎級、提高級、進階級、競賽級等不同目標滿足不同層次學生的需求。在進行項目設計時，注意選取和生活相關的項目，使學生在項目實施過程中，深刻體會利用計算機解決實際問題的思維和方法，達到培養(yǎng)計算思維的目的。

3 教學實施及效果

3.1 教學實施

課程教學更注重對實施過程的考核，注重學生的實時反饋。這樣一方面可以調動學生的參與熱情，另一方面有助于教師及時調整教學內容，做到有的放矢。在教學過程中，鼓勵學生探尋問題的多種解法，在啟發(fā)、探究、釋疑的過程中，進一步分析、總結、改進，尋找問題的優(yōu)化思路，將計算思維的優(yōu)化特性融入到程序設計的教學活動中。

3.1.1 注重成果導向

增加教學內容，重新整合教材，以學生為主，采用“項目驅動式”“情景教學”等教學方法，將實踐教學項目化、工程化。在教學過程中，強調學生的實際完成項目過程情況，教師輔助引導學生完成實踐任務。在實踐過程中，注重“以學生為本”，突出以學生為中心，全面鍛煉學生的實踐和創(chuàng)新能力。

培養(yǎng)學生的專業(yè)應用能力，包括掌握計算思維的基本知識和方法，能用計算思維及相關工具解決專業(yè)問題。比如通過各專業(yè)的數據處理，加深對專業(yè)知識的理解，形成從基本問題到綜合問題的解決思路，這些將有助于計算思維培養(yǎng)。

3.1.2 注重能力訓練

陳國良院士提出計算思維教育的目的是培養(yǎng)一種思維習慣[6]。能力訓練要符合學生的個性特點。哈爾濱工業(yè)大學戰(zhàn)德臣教授等用“計算之樹”給出了計算思維多維度的表述框架，認為“0和1”“程序”“遞歸”三大思維最為重要[7]。

C程序設計課程蘊含了大量的科學思維和方法，如選擇、循環(huán)、分治、遞歸等。該課程學習中很重要一點就是思維方法的學習、訓練、掌握和運用。教師在教授專業(yè)知識的同時要轉換身份，跳出原有“老師教，學生學”的框架,不斷幫助學生形成和完善觀察世界、思考問題的方式。

采用現代化輔助教學手段（如微課、微助教、雨課堂、教育在線等）開展教學活動，提高學生在教學活動中的參與度。授課方式主要為理論知識講解和案例分析相結合，課后借助較完善的課程工程能力強化訓練平臺，加強學生課后自主學習編程的訓練力度，培養(yǎng)學生的自主學習意識，形成良好的學習習慣。

3.1.3 注重參與互動

針對學生實際情況，轉變教學理念，從“教”與“學”兩方面加以改進。主要從以下4個方面入手，如圖1所示。

圖1 項目驅動實時反饋流程圖

在課堂參與模塊實施過程中，構建全新的項目化教學模式，讓學生成為學習主體，教師成為學生成長的引領者。在教學活動中穿插具有導向性和實效性的案例及討論。在課后復習模塊，通過微信、QQ等構建數字化“新媒體”互動平臺，加強與學生的溝通和交流。

多方位的教學互動有助于活躍課堂氣氛，在允許錯誤和變化的寬松氛圍中提高學生的學習興趣，有助于提高學生的自主學習能力，有助于學生綜合能力的發(fā)展，有助于計算思維能力的培養(yǎng)。同時，教師也可以從教學實踐活動中和理論講授中不斷提升自身水平。

3.1.4 注重過程考核

建立課程實施項目過程綜合考核評價體系，實行教學做一體化，建立綜合評價體系。全面、綜合、動態(tài)、長期、不斷更新，定期公開，及時溝通交流。老師明確任務，學生分析思考，按照擬定方案、查閱資料、完成項目、師生交流總結考核的流程開展教學活動。協(xié)同完成“啟動疑惑、發(fā)現問題、解析疑惑、解決問題”的教學過程。

為了保證目標的順利達成，還需制定合理的質量評價方案和目標達成度評價表。課程改革后的課程考核更注重教學過程的考核，評價反饋貫穿整個教學活動。更加注重課程教學實施環(huán)節(jié)的學生反饋，鼓勵學生運用正確的思維方式對問題進行思考和分析，敢于表達自己的觀點。

3.2 教學效果

1）提高學生的參與互動。

對學生進行網上問卷調查，共收集了294份有效問卷。將“一線三層四維”教學模式運用于C程序設計課程的教學實踐中，68.25%的非計算機專業(yè)學生不再認為程序設計是計算機專業(yè)特有的課程內容，并認為在今后工作中可以幫助其解決專業(yè)問題；64.73%的學生認為程序設計有利于培養(yǎng)計算思維能力；45.13%的學生認為“一線三層四維”的教學模式使編寫程序更貼近生活，更有趣，對課程學習有幫助，愿意主動參與教學活動；60.48%的學生認為“項目化”教學有助于培養(yǎng)從基本問題到綜合問題的解決思路。

2）提高學生的整體能力。

從2016年實施教學改革以來，2年多的教學實踐證明，從知識點的基礎學習到靈活運用的推進是適合本校學生特點和能力的，很好地調動了更多學生參與教學活動的積極性。學生參加統(tǒng)一命題、閉卷考試，難度相近。在選修本課程的349名同學中，采用新的教學模式，學生考試平均分均有所提高,見表1。

表1 學生成績統(tǒng)計表

3）提高學生的創(chuàng)新能力。

按照分層要求鼓勵學有余力的同學自覺地進行更深入的學習，鼓勵更多的同學挑戰(zhàn)不同難度的題目等級，按照“模仿、修改、編寫”的教學模式進行實踐，取得了良好的教學效果，使學生邏輯思維能力、創(chuàng)造能力、綜合能力得到了一定提高，學生可以在老師指導下完成簡單項目任務，課題組授課老師指導學生參加“藍橋杯全國軟件和信息技術專業(yè)人才大賽”獲獎。

4 結 語

計算思維是基于計算機技術的科學思維，教學改革要符合并適應計算機技術的發(fā)展階段。從2016年起，先后在桂林理工大學土木與建筑工程學院、材料科學與工程學院、環(huán)境科學與工程學院、商學院等4個學院進行了基于C語言程序設計的非計算機專業(yè)計算思維的培養(yǎng)模式教學改革探索，按照“一線三層四維”的教學思想，通過設計教學任務，采用慕課、微課等教學手段，強調問題抽象建模、獨立分析解決問題的等計算思維能力的培養(yǎng)，從而切實提升學生的實際動手能力和靈活運用知識能力。今后在項目任務設計、描述和要求方面還將作進一步完善。