计算思维在生产与运作管理课程教学中的应用研究

李怀敏，郭 博，杨 颖

(阜阳师范学院 计算机与信息工程学院，安徽 阜阳 236037)

计算思维在生产与运作管理课程教学中的应用研究

李怀敏，郭 博，杨 颖

(阜阳师范学院 计算机与信息工程学院，安徽 阜阳 236037)

针对生产与运作管理课程教学中存在的问题，研究利用计算思维的思想和方法改革传统的教学模式。考虑到生产与运作管理课程的特点，主要采用案例教学，精心设计教学内容及与之相关的案例。运用计算思维的方法对案例进行分析讲解，在此过程中逐步培养学生的计算思维能力，激发学生的学习兴趣和提升学生解决问题的能力。

计算思维；生产与运作管理；案例教学

2006年3月，美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真(JeannetteM.Wing)教授在美国计算机权威期刊《CommunicationsoftheACM》杂志上发表并定义了计算思维(ComputationalThinking)[1]。其概念一经提出就引起了国内外科学界和教育界的广泛关注。近年来，国内外学者分别从不同的角度对计算思维的含义、特点和培养方法进行了探索和研究[2-4]。工作在教育第一线的教师们也纷纷将计算思维引入到课堂教学过程中。计算思维在大学计算机基础教学中已得到广泛的应用并取得良好的教学效果[5-8]。但计算思维在其他课程教学中应用的研究还并不多见。本研究将计算思维应用到生产与运作管理课程的课堂教学，力图改变生产与运作管理教学的现状，提高教学质量，为社会培养合格的企业管理人才。

生产与运作管理是国内外高等学校信息管理与信息系统、工商管理、物流管理等管理类专业的专业主干课程之一，是一门具有鲜明的工程与管理特色的多学科交叉课程，理论性和实践性都比较强，学生缺乏对企业生产与运作管理的感性认识，对相关的理论理解有一定的困难，导致学生学习该课程的动力不足，已严重影响到生产与运作管理课程的教学质量和教学效果。因此，在课程的实践教学过程中，如何激发学生的学习积极性，如何增加学生对企业生产与运作管理的感性认识是贯穿始终的重点和难点。

1 生产与运作管理课程教学中存在的问题

(1)课堂教学以教师为主忽视学生的参与性

以教为主的教学方法，教师一堂课下来从头讲到尾，这恰恰忽视了教学过程中学生的参与性，学生在这种教学模式中的表现是消极的、被动的。慢慢的学生便失去了学习的主动性，从而也失去了学习的兴趣和信心。

(2)传统的教学模式忽视学生的认知规律

本科学生往往都缺乏对企业生产与运作管理的感性认识，而感性认识对知识理解与掌握是非常重要的。传统的教学模式忽视学生的这种认知规律，导致学生们感性认识不够，理论理解不透，觉得书上的基本理论和方法太过抽象，很难理解和掌握，造成学生课堂上学习积极性不高，学习效果差。

(3)在有限的课时内难以覆盖教学大纲所要求的全部内容

生产与运作管理课程的内容十分广泛，包含了从生产运作系统的形成和建立到生产运系统的维护全过程的方方面面的知识。传统的教学方法按照教材章节的安排顺序讲授内容，在课时不断压缩的教改背景下，是很难完成教学任务的。

(4)教学过程中缺乏对学生实践能力的培养

传统的教学模式不注重学生的动手实践能力，课堂教学理论也不联系实际讲解。生产与运作管理的理论是具有较强的可操作性的，教师可以鼓励学生在日常生活中运用生产与运作管理的理论来管理自己的生活实践活动；也可以布置作业的方式让学生通过参观企业生产管理和观察各种服务业的运作管理来增加对理论知识的理解同时提升学生的实践能力。但传统的教学模式中恰恰忽略了这方面。

《生产与运作管理》作为一门理论性和实践性都非常强的课程，传统的教学方法显然并不适合这门课的教学。传统的教学模式强调教师主导作用，有利于教师对课堂教学的组织、管理与控制，但它忽视了学生的主动性、创造性，没有把学生的认知主体作用很好地体现出来。

2 计算思维的内涵及其教学模式

周以真教授认为：计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统以及理解人类行为，是人类发现问题、解决问题的一系列思维活动。计算思维通过问题简化、普及相关知识、难点转化分解和模拟仿真等方法，把深奥难懂的问题重新阐释成我们知道如何求解的问题；它是基于关注点分离的方法，选择一种合适的方式陈述一个问题。计算思维利用启发式推理寻求解答，就是在不确定情况下的规划、学习和调度。计算思维将成为每一个人的技能组合成分，而不仅仅限于科学家[1]。

计算思维主要包含的思维方式和方法有：选择合适的方式陈述问题；利用启发式推理寻求解答；通过约简、嵌入、转化、关注点分离和仿真等方法，把一个看来困难的问题重新阐释成一个人们知道怎样解决的问题。可见，计算思维是一个问题解决的过程，同时也是人的一种能力——计算思维能力。将计算思维能力培养融入课程中的方法很多，浙江大学何钦铭教授归纳了相关专家的意见，提出了三种改革模式[9]：

(1)方法推动式。课程教学内容不做大的调整，通过改进教学方法(例如专题研讨、问题引导、反思与自我建构等)引导学生体会知识背后所蕴含的计算思维规律和特点。

(2)内容重组式。课程教学的知识点没有大的抽换，但需以计算思维为主线重新组织，课程内容的结构有大幅度的调整。

(3)全面更新式。将课程教学知识点进行大幅度更新，加大和突出与思维训练有关的知识点，开设类似“计算思维概论”的通识课程。

综上，在教育教学改革的背景下，生产与运作管理课程的教学改革是必要的，也是必须的。针对生产与运作管理课程教学中存在的问题，主要采用方法推动式和内容重组式教学改革模式改革生产与运作管理课程的教学。教学过程中注意培养学生的计算思维能力，依据计算思维的方式方法改进以往的教学方法，以计算思维为主线重新组织课程的教学内容，这样，在教学过程中达到培养学生计算思维能力的同时，使学生能够更好的掌握生产与运作管理的基本知识，能够灵活地运用生产与运作管理的知识和方法去解决实际生产与生活中的问题，努力提高学生实际应用和创新能力。

3 基于计算思维的两种改革模式的实施和应用

在生产与运作管理课程中，选择陈荣秋、马士华编写的国家级“九五”重点教材《生产与运作管理》，主要采用基于计算思维的方法推动式和内容重组式教学改革模式，把计算思维的方法方式运用到教学之中。在教学中采用了案例教学的方法，并且围绕案例重组教学内容，通过简化问题、普及相关知识、转化和分解难点、通过各种手段增加学生们的感性认识等方法，把深奥难懂的理论变成容易理解和掌握的知识。循序渐进地使学生理解计算思维的理念，学会运用计算思维的方法，去发现问题，解决问题。这样通过本课程的学习，不仅使学生很好地理解和掌握生产与运作管理方面的知识，同时达到培养学生计算思维的能力、提高解决问题的能力和创新能力。进而形成良性循环的学习效果。

3.1 简化问题

简化问题，就是把复杂又庞大的问题进行简单化，从而降低难度，便于分析和解决问题。

生产与运作管理课程主要采用的是案例教学，以第五章生产和服务设施选址为例，在讲授理论之前，教师先带领学生分析研究一个典型的案例——肯德基选址。该案例主要考虑到学生对其比较熟悉容易引起共识，这正是基于计算思维简化问题的出发点。通过图片演示让同学们了解肯德基在全国范围内的具体选址，这样一开始呈现在学生面前的是一个比较复杂、较为庞大的问题，学生的反应往往是很茫然，不知道这个案例和生产与运作管理有什么关系，没有思路，甚至产生恐惧的心理。之后教师再针对案例提出恰当的问题来引导学生思考，帮助学生找到分析问题的思路。比如，教师提出与本章内容相关的几个问题：通过观看图片和大家的亲身体会，觉得肯德基店一般都选在什么样的地点？选这样的地点主要是出于什么考虑？选址是否重要？应该如何选址？怎样评价？从而引出本章所要讲授的主要理论知识。然后，鼓励学生结合生活实践和自身的认识来回答问题。学生的回答可能是错误的、不合理的；也有可能是合理的但不够科学的；还有可能是正确的、有创新的。在这个过程中让学生体验到对于解决问题从茫然不知所措到豁然开朗的心情，从而增加学生对学习新知识的兴趣。在兴趣的基础上来学习新知识，会使知识变得没有那么枯燥，反而易于理解。教师提问——引导学生思考——进而帮助学生解决问题这一过程，充分体现了教师教的主导角色和学生学的主体角色并重的计算思维方法推动式教学模式，教学效果良好。

3.2 转化和分解系统问题

转化和分解问题(即关注点分离法)，就是将复杂而庞大的问题按照较为合理的方法分解成多个模块，或者多个阶段，然后再针对这些模块或阶段逐个找出解决问题的方法，最终解决整个问题。

生产运作系统，是一个有机的、复杂的和庞大的系统，围绕生产运作系统将生产运作管理活动有机地组织起来。生产运作管理活动需要分阶段分任务去解决生产运作过程中存在的各种问题。所以任课教师在第一次上课的时候，在简要介绍了这门课的特点、学习方法和主要学习内容之后，就要让学生观看一个成功企业从建立之初的选址建厂到经营管理再到不断地发展壮大过程的视频(海尔企业、日本丰田汽车公司、肯德基等)。然后布置这门课的考核作业，让学生分组完成创业项目，学期末以创业方案报告的形式提交。以“大学生二手书店”这个创业项目为例：根据市场调研确定创业项目之后，要根据创业项目进行选址，这将应用到生产和服务设施选址的有关理论和方法；之后，将应用服务设施布置的有关理论和方法考虑如何进行店面的设计和设施的布置；再根据生产运作系统运行的运营管理知识做出较详细的运营计划和预期发展前景规划。随着课程进度的推进，创业项目将分阶段地不断得到更新和完善。阶段性的成果以多媒体课件的形式，分组在课堂上讲解演示介绍，然后教师点评。这样不但巩固了已学过的知识，还为新知识的学习打下坚实的基础，更进一步激发了学生对新知识的渴望和兴趣。各个阶段是按照系统的设计——运行——维护来划分的，使学生对生产运作管理活动不再茫然、盲目、忙碌，而是有了管理的目标、思路和方法。这一过程既把理论应用于实践，又通过实践帮助学生更好地理解理论。经过课堂实践证明，转化和分解问题也就是关注点分离的方法，非常适合生产运作系统从设计到运行到维护的不同阶段所涉及的理论知识的学习，提高了学生对这门课的学习积极性，更培养了学生计算思维能力、解决问题的能力和创新能力。

3.3 采用嵌入式的方法讲解相关知识点

陈荣秋、马士华编写的国家级“九五”重点教材《生产与运作管理》，是教育部高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革项目“经济管理系列课程教学内容和课程体系改革的研究与实践”的成果之一。该教材的内容编排有很强的系统性和逻辑性，符合计算思维的理念。但是我们在分篇采用案例教学的过程中，由于每一篇中涉及到到章节内容较多，知识点较多，若每一篇我们都按照教材章节的安排来讲授，则在有限的课时内是很难完成教学计划的，特别是教改之后课时大幅度压缩的情况下。这就要求教师在每一篇中打破章节的安排，对知识点进行梳理、提炼，提升教学内容的层次，清晰化、固化最核心、最本质的教学内容。然后采用计算思维中嵌入的方法，把本篇所需要掌握的理论知识嵌入到案例分析和讲解的过程中。这样，就把原来比较抽象的理论知识变得直接生动，更有针对性，更易于学生理解和掌握，不仅节省课时，教学效果也比较理想。课后教师可以布置思考题，对所学的理论知识加以巩固。

3.4 启发学生思维

计算思维中，强调以问题为纲，启发学生主动思维和创造性思维。在生产与运作管理课程教学中以学生生活中的案例或情境和通过参观企业的真实感受来不断启发学生的思维，使学生能用计算思维的方法分析问题、解决问题。

很多学生做题时，题目中所包含的知识点都会，但就是不会做题，或者给出的答案不够全面。学生们课堂上的表现好像是把老师讲的理论知识都听懂了，但是若自己动手动脑，用理论来解决问题时就会没有思路和想法，茫然不知所措。问题的关键就在于学生们的思维跟不上，没有很好地进行思维训练，不懂得如何去思维，如何去打开思路。所以教师必须在教授知识的同时，教会学生思维的方法，这就要求教师利用计算思维的方式方法启发学生的思维，培养学生的计算思维能力。

生产运作管理课程区别于其他课程的一个显著特征是教学内容新而且在不断发展过程中，在内容学习的背后，有理论与实践，有概念与技能，要求学生能通过课程的学习和实践体会生产运作管理课程的本质内容，适应社会发展对人才的需求。生产运作管理教学必须重视理论与实践的结合，将相对枯燥的理论与现实生产管理情境结合起来。例如，组织学生参观企业，并针对参观个案做精心的课程设计。首先，对参观的企业进行选择，企业数量以两到三家为宜，其中有生产管理做的比较好的企业，也有一般的和差的企业，这样学生可以有个比较。在比较的过程中，学生可以更清楚地看到生产管理做得好的企业好在哪里，差的企业应该如何改进，可否借鉴好的企业，做得一般的企业还可以如何改善做得更好，这正是计算思维的方法启发学生思维的体现。其次，在参观企业之前，以视频的方式介绍公司的基本情况以及生产管理的特点，然后提出问题，让学生带着问题参观企业。计算思维主要是启发学生多思考，寻求解决问题的方法，从而达到培养学生应用能力的目的。再次，参观企业之前要求学生对所学的知识提前梳理一下。最后，参观完企业之后要求学生针对教师布置的问题，结合具体企业发表自己的看法，给出建议。在学生独立思考之后，教师再结合书本上的理论知识，进行讲解分析，最后给出正确的解决问题的方法和思路。同时对学生的回答给予积极地点评，鼓励学生更好的主动思维和创造性思维。

4 基于计算思维的教学模式的实践效果

在生产与运作管理课程的具体教学中，主要采用方法推动式和内容重组式教学改革模式，通过选择适当的教学方法和手段，充分发挥教师的主导作用和体现学生的主体地位；通过对教学内容的重新组织和安排，打破章节的界限，对知识点进行梳理、提炼，清晰化、固化最核心、最本质的教学内容，找到思维与知识的结合点。为了解基于计算思维的教学模式对生产与运作管理课程教学效果的影响，笔者做了对比分析，发现与之前的传统教学模式相比，学生们对生产与运作管理这门课更加感兴趣，课堂表现更加积极，思维更加活跃，在课堂上表现出更强的求知欲。从学生的期末成绩来看，较之前普遍有了很大的提高。更为重要的是，通过和学生们的沟通，发现他们的思维更加开阔，对事物的认识有了自己的想法。实际的教学表明基于计算思维的教学模式取得了良好的效果。

5 结束语

在课程中引入计算思维，培养学生的计算思维能力，不是在原有内容上贴上计算思维标签，或者简单的说这就是计算思维；关键是要提炼并展现隐藏在知识背后的计算思维的光芒，引起学生求知欲望和心理共鸣。利用计算思维的方法强化学生的计算思维能力。这就要求任课教师要精心设计教学内容与案例，采用计算思维的方法讲授知识，使抽象、枯燥、难懂的理论变得生动有趣、浅显易懂。这对任课教师提出更高的要求，我们教师更应该利用计算思维的方法不断地提升自己。

[1]WingJM.Computationalthinking[J].CommunicationsoftheACM, 2006, 49(3): 33-35.

[2] 史文崇．思维的计算特征与计算的思维属性[J]．计算机科学，2014，41(2)：11-14．

[3] 朱亚宗．论计算思维——计算思维的科学定位、基本原理及创新路径[J]．计算机科学，2009，36(4)：53-55, 93．

[4] 牟 琴，谭 良．计算思维的研究及其进展[J]．计算机科学，2011，38(3)：10-15, 50．

[5] 牟 琴．基于计算思维的计算机基础课程教学与学习的模式研究与实践[D]．成都：四川师范大学，2012．

[6] 冯桂尔．基于计算思维的大学计算机基础改革[J]．电脑知识与技术，2013，9(36)：8373-8374, 8376．

[7] 李 玉，徐 燕，汪 巍．基于“计算思维”的大学计算机基础教学研究[J]．电脑知识与技术，2014，10(4)：775-777．

[8] 项芳莉．基于计算思维的计算机基础课程教学研究[J]．宿州学院学报，2014，29(4)：111-113．

[9] 何钦铭，陆汉权，冯博琴．计算机基础教学的核心任务是计算思维能力的培养[J]．中国大学教学，2010，12(9)：5-9．

[10] 赵海婷，李洪萍．案例教学法在《生产与运作管理》教学中的应用[J]．南昌高专学报，2010，9(5)：109-111．

[11] 冯根尧．“生产运作管理”实践教学方法探讨[J]．实验室研究与探索，2009，28(1)：118-120．

[12] 李银满．我院《生产与运作管理》课程教学方法改革探讨[J]．东莞理工学院学报，2007，14(2)：63-65．

Applicationofcomputationalthinkingintheteachingofproductionandoperationsmanagementcourse

LIHuai-Min，GUOBo，YANGYing

(SchoolofComputerandInformationEngineering,FuyangNormalUniversity,FuyangAnhui236037,China)

ThearticleaimedattheproblemofProductionandOperationsManagementcourseteaching,studiedonhowThoughtComputationisappliedincourseteachingtochangeoldeducationalmodelandimproveteachingeffects.AccordingtothecharacteristicsoftheProductionandOperationsManagementcourse,whichmainlyadoptedthecaseteaching,andcarefullydesignedcoursecontentandrecentcasestudies.Teachertookmeasuresofthecomputationalthinkingtoanalysisoncase,whichnotonlycultivatesthestudents'computationalthinkingabilitybutalsostimulatestheirinterestinlearningandimprovestudents'abilitytosolveproblems.

computationthought;productionandoperationsmanagement;caseteaching

2014-09-28

安徽省质量工程项目(2013jyxm132，2014jyxm224，2013zy167);阜阳师范学院质量工程项目(2012KFKC09，2013ZYSD03，2013ZYSD05，2014ZYGX03，2013JYXM49,2014JYXM15,2014JYXM35,2014JYXM43,2014JYXM42)等资助。

李怀敏(1978-)，女，硕士，讲师，研究方向：生产与运作管理、信息管理与信息系统。

G642

A

1004-4329(2015)04-122-05

10.14096/j.cnki.cn34-1069/n/1004-4329(2015)04-122-05