CDIO理念下大学计算机基础教学中的计算思维培养

申艳光 孙胜娟 薛红梅

摘要：感悟和凝练计算机科学思维模式，将其融入可持续发展的计算机应用中，这是作为工程人才不可或缺的基于信息技术的行动能力。以CDIO教育理念为基础，以计算思维为切入点，以信息素养的培养为导向，对非计算机专业计算机基础课程进行了改革。从课程设计和教学内容、教学方法与手段、教学条件、教学队伍四个方面进行了探索与实践。

关键词：计算思维；大学计算机基础；CDIO

中图分类号：G642 文献标志码：B/A 文章编号：1674-9324（2016）39-0179-02

一、CDIO与计算思维能力培养

CDIO大纲中的第二部分强调了个人、职业技能和特质的培养，认为工程师应掌握的三种思维模式是：工程思维、科学思维和系统思维，其中科学思维包括实证思维、逻辑思维和计算思维[1]。所以，计算思维的培养将有利于提高工程师的科学思维能力，符合CDIO理念的要求。

无论是计算机教育工作者，还是计算机普通用户在学习和使用计算机的过程中，应该着眼于“悟”和“融”：感悟和凝练计算机科学思维模式，并将其融入可持续发展的计算机应用中，这是作为工程人才不可或缺的基于信息技术的行动能力。在非计算机专业第一门计算机课程中引入计算思维能力的培养，是提高大学生工程能力和信息素养的有效途径，是CDIO教学模式改革中极其重要的环节。

计算思维是计算机和软件工程学科的灵魂，作为第一门非计算机专业的大学计算机基础课程，应该把培养重点放在学生的计算思维与信息素养能力上，应注重可持续发展的计算机应用能力培养，强调在分析问题和解决问题当中的终身学习能力，从而提高学生的思维能力、扩展思维宽度以及提高解决实际问题的能力。

二、大学计算机基础教学中的计算思维培养

在计算机基础教学中，我们将原来的《计算机文化基础》课程更新为《计算文化与计算思维基础》课程，主要从以下几个方面进行了计算思维培养的探索与实践。

1.课程设计和教学内容。我们对课程教学内容体系进行了科学规划，针对计算思维的培养进行了教学内容的设计和教材建设。在适度的基础知识与理论体系覆盖下，突出回归人本和回归工程的教学方法论，既强调内容宽度和知识深度的结合，又通过把科学思维的要素、方法融入问题和案例，从问题分析着手，强调面向计算思维和信息素养的培养，力求达到“教师易教，学生乐学，技能实用”的目标。

（1）教材的编写宗旨是建设符合我国实际的DR-CDIO（Double Regression-CDIO，回归人本，回归工程）人才培养模式的教材体系，有针对性地进行计算思维运用的教学内容的设计。按照认知规律，采用由简入深、由外入内的教学模式。教材内容不只是讲授计算机科学知识，更注重展现了计算思维以及思维能力和工程能力的训练。

（2）面向現代工程师素质要求，多方位、多角度地培养工程能力。教材中设有“思考与探索”、“角色模拟”、“分析与认证”、“能力拓展与训练”等多种小栏目，力求多方位、多角度培养学生的工程能力，包括团队协同合作、有效合作、有效沟通、有效管理的能力、终身学习能力、社会及企业环境下建造产品的系统能力、可持续发展的计算机应用能力等。

“思考与探索”是面向计算思维的对于知识的一种解析，旨在培养学生的计算思维能力和善于观察、勤于思考、勤于探索的良好学习习惯和品质。

“角色模拟”主要是通过模拟工程师与真实世界之间的互动，通过项目分析、设计与实现，进行工程设计教育、创新教育和工程训练，强化学生实际动手能力和工程实践能力的培养，从而提高学生应用工程知识解决真实问题的能力。

“能力拓展与训练”包括一些思维密度较大、思维要求较高和需要自主学习的问题和要求，旨在培养学生的系统思维能力、发散思维能力、创新思维能力、沟通能力、适应变化的自信能力以及团队协作创新的工作理念，激发学生自主探究性，在拓展创作中实现自我价值，并培养主动学习、经验学习和终身学习的能力。

（3）通过把科学思维的要素、方法融入问题和案例，从问题分析着手，面向计算思维和问题求解能力培养。教材精选贴近生活的具有趣味性和实用性的案例，把科学思维的要素、方法融入案例中。

（4）强调教育的根本目标是人的完善。目前的教育过于重视学科知识和智力培养，偏离了教育的根本目标是人的完善，教材按照河北工程大学的DR-CDIO人才培养模式，重视人的全面发展，在教材每章后附有艺术家书法作品一幅，旨在和读者共勉，内容引用了名言、警句、古诗词名句等，并在附录中附有《弟子规》原文，旨在传承中国传统文化之精华，充分发挥中国传统文化对校园和社会所产生的净化心灵、熏陶品质的作用，使读者感悟中华文化的真谛，提高内涵素养和外在修养，从而塑造正确的思想道德观念和人生价值观念，提升德行修养，塑造健全人格。

2.教学方法与教学手段。

（1）案例教学法。采用“学习目标—实现方法和步骤—相关知识”的案例教学模式，从问题分析着手，强化如何进行抽象，如何将现实生活和工作中的问题抽象为一个数学建模问题或者一个形式化问题，从身边的问题求解讲解到计算科学家如何进行问题求解。比如，通过警察抓小偷、国际会议安排座位等问题的例子，来阐述现实问题如何通过人类的思维活动将其形式化、程序化和机械化后，交给计算机轻松地完成的过程。

（2）项目教学法。设计了以培养计算思维为目标的面向学科交叉及应用的计算机综合实训项目。成立CDIO课程小组，学生5～6人一组，实行组长负责制，小组讨论、实验实训、课程考核答辩等均以小组活动的形式进行。项目实践活动采用成立学生兴趣俱乐部的方式，采取师生双向选择的方法，结合各类计算机大赛，提高了学生的创新能力。

（3）教学条件。随着计算思维能力培养模式下教改的深入，逐步进行了教案、课件、教学网站、实验实训教学和项目实践活动平台建设，并建立了面向计算思维能力培养的考核形式，增加项目报告、学习记录、展示作品、设计评估等形式，采用自评、学生评、互评、学校评、总评等方式进行，力求客观、公正和公平。

（4）教学队伍。在以培养学生计算思维能力为目标的教学模式中，必须进行教师角色和思维的转变，我们通过制订工程技术培养培训和学术交流计划，鼓励与支持教师定期接受技术培训和国内外学术交流，并做好对青年教师工程素质培养的“传帮带”，以提高师资队伍的工程素质，以期逐步建立起一支面向先进工程教育的可持续发展的教学队伍。

三、结语

经过几年的逐步改进和完善，我们选取一些普适性的内容开设了精品视频公开课《心连“芯”的思维之旅》，2014获批教育部中国大学精品视频公开课，并取得了良好的社会效益。

计算思维能力的提高和信息素养是一个长期的工作，在学生未来的生活和工作中将会逐渐体现出来，应该使学生通过自我学习和领悟，使其最终内化为一种思维习惯。

参考文献：

[1]顾佩华，沈民奋，陈小华.重新认识高等教育——国际CDIO培养模式与方法[M].北京：高等教育出版社，2009.