基于计算思维的高职教学模式探索

摘要：本文研究计算思维应用于高职教学模式改革中的理论问题与具体方法。首先梳理当前计算思维研究现状并提出计算思维概念的层次化结构，详细阐述了计算思维的核心要素、培养目标与实现方法，并在此基础上，探讨了计算思维理论应用于高职教学模式改革中的问题与解决思路。

关键词：计算思维；核心要素；教学模式；教学案例

中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1005-1422（2016）07-0007-03

收稿日期：2016-05-05

作者简介：邓单（1981-），男，广州番禺职业技术学院教师，高级工程师，博士。研究方向：计算机网络、信息安全。（广东 广州/511483）

基金项目：本文系广州市教育科学“十二五”规划面上一般课题（编号：1201431075）和2015广东省高职教育信息技术教指委教改课题（编号XXJZW2015050）资助项目成果。

一、引言

计算思维的系统理论最早由周以真教授提出，并由其他研究学者进行了深入探讨与扩展。2010年，九校联盟发表计算机基础教学发展战略联合声明：旗帜鲜明地提出要将计算思维能力培养作为计算机基础教育的核心任务。至此，相关研究机构与学者掀起了计算思维研究的热潮。

四川师范大学的牟琴等对计算思维的理论及其在计算机相关课程中的应用进行了系统研究。浙江大学陆汉权、何钦铭认为计算思维的核心是基于计算模型（环境）和约束的问题求解。作者提出计算思维的核心方法就是“构造”，包括对象构造、过程改造和验证构造。并将计算思维与数学思维、逻辑思维和工程思维进行了简要对比。进一步，作者在分析计算思维核心方法的基础上，探讨了计算机专业核心课程改革思路，以计算机网络课程为例，提出完整的课程教学内容组织架构，将教学内容的实施过程分为四个步骤：问题引入，解决思路，实现方法，发散提问。聂哲针对当前高职院校中计算机基础课程教学现状，探索计算思维视野下计算机公共基础课程如何进行信息素质培养。邱苏林将计算思维的基本理论与高职院校计算机基础教学实际相结合，探讨在面向计算思维改革过程中的面临的问题，提出计算机综合应用为核心，同时注意计算思维培养能力的原则。陈国良院士和董荣胜教授从研究层面、技术层面和专业层面阐述了计算思维教育的目的，为计算思维基本概念的表述体系提出包括三层次的基本框架，并认为计算思维为人们提供了理解自然现象的提供了新视角，为解决问题提供新途径，强调了创造知识而非使用信息。哈尔滨工业大学的战德臣等提出了大学计算机面向计算思维的课程内容最小集合以及扩展集合，试图破解在计算机课程教学内容体系方面的困惑。南开大学的赵宏等深入分析了我国大学计算机教学危机的主要原因，介绍了计算思维理论的改革历程与重要成果，也指明了目前基于计算思维教学改革的问题与挑战。赵龙德提出以计算思维为核心、以计算过程为主线的大学计算机课程认知体系构建和计算思维培养新思路，同时说明如何在实践基础上构建大学计算机课程认知体系的最小集。

2013年4月，北京大学、清华大学等43所高校齐聚厦门，对大学计算机教学体系进行了广泛而深入的研讨，发表了厦门会议共识，要求坚持在计算机教学面向应用的过程中 培养计算思维，并认为计算思维应成为大学生的普适能力，同时面向应用是计算思维能力培养的出发点。会议共识为梳理了计算思维的内涵意义，提出对大学生计算思维能力的培养就按照分类原则，并为计算思维理论的教学实践指出了可操作性的方法。

虽然对计算思维的理论与应用的研究一直是高校教学改革研究的热点，也取得了一系列丰硕的理论与实践成果，但直到目前为止，对计算思维的内涵与外延的定义仍在不断探索与讨论之中。另一方面，由我国一流大学提出的计算思维理论是否适用于高职院校，计算思维理论如何与高职院校学生培养中的面向应用面向职业能力理念相统一等问题，仍然需要我们进一步探索。

二、计算思维的再认识

为探讨计算思维理论在教学改革中的应用，我们首先对已有研究成果进行归纳与梳理，并对计算思维的内涵与外延进行重新认识。

如图1所示，我们首先将计算思维的基本概念进行层次化分解。按照计算思维基本概念的不同要求，我们分为三个层次：核心要素、培养目的与实现方法。

（一）计算思维的核心要素

陈国良院士曾提出：计算思维与实验思维、理论思维一起并称为三大科学思维，而科学思维的共同基本特征是抽象化。抽象化即是约简、嵌入、转化和仿真等方式，将复杂庞大的系统问题重新分解为若干个我们相对容易处理的小问题。为更好是理解计算思维的本质特征，我们首先需要分析计算思维的核心要素与核心能力。

计算思维的核心要素是其基本概念的最本质特点，也是其他两个层次的理论基础。我们将计算思维的核心要素定义为：将计算机科学与其他学科相结合，并以抽象化和自动化分析为具体手段，从而解决技术问题的方法体系。

周以真教授曾提出：计算思维指的是一种能力，这种能力通过熟练地掌握计算机科学的基础概念而得到提高。我们则将上述定义进一步扩展，强调运用计算机科学的相关知识，并与其他学科相融合，或将计算机科学中的思维方法应用于其他学科，以此来解决问题的方法。Denning曾提出著名的计算原理七大类别：计算、通信、协作、记忆、自动化、评估和设计。我们将上述分类重新整理并结合董荣胜教授对计算思维表述体系的相关论述，提炼出简明易懂的计算思维的核心能力：算法思维与设计，抽象能力，分析与评估。

基于计算思维的高职教学模式探索

（二）面向计算思维的培养目标

一般认为，在传统的计算机课程教学过程中，计算思维是隐藏在知识与能力培养过程中。学生大多在无意识状态下接受了计算思维的训练，或者在学习过程中通过自身的感悟与摸索得到计算思维的相关理念与认识。面向计算思维的计算机课程改革则需要将计算思维的核心要素融入到每一堂课程中，要求教师将计算思维的概念与思维方式有意识地对学生加以引导，通过教学案例循序渐近地培养学生自觉应用计算思维的能力。换言之，面向计算思维教学模式的培养目的是培养计算思维的逻辑分析习惯。让学生具备专业领域研究者一样的思考解决问题的习惯和方法，具体地说首先需要培养学生以专业视角对问题进行描述的能力；其次是将具体问题抽象化的能力和相应算法设计能力；最后则是将复杂问题进行分解后再综合解决的能力。

（三）培养计算思维的实现方法

明确面向计算思维的培养目标之后，我们需要继续探索可行的培养计算思维的实现方法。传统的计算机专业课程都是以应用能力为教学目标，面向计算思维的培养理念与应用能力培养不仅不会冲突，而且可以相互促进。计算思维能力的培养必须以应用能力为基础，计算思维能力的培养目标必须在计算机综合应用能力教学过程中，潜移默化地实现。技术层面上，计算思维的培养过程，不需要对现有教学体系全盘推翻。更推荐的方法是对现有教学内容按照计算思维的逻辑结构重新组织；或者在经典的章节教学之后，再用计算思维的语言重新表述，帮助学生理解其中的思维特点。

三、计算思维理论在高职教学模式中的探索

计算思维的教学理念是由我们一流大学率先提出并广泛采用的，而高职院校的在培养层次和内容上与研究型大学有巨大差异。将计算思维理论应用在高职计算机教学体系中，还需要与高职教学实际相结合，探索出适合于高职特点的教学模式。

当前高职教学模式普遍采用案例教学或项目教学模式，如图2所示，我们试图将计算思维能力培养与案例教学相统一，将计算思维的理念与培养目标，融入到教学案例的讲解与讨论中。

传统的案例教学中，通常以行业中某个典型技术问题为背景。在教师简要进行情境导入后，组织学生对技术背景进行技术性复述，要求学生以专业视角对问题进行描述；学生了解具体场景需求后，可组织小组讨论的方式，将实际生活中的技术问题进行抽象化，进而能够将较为复杂的难题分解为几个较为简单的技术问题；在问题分解的基础上，运用已有的储备知识尝试从不同角度不同方法对问题进行分析与解决，并最终能够提出综合解决方案。学生在分解问题与综合归纳过程中，已经得到了计算思维培养目标的有效训练。教师需要适时地对讨论结果与解决思路进行点评，并引导学生将已有成果推广到更一般的应用场景，并整理出一大类场景的统一解决思路，以此回归到计算思维的核心要素中。

基于计算思维能力培养的教学模式中，还需要配合针对性的教学评价体系。基于计算思维的评价体系，可以从具体课程的教学培养目标中提取中对应的若干种计算思维能力项目，通过测试考核方式对教学效果进行定量评价。

四、小结

本文研究计算思维应用于高职教学模式改革中的理论问题与具体方法。我们首先梳理了当前计算思维研究现状并提出计算思维概念的层次化结构，并详细阐述了计算思维的核心要素、培养目标与实现方法；在此基础上，我们探讨了计算思维理论应用于高职教学模式改革中的问题与解决思路。

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责任编辑赖俊辰