新工科理念下计算机专业人才计算思维培养路径探究

孙雅娟 刘霜

摘要：现阶段计算机专业人才培养主要以书面理论知识为主，无法满足新工科理念下对学生信息技术能力的要求。针对这一问题，开展新工科理念下计算机专业人才计算思维培养路径探究。通过引入双创教育模式，培养学生的高阶计算思维能力;结合计算机专业特点融入计算思维;利用Python语言训练计算思维;创新培养方式渗透计算思维。为计算机专业人才培养提供全新的创新和改革思路。

关键词：新工科理念;计算机专业人才;计算思维

中图分类号：G642      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）31-0190-02

在新工科理念下，要求高校应当将各个学科有机结合，尤其是对于需要运用信息技术与传统工业深度融合的学科，未来市场对于计算机专业人才的需要也必定是要求学生具备将信息技术与学科融合的能力，以及结合现代化技术解决问题的能力[1]。因此，对于高校计算机专业人才培养提出了高要求和高标准。当前计算思维培养是国内外教育领域重点研究的话题之一，有关计算思维的理论和实践研究，也同样得到了教育部门的大力支持[2]。高校在重新定义计算机专业课程内容的同时，更应当加强对计算机专业人才计算思维的培养。作为三大科学思维之一，在高校计算机专业课程的教学内容、方法、工具等多个方面进行全面的改革，培养计算机专业人才计算思维能力，并逐渐将学习目标转变为将计算思维能力与符合高素质创新人才培养有机结合，不断培养学生的创新应用能力和实践操作水平。

1引入双创教育模式培养高阶计算思维

计算思维是一种解决问题的思考方式，在新工科理念下，培养计算机专业人才的计算思维应当强调将思维方式融入具体的工作任务当中，有效解决问题并从中学会处理该类问题的一般思路[3]。改变传统计算机专业人才培养中强调软件、工具的学习方式，在传统教育模式中，培养学生学会使用某一项工具的能力会消耗大量的时间，而相应的计算机软件又会随着科技的不断进步和更新变得更加多样化。若在培养专业人才的过程中只是为了了解和认识工具和软件，则需要大量的时间，同时对于工具和软件很难做到灵活运用。但实际上，当前产生的工具和软件都是通过一系列的计算思维支撑，当学生可以充分理解软件后的计算思维方式，则可以起到事半功倍的效果，同时也可将掌握的计算思维迁移到不断迭代更新的工具当中[4]。在新工科理念下产生的“大众创业”和“万众创新”双创概念对于社会经济、政治以及文化等都有着不同程度的影响。在培养计算机专业人才计算思维时同样可以引入双创教育模式，培养复合型高素质的创新人才。在潜移默化中使学生具备基于计算思维的探究式学习能力。图1为基于计算思维的探究式学习模式。

学生具备基于计算机思维的探究式学习模式可根据教师设定的问题情境，根据具体的问题及认知目标，对问题进行探究，并将难以解决的大问题转换为多个容易解决的子问题，从而提出对应的解决方案，并通过实践进行验证。以此让学生真正掌握计算科学的基本理论和方法，进而培养计算机专业人才具备高阶计算思维的能力。

2结合计算机专业特点融入计算思维

在新工科理念下，计算机专业人才的培养内容应当结合其专业特点，并充分融入计算思维。针对计算机专业的基础课程内容不应当将专业中所有内容进行统一，规避传统方法以学习需求为中心的课程内容，根据计算机专业特点选择合理的内容安排课程。同时，还应当充分考虑到计算机专业日后在市场发展中的需求[5]。在培养过程中融入计算机专业元素的教学实例，以教学实例为载体，融入培养学生的计算思维能力。图2为引入计算机专业元素教学实例的计算机专业课程内容安排。

将课程内容分为教师活动、教学过程以及学生活动三个部分。教师活动应当结合当下新工科实际设置问题，并激发学生的学习动机;引导学生运用计算思维方法，将大任务划分为多个学科问题;在教学过程中教师应当不断指导学生分析问题，以此促进学生的计算思维;指导学生运用计算思维的方式解决具体问题;最后总结评价问题的完成情况，并给出相应的反馈意见[6]。在教学过程中，可将计算思维进行更加细致的划分，分为：抽象思维、逻辑思维、纠错思维、算法思维、分解思维等。根据不同思维方式设置不同的环节，例如培養学生纠错思维可通过学生交流讨论完成;培养学生逻辑思维可通过学生自主设计完成课后作业完成等[7]。在学生活动过程中，学生应当充分体验问题的情境，产生应对不同任务的意识;明确问题具体内容，根据教师提醒，结合计算思维方法将任务转换为学科问题;根据教师引导，采用计算思维方式，提出具体的解决办法;运用计算思维，探索学科问题的解决方案;在最后环节，学生可通过相互之间的沟通和交流，总结、归纳问题，并整理反馈信息，完成对课程内容的内化和迁移。

还可通过建立对应的映射矩阵方法，表1为专业能力目标、知识表达和教学范例的映射矩阵。

由教师引导学生从应用者角度融入计算思维方式解决问题，以此提高对计算机专业问题的构思、设计、实现和测试，让学生从整个过程中体会到如何利用计算思维分析、解决实际问题。

3利用Python语言训练计算思维

在计算机专业中，Python是一种跨平台式的计算机程序设计语言，以更高的层次结合理解性、编译性、互动性等特性的脚本语言。Python具有资源丰富且强大的数据库支持，是当前计算机领域中最受人们欢迎的编程语言，能够广泛应用于多种不同需求的工作场合。在对计算机专业人才计算思维培养过程中，教师可以通过引入Python语言，为学生提供更加丰富的、更有深度的教学内容，在引入过程中，教师逐步将计算思维的基础概念引入，让学生自主发现问题，并需要解决一系列问题的解决途径，最终不仅可以有效解决当前具体问题，还可以从中学会解决这一系列问题的方式和方法。Python具备针对Microsoft Office Excel处理的xlrd、xlwt等扩展工具;针对Microsoft Office Word处理的python-docx、python-pptx等工具。这些工具在使用过程中操作简单，且十分有效，能够极大吸引学生对计算机专业的学习兴趣，也可帮助学生解决日后工作上的问题，并在解决问题的同时建立起更加有效地计算思维能力。

4创新培养方式渗透计算思维

计算机专业人才培养涉及内容较为广泛，学生在学习过程中获取的知识点也相对更加分散，学生需要掌握的内容包括计算机的组成结构、基本原理、软件操作、计算思维等。若沿用传统培养方式由教师进行统一授课，再由学生课后自主练习，学生的学习积极性很难被调动。因此，针对这一问题，需要对传统培养方式进行创新，从而将计算思维渗透到培养内容当中。可采取更加灵活、多样化的培养方式，更加注重计算机专业知识的趣味性、多样性，以此在最大程度上吸引学生主动参与到学习当中。还可采用任务驱动的方式将课程内容展开，并通过设定具有一定难度的任务活动，由教师带领学生围绕该任务进行不断探索。学生在解决问题的过程中，有明确的任务目标、分工，在教师的协同帮助下，在强烈的问题驱动下，以更加积极地态度参与到学习当中。在解决问题时可以充分锻炼学生的计算机专业各类综合能力，实现对问题的构建、分析，找出解决问题以及对应一系列问题的思路，最后通过利用计算机有效地将问题解决。计算思维能力的培养还需要通过在非计算机专业领域的迁移应用过程中体现学生的能力，因此还需要通过更加丰富的实际案例，结合多个学科和专业综合锻炼学生的计算思维能力。

5结束语

本文针对当前新工科理念下对计算机专业人才的计算思维培养路径进行了深入的探究，从四个方面入手，对培养内容、方式、方法等进行全面的创新，以此使计算机专业人才更加适应当前新工科建设的要求。这种新的人才培养途径具有十分重要的现实意义和推广价值，让學生在日后的工作中具备解决不同问题的计算思维能力，是培养国家和区域经济社会发展新需求的计算机创新、创业应用型人才的现实路径。

参考文献：

[1] 吴云峰.基于游戏化教学的计算思维培养教学方案——以高中信息技术选修课《算法与程序设计》为例[J].中小学电教，2018，47（11）：23-26.

[2] 吴丽萍.中高职衔接背景下《程序设计基础》课程教学研究——以计算机网络技术专业为例[J].电脑知识与技术，2019，15（3）：131-132.

[3]马思根，刘文江.计算机基础与计算思维相结合的“计算机导论”课程知识体系构建研究[J].计算机时代，2019，46（5）：87-90.

[4] 高燕.在任务驱动与自主探究学习中培养计算思维的研究——以“Python程序设计奇妙的绘图”为例[J].中国信息技术教育，2019，76（2）：054-056.

[5]谢翌.基于“计算思维”能力培养的大学计算机基础教学方式探讨[J].中国多媒体与网络教学学报（上旬刊），2019，58（7）：011-012.

[6]谭程宏，卢雪松.基于计算机思维培养的计算机基础课程教学模式的探索[J].中国多媒体与网络教学学报（上旬刊），2019，68（8）：174-175.

[7] 刘佳宜，王旭卿.融合计算思维的国外项目式创客教程分析——以微软micro：bit CS教程为例[J].文化创新比较研究，2020，54（8）：104-105.

【通联编辑：张薇】