面向新工科的“计算思维”人才培养探索实践

靳 冲 李 真 张优敏

（重庆工程学院大数据与人工智能学院 重庆 400056）

一、新工科教育中“计算思维”所处的背景

随着计算机技术的飞速发展，计算机应用已渗透到人类社会的各种领域，社会对人才在计算机应用方面的能力和技术水平提出越来越高的要求，从简单的会编写程序变成了对于计算机应用能力的提升。在这种背景下，高校通过计算机课程教学思想、教学目标以及教学模式，教学内容的大范围改革，实现了由狭义的技能教育到能力培养教育的跨越，开始了由能力培养教育到思维培养教育的转变。但是现状调研表明，目前我国信息技术课程还存在着内在价值“模糊化”、内容“简单化”、方法“形式化”的不足[1]。

教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会副主任委员李廉教授说：“我们要加强对于学生使用计算机解决问题的基本思维和方法论方面培养，这才是当前教育所缺乏的内容。而具体怎么做，甚至可以作为学生的课外练习来训练。特别是当课堂教学时数有限时，讲什么和练什么更成为一门课程体系设计要考虑的内容[2]。”当前高校很多的学生缺乏计算思维的意识，甚至根本不会利用互联网来搜索一些基础问题的答案，更不会利用计算机解决生活中的一些常规问题，这都是缺乏计算思维所导致的必然结果。

二、计算思维的内涵以及包含的能力素质

周以真教授指出“计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动”[3]，即计算思维是从解决问题的角度出发，强调使用计算机科学的知识解决问题的方法和思路。

计算思维的本质是抽象与自动化[4]。抽象即通过离散化，符号化，模型化来描述问题，提取问题的本质，求解问题；自动化则是把求解问题的过程程序化，利用计算机等工具使用编程的方式来求解，自动的执行。

新工科教育中具有计算思维的能力。首先要具有计算思维的意识，当遇到问题，能首先想到使用所学的计算机科学的知识，利用计算机等工具进行问题的分析，提取问题的本质，模型化描述问题，意识形态是首当其冲的。其次，具有了计算思维的意识，并经过大学四年所学的计算机科学理论知识的熏陶以及第二课堂的实践和社会上以及学校的各类计算机竞赛以后，本科生就该知道计算思维的思维过程和思维方法，进而利用计算思维的方式解决问题，即具备了计算思维的能力。

三、新工科教育中如何培养学生的计算思维能力

（一）教学内容知识点的设计

教学内容的设计不仅是一堂高质量课堂的基础，也是计算思维能力培养的基础。设计教学内容的知识点要体现出对计算思维能力的引导，知识点是教学活动中的最基本单元，所有的“教”与“学”都要围绕知识点来开展。

（二）教学内容设计的方式

熟练掌握计算机科学的知识点是形成计算思维的基础，只有掌握了基本知识点才有可能具备相应的能力，没有知识，也就无从谈起计算思维能力的培养。目前高校很多本科生往往会忽视基本的概念或者不愿意花时间去学习深入研究，其原因大多是知识点的呈现方式过于单一，并不一定能描述清楚知识点。知识点在设计方式上采用文字，图像，动画，甚至视频相结合的多元的呈现方式，让学生根据自己的需要来选择适合自己的习惯学习。

（三）教学方法的设计

教学过程是由“教”和“学”两方面构成的。“教”的主体是老师，“学”的主体是学生，“教”的最终目的是“学”，所以坚持教师为主导，学生为主体，一切以学生为中心的教育理念，教学过程中一方面培养学生的计算思维方式，另一方面培养学生使用计算机技术解决问题的能力，以培养学生学习与思维能力为核心。

（四）教学模式的设计

采用问题式学习（Problem-based Learning，PBL）的教学模式提高学生的计算思维能力。周以真教授在提出的计算思维相关论点中指出从计算思维的角度去解决问题，着重强调解决问题的思路和方法。设计教学案例都从思维入手，以任务驱动来构造求解问题的过程和程序。使用符号化，离散化，模型化的方式描述问题，每堂课通过案例反复的训练，不断的刺激学生的神经元，让学生使用计算思维的方法解决问题形成一种条件反射。

（五）教学考核方式的设计

课程考核设计为四个维度。“笔试+作业+课程实验+考勤”的综合评定方法，降低期末考试笔试的权重，增加作业和课程实验的权重，每次的作业都是让学生找采用此算法所解决的问题的案例，分析问题并抽象出问题用符号来描述问题，然后采用程序实现，课程实验课上讲解算法原理思路以及主要程序，学生练习全部编程实现，调试运行没错出结果，以此来增强学生的系统建模能力和算法设计能力以及调试bug的能力。

（六）教学评价维度的设计

教学评价设计为四个维度。第一，计算思维与处理问题的能力是否提升；第二，对于学习兴趣与严谨的学习态度是否有提高；第三，对于学习其他学科是否产生新的兴趣或者提高了自觉性；第四，对于考核方式是否认同。从这四个方面来了解学生是否真的有所进步，这种进步不局限于计算思维的能力。

四、结束语

新工科教育环境下培养具有“计算思维”能力的人才是当前社会紧急需要的，是顺应时代发展要求的，是我们高校计算机教师特别需要重视的。通过本文的研究与探索实践后，能提升本科学生的计算思维意识，提高学生分析问题以及利用计算机解决本专业以及相关领域问题的能力，改善学生抽象模型，简化原理的思维方式，真正让学生形成一种计算思维的条件反射。