基于混合思维能力培养的计算机类实践教学改革研究

摘要：在大数据及云计算技术、人工智能技术快速发展的背景下，不同行业对计算机专业人才的抽象仿真、综合实践应用与创新能力提出了更高要求。在计算机人才混合思维能力的要求下，高校计算机专业课程的教育教学应秉持专业共建、课程共建、资源共享、项目共研的发展理念，与校外企业形成联合，对原有的课程内容、教学方式作出改革创新，建立多元化、层次化的计算机实践教学体系，引入慕课（MOOC）、微课等网络在线教学模式，开展基础理论知识、实践案例的交互教学，加强师生之间的互动交流、问题探究，以促进学生基础思维能力、工程实践能力和创新能力提升。

关键词：计算机;混合思维能力;培养;实践教学

前言：计算机类专业课程是理工类高等教育体系中重要的组成部分，包含着C语言编程、局域网组建、软件工具开发、网络安全管理等多方面实践内容，可以被应用到计算机软件开发、工程项目、电子商务等行业之中。因而高校计算机类专业实践课程的教育教学，也要从课堂案例实践、项目或工程实践的角度出发，选取基础的语言算法、语言结构等理论知识，以及软件开发、电路或系统设计的实践案例，对学生进行全方位的逻辑思维、抽象思维、综合应用能力的教育，来最大程度保证计算机实践课程的混合思维教学质量。

一、混合思维能力的主要内容及层次化认知模型

计算专业课程的混合思维能力，通常涵盖了计算思维能力、工程思维能力、创新思维能力等内容，计算思维、工程思维和创新思维等的交叉培养与应用，可以逐渐引导学生参与到课堂案例、课外实践活动的学习之中，具体的层次化认知模型如图1所示。其中计算思维能力是计算机科学家周以真提出的概念，他指出“计算思维能力是运用计算机基础理论，对某一外部事件、数据信息处理的能力，是信息化时代解决海量、繁杂数据运算的重要方式。”因此，计算思维能力作为解决复杂问题的操作工具，所具有的程序功能性要大于实践应用性。

然而，工程思维能力则更倾向于计算机项目的实践能力，是指工程人员、技术人员在处理实际的计算机实践问题时，其本身所经历的心理活动、心智变化过程，一般包括提出问题、工作内容排序、思维认知与调整、实践方式、工作成果判断等的执行流程。在计算机工程程序执行活动中，工程技术人员的思维是整体性、系统性思维，参与计算机工程人员，通常会综合运用自然科学、社会科学、管理科学等知识，对遇到的计算机实践问题进行操作分析、探究解决。

最后，计算机专业课程的创新思维能力，是在计算机基础理论知识、课堂实践教学的前提下，引领学生进行不同计算机内容的联想、发散与移植，形成其形象思维、抽象思维与多向性思维的能力。在计算机类理论、实践课程的学习中，学生根据计算机实训案例、工程项目的活动，对某一计算机系统内不同组成要素之间的联系，作出创新思考、实践管理，提高学生参与的积极性。

二、目前计算机类专业课程实践教学存在的问题

1.缺乏计算思维、综合实践思维的教学理念

现阶段不同高校计算机专业课程的教学活动开展仍旧以基础理论知识的“讲授式”教学为主，整个课堂中教师占据主导地位，学生只能被动接受教师讲解的计算机内容。部分教师认为计算机实践课程，仅仅为基础理论内容的验证和补充，因而对计算机实践案例、实践活动教学，投入的精力、分配的课时较少。这一教育理念下高校教师对于计算机课程情境、课程教学内容的组织设置，也往往忽视学生计算思维、综合实践思维能力的培养，很少将计算机基础理论知识，与相关的实践内容进行紧密结合，也没有为学生提供课堂实训、社会实践参与的机会，学生缺乏学习主动性，难以得到计算机编码运算、工程問题实践的能力提升。

2.计算机类专业课程的实践软硬件设备不足

由于高等院校财政资金、教育经费的限制，通常教育管理部门只是在校内，引入多媒体软件、PPT课件、电子计算机等软硬件，而缺少计算机实验/实训室、专业仿真软件的设置与应用。

特别在《计算机组成原理》、《数据结构》、《C语言程序设计》、《数字/模拟电路》等专业课程的教学中，虽然教师也会引导学生上机操作，但更多的是利用PyCharm、Navicat Premium、Visual Studio Code等软件，进行简单的程序编译，但缺乏运用CFD、Ansys等软件的案例仿真实践。此外，高校计算机专业实践教学活动，也很少与校外企业进行联合，建立计算机工程项目的实践基地更是无从谈起，这使得整个计算机实践教育的质量不高。

3.计算机实践内容、实践教学方式缺乏创新

面对计算机计算思维、工程思维、创新思维等综合人才培养的形势，各高等院校开展的实践课程教学，没有根据社会企业的实践创新要求，制定科学完整的实践教育体系。首先在计算机类专业实践内容的组织方面，教师更倾向于课内基础理论知识、实践案例的整合，缺乏课外“思维引导性”计算机实践内容的搜集，也未针对某一典型的实践教学案例，展开计算机探究问题、实践工作流程的合理设置。

其次，对于计算机类专业课程的实践教学方式，缺乏教学情境、在线测验、交互模式等的创新。由于计算机实践设备、教师实践经验的限制，多数教师仅仅是利用多媒体软件、PPT课件，向学生演示一些简单的计算机编程、数据结构等验证性实验，缺乏大型系统设计、软件开发的实践案例，也很少与学生展开“一对一”互动交流、实践探究，不利于学生实践创新思维的养成。

三、混合思维能力培养理念下计算机类实践教学的改革创新策略研究

1.构建以混合思维能力培养为主的实践教学理念

高校计算机专业学生的混合思维，既包含基础理论知识识记的编码运算思维，也涵盖了提出问题、实践参与、解决问题的工程项目实践思维。在学生计算机综合思维能力的教学目标指导下，教师应根据现有的教材大纲、课程教学内容，建立以学生为主的情景参与、实践教学理念，进行相关课程问题、实践教学案例的讲解。

一是针对不同学生的计算机思维认知、学习状况，对原有的课程“讲授式”教学方案作出创新，设置层次化的计算机基础理论、实践教学情境，引导学生参与到专业理论知识学习、案例综合实践之中。二是围绕计算思维、工程思维能力的培养目标，创设“问题导向式”的计算机课程实践情境，利用融媒体等新型网络手段，向学生演示、讲解相关的编程实践、系统设置内容，突出计算机课程教学，对学生计算思维、项目活动实践能力的培养。

2.创新计算机课程的混合思维理论、实践教学方式

计算机类专业课程教学活动的开展，要以课程教材理论知识、课外案例实践等内容，作为学生混合思维教学的驱动任务。如首先在计算机课程《C语言程序设计》的教学中，可以根据每单元的教材大纲、知识传达要求，将混合思维课程的教学内容，分为讲解理论知识、实践演练案例、在线测验等多个模块，对学生展开C语言基本指令等知识点的引导教育，以及C语言编程、网站或客户端APP开发设计的实践教学。

其次，计算机专业实践课程的教学方式创新，是依托于慕课、微课、翻转课堂、SPOC等网络在线教学模式，在重难点理论知识演示、实践案例示范、在线互动答疑的基础上，通过针对某一工程案例的课程教学问题，设置线上线下的软件仿真、实训教育环节，为学生提供计算机程序汇编、信息软件开发的实践机会。同时，还可以与校外企业形成广泛联合，搭建计算机工程项目的实践基地，开展分层化的工程案例讲解、模块化的实践操作，不断拓展学生的逻辑思维、抽象思维、联想与移植思维，以及提高其参与具体项目的动手实践能力。

3.加强计算机工程项目的交互实践、探究延伸教育

计算机专业学生混合思维能力的教学，要遵循罗伯特·斯腾伯格的三元理论，包括外部情境、主观经验、改造行为等内容，开展课内计算机理论与实践知识、课外计算机工程项目的综合性教育，通过循序渐进的启发引导、互动交流式教学，达到既定的混合思维能力培养教育目标。

其一，引入与计算机相关的自然科学、社会科学、管理科学知识，以工程实践思维、创新思维为导向，设置用于学生实践的课内、课外计算机创客空间。由教师提出相关的计算机疑难问题，学生先自主探究、小组实践讨论，再与教师、同学进行互动交流，提高学生的理论知识运用、交互实践能力。其二，针对学生计算机创新思维能力的培养目标，由高校实践课堂、校外实训基地进行联合，共同建设发散性、引申性的计算机实践内容，加强多种课程教学资源、服务功能的共享，以培养与塑造学生在具体计算机工程项目实践中，所具有的逻辑运算思维、实践应用思维与创新思维。

结语

针对计算机专业的混合思维能力教学目标，需根据不同计算机教材、学生认知的状况，进行基础理论知识、实践案例等教学内容及课程教学方式的创新。经研究表明，教师可以从学生计算思维、工程思维、创新思维的培养角度出发，建立多元化、层次化的计算机实践教学体系，利用慕课、微课等网络在线教学渠道，依托校外工程项目的实践基地，开展学生计算机编程、数据结构等的计算思维，从而实现提出问题、实践参与、解决问题的工程思维教育，不断提高计算机专业学生的实践应用能力和创新水平。

参考文献

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作者简介：柏婷（1979—），女，漢族，上海市人，武汉大学硕士研究生，上海行健职业学院，助教，研究方向：计算机教学。