基于“产教研思”的计算思维培养教学模式探讨

韩万江，杨金翠，孙鹏飞，高 慧，金 昕

（北京邮电大学计算机学院（国家示范性软件学院），北京 100876）

0 引言

思维方式训练是大学基础课程的灵魂，而大学计算机课程对学生计算思维的训练及思维形成具有重要影响。但一些学了大量计算机相关课程的学生仍不知道计算思维的本质是什么，因此重视计算思维训练是当前课程改革的重要部分。大学计算机课程承担着专业本科生计算机思维能力培养的任务，在当前新产业迅猛发展的前提下，计算机基础教学如何在教学内容、教学方法等方面与时俱进地进行改革，从而实现计算思维能力培养目标，是非常值得深入探索的问题。

计算思维的本质是抽象和自动化，其反映了计算的根本问题，即什么能被有效地自动执行。计算思维是人类求解问题的一条途径，是人的思维，不是机器的思维。计算思维体现的是一种人们用于解决问题、管理日常生活、与他人交流和互动的与计算有关的思想。由计算思维产生的新思想、新方法使人们的思维模式发生变化，这些思维模式的改变反映在自然科学工程以及社会经济与技术等各个学科领域。

为加快建设一流本科教育、全面提高人才培养能力，开展专业交叉融合建设，探索工工交叉、理工融合、工文渗透、文理协同的新工科专业建设及人才培养模式试验改革。本文结合国学经典教育，通过文理交叉、产教融合、科教协同，探索大学计算机课程的创新人才培养模式。在大学计算机（双语）教学过程中，以国学智慧引发创新意识，同时实践产教融合、科教融合，激发学生的学习兴趣及探索未知的激情，探讨国学筑基、产教融合、科教协同、创新激励的“产教研思”一体化培养模式。

1 在“产教研思”中训练计算思维

抽象思维是计算思维的主要模式，抽象是从众多事务中抽取出共同、本质的特征，而舍弃非本质特征。思维是人脑对客观现实概括与间接的反映，其反映的是事物本质及事物间的规律性联系。抽象思维是理论化、系统化的世界观，是对自然知识、社会知识、思维知识的概括与总结，是世界观与方法论的统一。

中国老子的道家哲学是中国传统哲学的代表，其核心之道就是通过抽象思维来寻找事物本质，是炎黄子孙哲学思想体系的精华，西方主流哲学家的思想也来源于老子思想。世界教科文组织统计表明，中国老子《道德经》是世界上发行量排名第2 的文化经典，有学者称“老子的智慧是人类的智慧”，是很多企业家的宝典。本文将在课程中贯穿老子的“道常无为而无不为”的初心思想，通过实实在在的“无为之道”引导学生领会计算思维的本质、创新的本质，同时通过产教融合、科教融合，进一步探索产业链、创业链、人才链、价值链的相互衔接，探讨国学筑基、产教融合、科教协同、创新激励的“产教研思”一体化培养模式在大学计算机课程中的实施过程。

国学筑基表明将国学经典理念贯穿教育，人才培养要坚持“德育为先、德学兼修”的全面育人观，把思想政治工作融入人才培养全过程以及各个教学环节。习近平总书记强调：“办好我国高校，办出世界一流大学，必须牢牢抓住全面提高人才培养能力这个核心点”。立德树人是高校立身之本，人才培养质量是高等教育的生命线。国学经典进课堂，是培育与践行社会主义核心价值观、落实立德树人根本任务的重要基础。

斯坦福大学是创新创业的杰出典范，其创建者利兰·斯坦福是当时美国著名的实业家，他从自身创业经历出发，认为美国东部传统名校注重绅士教育，但培养的学生缺乏专业技能与实践能力，新兴农工学院的毕业生虽具备专业技能，但又缺乏人文修养与创新能力。其在决定投资创建斯坦福大学时，就明确了在人文修养与专业技能相结合的基础上，着重培养以学以致用为目的的创新素养。这种传统理念也深刻影响了其创新创业教育的开展，形成了对创新创业人才的基本认知：不论专业背景，所有学院的学生在自由教育环境中培养多元化的世界观和深厚的文化修养；将创业者的经验、知识与技能以及对创业的理解传递给学生，让其成为明天的创新者和领导者，使创新创业成为学生的一种思维及生活方式。

科教融合的本质就是在“科研—教学—学习”过程中进行知识的创新、传授、传播与传承，使师生进行互动式的学术探究。科教融合是世界一流大学办学的核心理念，而产教融合培养人才，需要坚持产业需求导向与教育目标导向相统一，推动高校与行业企业深度合作培养人才，着力提高学生的综合素质及适应能力。

本文借鉴国学经典思想，按照“器”“术”“道”的阶梯框架逐层深入进行研究探讨。通过引入国学经典，将文化素养与专业智慧相结合，并通过产业与教学的融合、科研与教学的协同，启迪学生深入思考，体悟创新的核心内涵，最终形成如图1所示的阶梯式培养模式框架体系。

Fig.1 “Industry-teaching-research-thinking”integrated cultivation mode framework图1 “产教研思”一体化培养模式框架

其中，“器”对应课程知识体系，“术”对应知识的实践及应用技能，“道”对应知识的拓展与创新。在该一体化培养模式中，利用老子“道”的思想贯穿始终，建筑思政基础，再通过企业技术平台的融入、科研项目的协同，提升学生的实践能力，体会知识应用的方法，逐步体悟出“道”的本质，从而明白从0到1的创新过程。

教学不是简单的知识传授，而是知识、能力与素质培养的有机融合，强调培养学生解决复杂问题的综合能力和思维习惯。美国著名教育家、心理学家本杰明·布卢姆（Bloom）从认知领域对教育目标进行分类，将认知过程分为知识、理解、应用、分析、综合和创新6 个层次，其中知识、理解与应用属于低层次认知，分析、综合与创新属于高层次认知。上述的“产教研思”一体化培养模式也是对Bloom 六层教学法的核心表述，由此更能说明老子智慧是全世界的智慧。

2 “产教研思”一体化实施过程

本节探讨的实施方法与步骤是基于图1 的3 个层次逐级展开研究的。

2.1 器：课程知识体系

知识点是整个教学的基础，对应老子思想的“有”（或“名”），是看得到的内容。图2 是大学计算机（双语课）课程的知识点。

Fig.2 College computer（bilingual）course knowledge points图2 大学计算机（双语）课程知识点

这些知识是“器”，是有形的知识内容，同时引导学生进一步看到知识背后的本质——知识的核心目的，即老子思想的“无”，不断提高人文素养。图2 是本课程的知识点，计算思维训练是课程内容的核心，以计算思维为导向深入理解计算机基础知识，为后续课程做好准备。因此，计算思维是大学计算机课程的“无为”本质，课程中通过案例阐述计算思维，并引导学生理解计算思维的本质。

总之，在这一层需要学生领会知识本身的“有”，同时思索隐藏知识背后的“无”，引导学生思考知识的本质。正如老子说“有之以为利，无之以为用”，从而培养学生深入思索、探求未知，激发学生的创新意识。

2.2 术：实践与应用

“术”是在知识掌握过程中逐步磨练的技能，本文思路是进一步通过产教融合、科教协同，使学生加深对知识的理解，通过实践应用知识，切身体会老子“有与无”的智慧真谛。产教融合是新时代的产物，是一种新的教育方式，具有多主体、多类型、多层次和体系化等特征。多年来，教学团队在融合模式上不断探索与创新，经过多年发展，逐步形成多种形式的产学合作模式，构建课程融入企业平台—企业专家进课堂—学生走进企业的产教融合框架体系，如图3 所示。通过与用友等企业合作，将课程内容融入企业技术平台，同时企业专家也走入课堂讲述企业的技术发展情况。在课程实践阶段，学生走入企业参观学习，深入体会计算思维的本质。

Fig.3 Industry-education integration framework system图3 产教融合框架体系

另外，为了让学生尽早融入科研，课程实践中通过科研项目的协同，实现科教融合。同时让该项目在不同课程中实现连续性，甚至进一步延续到毕业设计项目中，实现项目驱动式的创新课程体系。

总之，在“术”这一层面的教学过程中，重点通过产教融合、科教协同，提升学生“术”的技能，从而为体悟知识本质的“道”奠定基础。

2.3 道：拓展与创新

通过实践能力的培养，以及“无为”思想的引导，培养学生“道”的境界。高阶性课程应满足高层次的认知需求。因此，课程将进一步提升学生的高层次认知，在讲授完知识点后，需要引导学生思考知识点隐藏的本质。在培养学生解决复杂问题能力的同时，进一步锻炼学生寻找解决问题之“道”，不能只停留在低层次认知，而需要进行深入思考，让学生体会“庖丁解牛”的寻“道”之旅。在该过程中将采用循环改进方式，如图4 所示。该过程是开启学生智慧的过程，也是将知识逐步转化为“文化”的过程，让学生在“化”的过程中逐步体悟到智慧之道，体会到创新的核心在于“智慧之道”。

Fig.4 Improvement of the thinking cycle图4 思维的循环改进

3 实施效果

“产教研思”一体化教学模式的实施，训练了学生的计算思维，使学生的学习热情和成绩都有一定程度提高。表1、图5 展示了实施一体化教学模式后的学生平均成绩呈逐年提高趋势，尤其是实践能力的提高更为明显。

Table 1 Comparison of the composition of grades from 2019 to 2021表1 2019-2021年各项成绩比较

4 总结与展望

Fig.5 Comparison of total grades from 2019 to 2021图5 2019-2021年总成绩比较

新时代赋予了高校开展创新教育的责任，需要用新的目标、新的视野、新的理念、新的举措进行教学，培养出更多具有创新精神的应用型人才。本文以专业交叉融合建设需求为导向，着力研究培养学生计算思维的教学体系与培养模式。该培养模式的创新点如下：

（1）工文渗透，文理结合，国学经典引领基础，课程思政润物细无声。将国学经典贯穿全程，培养学生从学习知识到体悟文化，在文化素养培养过程中体悟创新源泉，将思政融入课程，润物细无声。

（2）产教融合。课程内容融入企业平台，企业专家走进课堂，学生走进企业。

（3）科教协同。课程中融入科研项目与产业应用实践，通过科研反哺教学，协同发展。

（4）层次化与挑战度。开展探究式学习和个性化学习，通过提升课程挑战度进一步培养学生解决问题的能力。

（5）一体化融合。构建国学筑基、产教融合、科教协同、创新激励、产教研思相互支撑的一体化培养模式。

总之，本模式参考了国内外先进的教学理念，以“国学为滋养”建筑基础，通过“产教融合”“科研协同”培养学生的探索精神，将文化素养与专业技能有机结合。期望通过不断的实践、反馈、改进的循环，探究出可以广泛推广的“产教研思”一体化人才培养模式。未来还将在原有课程的基础上不断尝试新的教学方式，结合混合教学过程进一步完善一体化人才培养模式。