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摘 要：目前国内外对计算思维的研究仍处于理论研究和实践的初步探索阶段,尚未形成完善的理论和实践体系.该文以宜春学院“卓越计划”班为试点,从培养方案、教学内容、教学模式、实践教学等方面,探讨了大学生计算思维能力培养的途径和策略问题.
关 键 词：计算思维；大学生；工程实践能力；自主学习；教学实践
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044（2014）32-7693-02
Abstract：AtpresentstudyingtheputationalthinkingisstillatthepreliminarystageoftheoreticalresearchandPracticeathomeandabroad,HasnotyetformedaperfectsystemoftheoryandPractice.Thispapertakesthe"excellenceprogram"classinYiChunUniversityasapilot,fromtheaspectsoftrainingprogram,teachingcontent,teachingmode,practiceteachingetc,exploresthewayandthestrategyofputationalthinkingabilitytrainingofcollegestudents.
Keywords：ComputationalThinking；Undergraduate；TheabilityofEngineeringPractice；AutonomicLearning；TheTeachingPractice
计算思维是克服“狭义工具论”的有效途径,也是解决其他信息科学技术难题的基础.然而,目前国内外对计算思维的研究仍然处于理论研究和实践的初步探索阶段,尚未形成完善的理论和实践体系.在高校的信息技术教育中,一般是将计算机作为工具来学习,而不强调计算思维能力的培养.这种过度强调计算机的软件教学和工具教学致使学生对计算机科学认识的淡化,不利于计算机技术中最重要的核心思想与方法的掌握,学生很难自主地将专业知识与信息技术融合.因此,如何在有限的学时中让学生既学会掌握必要的工具,又能使计算思维成为学生的自觉行为,帮助学生更好地建立计算机问题求解意识,仍是对学术界和教育界的一大挑战.
1计算思维
计算思维是计算机学科发展的自然产物.第一次明确提出这一概念的是美国卡内基梅隆大学周以真教授.她在计算机权威期刊《CommunicationsoftheACM》杂志上指出：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、人类行为理解等的一系列思维活动；计算思维的本质是抽象和自动化.
计算思维是人类科学思维活动固有的组成部分.计算思维将成为每一个人的技能组合成分,而不仅仅限于科学家.计算机科学本质上源自数学思维,因为像所有的科学一样,其形式化基础建筑与数学之上.
北京大学李晓明教授认为,计算思维是指受过良好训练的计算机科学工作者面对问题所习惯采用的思维方法,体现为在过去半个多世纪以来成就计算机和信息技术发展过程中行之有效的若干分析问题与解决问题的典型手段与途径.
2基于计算思维的计算机课程教学改革
针对计算思维培养过程中所存在的问题,我校在计算机专业课程的教学过程中进行了一些改革,着力改变偏重计算机的工具性教学的弊端,尝试以实践动手能力和学生自主学习能力为重点的教学模式,让同学们“在实践过程中学习理论、在学习过程中训练思维”.具体措施是采用试点班,在小范围内进行大力度的尝试.宜春学院是江西省首批试点培养卓越工程师的高校.2011年,我校“计算机科学与技术（服务外包）”专业被列为江西省高等学校首批卓越工程师人才培养计划.2012年12月,依托该专业,我校面向全校所有理工科专业,在学生自愿报名的基础上,择优选拨了40名优秀的学生组建了计算机科学与技术专业“卓越计划”试点班.目前,针对该试点班,从培养方案、教学内容、教学模式、实践教学、学科竞赛等方面入手,以计算思维能力培养为主线,着力培养学生在真实项目下分析和解决问题的能力.
2.1制定工程实践教育为主的人才培养方案
普通计算机专业的人才培养方案一般都由高校单独制定,没有企业专家的参与,培养方案和教学计划往往重理论、轻实践,虽然考虑了专业知识的系统性,但是脱离了软件工程实际,实用性和针对性不强,与实际工作要求存在一定差距.为了改变教学与应用脱节的现象,我们坚持“兼顾理论知识学习,加强实践能力培养、增强实用性和针对性”的原则,校企双方共同参与制定实用性和应用性强的培养方案,以更好地适应企业对人才的需要.例如,普通计算机专业人才培养方案中Ja语言理论课时与实践课时比为3：2,强调语法的讲解,而校企合作培养方案中Ja语言理论课时与实践课时比为1：1,讲练结合,以一个完整的实践项目贯穿本课程始终,强调的是工程实践能力的培养,由于各自发挥了学科和实践的优势,很好实现了工程技术型人才培养目标.使每一位学生在完成学业后掌握的信息技术与计算机行业的发展同步,很快就能溶入IT企业队伍之中.
2.2设计饶有趣味性和综合性的教学内容
通过计算任务的趣味性、综合性等来增强实验内容的难度,从而强化计算思维训练.大学生一般对新鲜事物富有,好学、好问并富于幻想,初遇实践任务时往往兴致盎然,急于动手编写程序.但在传统教学中,强调的是语法知识的传授,缺少趣味性和综合性,进而导致同学们学习兴趣不足,所以,设计教学内容和实验内容应尽量生活化、趣味化.例如在讲解ja垃圾收集GC（GarbageCollection）概念时,把环卫工收集垃圾的相关片段制作成动画演示,同学们很快明白了ja垃圾回收机制的工作原理；又如从生活中的猜数游戏引出对二分搜索的思想,进而引出折半查找算法,以及在折半查找算法中需要周密考虑的问题.2.3构建自主学习的课内外教学模式
传统的教学模式是老师在课堂上讲课,布置家庭作业,让学生回家练习.这种以教师为中心、以知识灌输为主的教学方式,导致学生没有明确的学习目的,学习无,无法发挥学生的主观能动性,不能有效地培养学生的工程素质和综合技能,也就无法培养学生创新能力.另一方面,随着计算机学科的不断发展,当前计算机本科生所修的课程量越来越多,这就直接导致单门课程的课时严重不足,这使得我们必须改变传统的教学模式.我校试点班部分课程例如《Web编程技术》、《算法分析与设计》等都采用了“翻转课堂”的教学模式,学生主要在课后完成课程内容的学习,而课堂变成了老师与学生之间、学生与学生之间交流互动的场所,这极大地提高了学生们的学习自主性、积极性等,从而达到了更好的教学效果.
2.4校企深度合作的实践教学改革
按照培养方案,试点班每学期有1至2门实践性较强的课程由企业项目经理级别的工程师讲授.具体安排是在第1,3,4,5学期快结束前2至3周聘请企业工程师来校授课、带领学生做课程设计,第2学期考试结束后安排学生到企业做课程设计、感受企业文化.2013年暑假,试点班全体同学赴南京中软集团进行实训,通过真实项目、真实应用需求,在真实企业环境、真实的压力和真实的项目经理的带领下,学生第一次完成了真正意义上的程序代码的“原始积累”；同时也感受到了不同于校园氛围的企业文化.特别是尝试扮演了企业员工的角色,对企业的职业素养有了亲身体验.目前全部40名本科学生,在实训结束后均已经根据自己的兴趣和技术专长,进入了实验室和科研团队.这一成功的教学实践,也促使我们对于普通计算机专业学生的实践能力、创新能力的培养有了更多的思路.
2.5鼓励学生参加各类科技活动或学科竞赛
我们鼓励试点班学生积极参加各类能体现学科水平的科技活动或学科竞赛.例如,美国大学生数学建模大赛、ACM/ICPC国际大学生程序设计竞赛、全国蓝桥杯软件设计大赛、江西省大学生服务外包创新创业大赛等,均取得了较好的成绩.试点班同学在2013年美国大学生数学建模竞赛（MCM）中荣获1个一等奖、1个二等奖和1个成功参赛奖；在2013年上半年全国蓝桥杯软件设计大赛中荣获江西赛区Ja组一等奖,在7月份在北京举行的全国总决赛荣获二等奖；在2013年江西省大学生服务外包创新创业大赛决赛中荣获一等奖.
3结束语
随着信息化的全面深入,无处不在、无事不用的计算机使计算思维成为人们认识和解决问题的重要基本能力之一.计算思维,不仅是计算机专业人员应该具备的能力,而且也是所有受教育者应该具备的能力.宜春学院数学与计算机科学学院作为地方高校,在计算机专业基础课程和工程实践方面进行了积极探索,并对现有的课堂教学和实验教学进行了改革与实践.通过同年级对照教学班的教学效果对比来看,获得了比较理想的实际教学效果,对大学生的计算思维能力的培养起到了积极的作用.