CDIO理念下大學計算機基礎教學中的計算思維培養(yǎng)

申艷光 孫勝娟 薛紅梅

摘要：感悟和凝練計算機科學思維模式，將其融入可持續(xù)發(fā)展的計算機應用中，這是作為工程人才不可或缺的基于信息技術的行動能力。以CDIO教育理念為基礎，以計算思維為切入點，以信息素養(yǎng)的培養(yǎng)為導向，對非計算機專業(yè)計算機基礎課程進行了改革。從課程設計和教學內容、教學方法與手段、教學條件、教學隊伍四個方面進行了探索與實踐。

關鍵詞：計算思維；大學計算機基礎；CDIO

中圖分類號：G642 文獻標志碼：B/A 文章編號：1674-9324（2016）39-0179-02

一、CDIO與計算思維能力培養(yǎng)

CDIO大綱中的第二部分強調了個人、職業(yè)技能和特質的培養(yǎng)，認為工程師應掌握的三種思維模式是：工程思維、科學思維和系統(tǒng)思維，其中科學思維包括實證思維、邏輯思維和計算思維[1]。所以，計算思維的培養(yǎng)將有利于提高工程師的科學思維能力，符合CDIO理念的要求。

無論是計算機教育工作者，還是計算機普通用戶在學習和使用計算機的過程中，應該著眼于“悟”和“融”：感悟和凝練計算機科學思維模式，并將其融入可持續(xù)發(fā)展的計算機應用中，這是作為工程人才不可或缺的基于信息技術的行動能力。在非計算機專業(yè)第一門計算機課程中引入計算思維能力的培養(yǎng)，是提高大學生工程能力和信息素養(yǎng)的有效途徑，是CDIO教學模式改革中極其重要的環(huán)節(jié)。

計算思維是計算機和軟件工程學科的靈魂，作為第一門非計算機專業(yè)的大學計算機基礎課程，應該把培養(yǎng)重點放在學生的計算思維與信息素養(yǎng)能力上，應注重可持續(xù)發(fā)展的計算機應用能力培養(yǎng)，強調在分析問題和解決問題當中的終身學習能力，從而提高學生的思維能力、擴展思維寬度以及提高解決實際問題的能力。

二、大學計算機基礎教學中的計算思維培養(yǎng)

在計算機基礎教學中，我們將原來的《計算機文化基礎》課程更新為《計算文化與計算思維基礎》課程，主要從以下幾個方面進行了計算思維培養(yǎng)的探索與實踐。

1.課程設計和教學內容。我們對課程教學內容體系進行了科學規(guī)劃，針對計算思維的培養(yǎng)進行了教學內容的設計和教材建設。在適度的基礎知識與理論體系覆蓋下，突出回歸人本和回歸工程的教學方法論，既強調內容寬度和知識深度的結合，又通過把科學思維的要素、方法融入問題和案例，從問題分析著手，強調面向計算思維和信息素養(yǎng)的培養(yǎng)，力求達到“教師易教，學生樂學，技能實用”的目標。

（1）教材的編寫宗旨是建設符合我國實際的DR-CDIO（Double Regression-CDIO，回歸人本，回歸工程）人才培養(yǎng)模式的教材體系，有針對性地進行計算思維運用的教學內容的設計。按照認知規(guī)律，采用由簡入深、由外入內的教學模式。教材內容不只是講授計算機科學知識，更注重展現(xiàn)了計算思維以及思維能力和工程能力的訓練。

（2）面向現(xiàn)代工程師素質要求，多方位、多角度地培養(yǎng)工程能力。教材中設有“思考與探索”、“角色模擬”、“分析與認證”、“能力拓展與訓練”等多種小欄目，力求多方位、多角度培養(yǎng)學生的工程能力，包括團隊協(xié)同合作、有效合作、有效溝通、有效管理的能力、終身學習能力、社會及企業(yè)環(huán)境下建造產品的系統(tǒng)能力、可持續(xù)發(fā)展的計算機應用能力等。

“思考與探索”是面向計算思維的對于知識的一種解析，旨在培養(yǎng)學生的計算思維能力和善于觀察、勤于思考、勤于探索的良好學習習慣和品質。

“角色模擬”主要是通過模擬工程師與真實世界之間的互動，通過項目分析、設計與實現(xiàn)，進行工程設計教育、創(chuàng)新教育和工程訓練，強化學生實際動手能力和工程實踐能力的培養(yǎng)，從而提高學生應用工程知識解決真實問題的能力。

“能力拓展與訓練”包括一些思維密度較大、思維要求較高和需要自主學習的問題和要求，旨在培養(yǎng)學生的系統(tǒng)思維能力、發(fā)散思維能力、創(chuàng)新思維能力、溝通能力、適應變化的自信能力以及團隊協(xié)作創(chuàng)新的工作理念，激發(fā)學生自主探究性，在拓展創(chuàng)作中實現(xiàn)自我價值，并培養(yǎng)主動學習、經驗學習和終身學習的能力。

（3）通過把科學思維的要素、方法融入問題和案例，從問題分析著手，面向計算思維和問題求解能力培養(yǎng)。教材精選貼近生活的具有趣味性和實用性的案例，把科學思維的要素、方法融入案例中。

（4）強調教育的根本目標是人的完善。目前的教育過于重視學科知識和智力培養(yǎng)，偏離了教育的根本目標是人的完善，教材按照河北工程大學的DR-CDIO人才培養(yǎng)模式，重視人的全面發(fā)展，在教材每章后附有藝術家書法作品一幅，旨在和讀者共勉，內容引用了名言、警句、古詩詞名句等，并在附錄中附有《弟子規(guī)》原文，旨在傳承中國傳統(tǒng)文化之精華，充分發(fā)揮中國傳統(tǒng)文化對校園和社會所產生的凈化心靈、熏陶品質的作用，使讀者感悟中華文化的真諦，提高內涵素養(yǎng)和外在修養(yǎng)，從而塑造正確的思想道德觀念和人生價值觀念，提升德行修養(yǎng)，塑造健全人格。

2.教學方法與教學手段。

（1）案例教學法。采用“學習目標—實現(xiàn)方法和步驟—相關知識”的案例教學模式，從問題分析著手，強化如何進行抽象，如何將現(xiàn)實生活和工作中的問題抽象為一個數(shù)學建模問題或者一個形式化問題，從身邊的問題求解講解到計算科學家如何進行問題求解。比如，通過警察抓小偷、國際會議安排座位等問題的例子，來闡述現(xiàn)實問題如何通過人類的思維活動將其形式化、程序化和機械化后，交給計算機輕松地完成的過程。

（2）項目教學法。設計了以培養(yǎng)計算思維為目標的面向學科交叉及應用的計算機綜合實訓項目。成立CDIO課程小組，學生5～6人一組，實行組長負責制，小組討論、實驗實訓、課程考核答辯等均以小組活動的形式進行。項目實踐活動采用成立學生興趣俱樂部的方式，采取師生雙向選擇的方法，結合各類計算機大賽，提高了學生的創(chuàng)新能力。

（3）教學條件。隨著計算思維能力培養(yǎng)模式下教改的深入，逐步進行了教案、課件、教學網站、實驗實訓教學和項目實踐活動平臺建設，并建立了面向計算思維能力培養(yǎng)的考核形式，增加項目報告、學習記錄、展示作品、設計評估等形式，采用自評、學生評、互評、學校評、總評等方式進行，力求客觀、公正和公平。

（4）教學隊伍。在以培養(yǎng)學生計算思維能力為目標的教學模式中，必須進行教師角色和思維的轉變，我們通過制訂工程技術培養(yǎng)培訓和學術交流計劃，鼓勵與支持教師定期接受技術培訓和國內外學術交流，并做好對青年教師工程素質培養(yǎng)的“傳幫帶”，以提高師資隊伍的工程素質，以期逐步建立起一支面向先進工程教育的可持續(xù)發(fā)展的教學隊伍。

三、結語

經過幾年的逐步改進和完善，我們選取一些普適性的內容開設了精品視頻公開課《心連“芯”的思維之旅》，2014獲批教育部中國大學精品視頻公開課，并取得了良好的社會效益。

計算思維能力的提高和信息素養(yǎng)是一個長期的工作，在學生未來的生活和工作中將會逐漸體現(xiàn)出來，應該使學生通過自我學習和領悟，使其最終內化為一種思維習慣。

參考文獻：

[1]顧佩華，沈民奮，陳小華.重新認識高等教育——國際CDIO培養(yǎng)模式與方法[M].北京：高等教育出版社，2009.