基于計算思維和課程思政的教學(xué)創(chuàng)新與實踐
——以面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計為例

龐淑俠，羅中華，王燕

（1.蘭州理工大學(xué) 計算機與通信學(xué)院，甘肅 蘭州；2.甘肅中醫(yī)藥大學(xué) 經(jīng)貿(mào)與管理學(xué)院，甘肅 蘭州）

一 引言

計算思維是美國計算機科學(xué)家周以真（Jeannette Wing）教授提出，并得到國際上的廣泛認同。周教授認為：計算思維是運用計算機科學(xué)的基本概念進行問題分析求解、系統(tǒng)設(shè)計，以及計算機領(lǐng)域所涉及的一系列思維活動。C9高校聯(lián)盟在 2010 年發(fā)布的《九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》中強調(diào)，把培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力作為計算機基礎(chǔ)教學(xué)的一項重要的、長期的任務(wù)[1-2]。計算思維旨在運用計算機科學(xué)的思想與方法去分析和解決問題。它的優(yōu)點和價值不僅僅在于問題的解決，更是在跨學(xué)科中提供了一種解決問題的方法，同時也是不同專業(yè)適應(yīng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然階段。

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計是計算機類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，該課程對培養(yǎng)學(xué)生面向?qū)ο蟮木幊趟枷肫鹬鴨⒚勺饔?，是學(xué)生掌握面向?qū)ο笏枷氲年P(guān)鍵，同時也為以后的程序設(shè)計學(xué)習(xí)以及培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力產(chǎn)生深遠的影響。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計也為學(xué)生理解大數(shù)據(jù)技術(shù)提供有力的保障。將計算思維應(yīng)用在面向?qū)ο笳n程教學(xué)中，為學(xué)生解決實際問題提供了統(tǒng)一的方法和思想，為以后的學(xué)習(xí)和實踐打下堅實的基礎(chǔ)。

二 當(dāng)前面向?qū)ο笳n程教學(xué)現(xiàn)狀分析

（一） 課程現(xiàn)狀與就業(yè)企業(yè)需求

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程一般都存在學(xué)時不足的問題，往往教學(xué)中以語法規(guī)則和編程技術(shù)為主要內(nèi)容，這種以理論教學(xué)為指導(dǎo)的教學(xué)方式，直接導(dǎo)致許多學(xué)生雖然課程成績高，但后續(xù)課程或?qū)嵺`需要編程解決實際問題時，往往不知所以。導(dǎo)致這種情況的最主要原因是課程講述缺乏工程實踐案例，太過注重語法規(guī)則的掌握。同時結(jié)合就業(yè)形勢對面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的要求，以企業(yè)需求為導(dǎo)向進行教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容的改革，不但能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，同時又能為學(xué)生以后的就業(yè)打基礎(chǔ)。

（二） 教學(xué)方式與教學(xué)效果

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程最大的特點是語法規(guī)則堆積，知識點散而多，專業(yè)術(shù)語多?；旧洗蠖鄶?shù)高校的教學(xué)方式都是采取理論講授和上機練習(xí)相結(jié)合的方式進行，教師在講授程序設(shè)計的基本思想、實現(xiàn)方法時，容易讓學(xué)生覺得太抽象、不理解，不知所以然，從而缺乏興趣，產(chǎn)生畏難情緒，進而導(dǎo)致“厭學(xué)”現(xiàn)象。這種脫離工程實踐注重教學(xué)的方式急需改革。

三 課程思政在面向?qū)ο蟪绦蛑械脑O(shè)計

2016年12月在全國高校思想政治工作會議上，習(xí)近平總書記指出，“要堅持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，實現(xiàn)全程育人、全方位育人，努力開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面”[3]。習(xí)總書記站在實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的全局和戰(zhàn)略高度，科學(xué)回答了高校培養(yǎng)什么樣的人、如何培養(yǎng)人以及為誰培養(yǎng)人這一根本問題，為做好新形勢下高校思想政治工作、發(fā)展高等教育事業(yè)指明了行動方向。廣大高校教師肩負著對大學(xué)生進行思想政治教育的重要責(zé)任[4]。

在面向?qū)ο蠼虒W(xué)過程中，“規(guī)則圍繞”是程序設(shè)計課程的一大特點，在講述課程前，培養(yǎng)學(xué)生“規(guī)則意識”，遵紀守法，任何國家和社會沒有絕對的民主自由，只有遵守社會和國家的規(guī)則，才能保障人民群眾的切身利益，才能進一步維持社會的和諧和穩(wěn)定，以新冠肺炎疫情為例，如果不顧現(xiàn)實地講自由，那么疫情如何管控，人民群眾的健康如何保障！

在講解友元的時候，結(jié)合實際生活中的詐騙實例，例如詐騙老人和學(xué)生的案例，往往以慢慢接觸，逐漸熟悉和結(jié)交朋友的方式，讓人減少戒心，事實證明，那些所謂的朋友，只是善良人的一廂情愿，詐騙分子一開始就目的不純，他們的目的就是騙取信任，從而騙取錢財。所以教育學(xué)生，真正的朋友之間應(yīng)該互相幫助，與人為善，但那些一開始就目的不純的所謂朋友，要學(xué)會甄別，防止被騙。

另一個知識點：繼承，繼承不但可以直接使用已有類的成員，還可以增加派生類的成員。結(jié)合實際生活中的繼承，一方面通過繼承，可以相對輕松地得到相應(yīng)的財富，另一方面可以通過自己的努力和奮斗為自己和社會創(chuàng)造更多的財富。通過繼承和派生，教育學(xué)生即使原生家庭環(huán)境優(yōu)越，也應(yīng)該努力學(xué)習(xí)，實現(xiàn)自己的人生價值，同時承擔(dān)自己的社會責(zé)任，為社會做出更大的貢獻。

四 基于計算思維的面向?qū)ο笳n程教學(xué)創(chuàng)新與實踐

（一） 明確教學(xué)目標，完善教學(xué)內(nèi)容

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計對應(yīng)的語言比較多，就目前而言，計算機類專業(yè)大部分高校集中在C++，JAVA等語言。所以，首先需要明確這些課程之間的關(guān)系，明確每一門課程的教學(xué)目標，避免重復(fù)教學(xué)。一般來說，C++程序設(shè)計是第一門開始的課程，該課程首先應(yīng)該讓學(xué)生掌握面向?qū)ο缶幊痰幕舅枷牒途幊谭椒ǎ栽撜n程的課程內(nèi)容包括幾個方面：類，類的繼承和派生，類的多態(tài)，流等。在此基礎(chǔ)上，Java程序設(shè)計課程的主要內(nèi)容包括java語法基礎(chǔ)，面向web編程等方面。不同課程的相互配合與銜接，一方面能讓學(xué)生多方面掌握面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的思想，另一方面也能使學(xué)生更快適應(yīng)社會的需求和發(fā)展。

在課程的教學(xué)環(huán)節(jié)中，以啟發(fā)式為課程導(dǎo)向，融入課程思政元素，結(jié)合混合式、翻轉(zhuǎn)課堂等多種形式，提高教學(xué)效果。

（二） 問題導(dǎo)向設(shè)計

在課程教學(xué)中，以工程案例或?qū)嶋H生活實例引出問題的求解方法，逐步形成問題描述——問題的解決方案——計算機處理方式——算法描述——算法實現(xiàn)的實現(xiàn)策略，從而培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力和理論聯(lián)系實際的能力。例如在繼承與派生的教學(xué)環(huán)節(jié)中，可以以現(xiàn)實生活中的繼承展開問題，說明繼承現(xiàn)象存在的原因及好處，然后引申到程序設(shè)計中，代碼的執(zhí)行效果與代碼工作量之間的關(guān)系，從而說明用C++如何描述派生類等問題。

問題導(dǎo)向能在教學(xué)一開始就激發(fā)學(xué)生的好奇心與思考能力，在發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的過程中，逐漸形成用計算機科學(xué)解決實際問題的能力。

（三） 課程思維導(dǎo)圖

為了進一步讓學(xué)生理解課程體系及課程內(nèi)容之間的邏輯關(guān)系，有必要在課程開始之前，構(gòu)建課程的思維導(dǎo)圖。在課程前，教師先進行宏觀內(nèi)容的簡單介紹，方便學(xué)生形成一個整體課程架構(gòu)，然后學(xué)生通過查閱資料和自學(xué)，完成課程的思維導(dǎo)圖。由于開設(shè)C++課程的學(xué)生基本是大一學(xué)生，專業(yè)基礎(chǔ)相對比較薄弱，對于課程的理解難免存在局限性和不足之處，在此基礎(chǔ)上，開展不同形式的討論和問題求解驗證，以小組或宿舍為單位進行。教學(xué)過程中，教師以學(xué)生提出的問題為基礎(chǔ)，設(shè)計實例，展開分析，逐步形成知識點的應(yīng)用和實踐，從而完成計算思維的培養(yǎng)過程。

（四） 面向市場需求，專業(yè)與就業(yè)結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性

在計算機技術(shù)日益普及的今天，各行各業(yè)都對計算思維能力提出更高的要求。在教學(xué)進行之前，首先了解市場對計算機的需求，把計算機技術(shù)與專業(yè)學(xué)習(xí)在思維層面連接起來，完善適應(yīng)市場需求的教學(xué)內(nèi)容，設(shè)置符合市場需求的教學(xué)案例，把前沿的信息技術(shù)選用合理的方式介紹給學(xué)生，激發(fā)學(xué)生思考信息技術(shù)與自己學(xué)科的結(jié)合點，激活學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果最大化[5]。

（五） 專業(yè)教育與創(chuàng)新教育融合，參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐

在專業(yè)教育中，充分與創(chuàng)新教育相融合，為此，在教學(xué)過程中，鼓勵學(xué)生積極參加計算機學(xué)科類競賽，如藍橋杯程序設(shè)計大賽，大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽、ACM程序設(shè)計大賽等，通過問題導(dǎo)向，自主學(xué)習(xí)、自主思考、自主實踐，激發(fā)學(xué)生的潛能和興趣。同時積極引導(dǎo)學(xué)生進行創(chuàng)新實驗，探索利用計算思維解決實際問題的能力。條件許可情況下，在自主學(xué)習(xí)能力較強的學(xué)生中，鼓勵其參與教師承擔(dān)的課題或科研項目。學(xué)生通過參與課題過程中的文獻查閱，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，模擬仿真等，既拓寬學(xué)生的知識面，又完整實現(xiàn)計算思維訓(xùn)練全過程，同時學(xué)生還可以在創(chuàng)新訓(xùn)練中進一步明確專業(yè)教育的綜合素質(zhì)要求，積極加強自身創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)。所以，科研創(chuàng)新與實踐是進行計算思維訓(xùn)練和培養(yǎng)創(chuàng)新人才的有效措施[5]。

五 效果與小結(jié)

計算思維是一種思想，一種解決問題的理念，所以計算思維存在于各個領(lǐng)域和專業(yè)，用計算思維分析和解決問題的能力應(yīng)該作為當(dāng)代大學(xué)生的基本素養(yǎng)之一。2020年春季學(xué)期，在本校學(xué)生中進行計算思維能力培訓(xùn)實踐，從教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性方面都有體現(xiàn)，圖1為學(xué)生學(xué)習(xí)情況統(tǒng)計，從該圖中可以明顯看出，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性有很大提高，同時該學(xué)期的教學(xué)效果也較上屆提升。

圖1 學(xué)習(xí)情況統(tǒng)計表

由此可見，計算思維能力的培養(yǎng)是教學(xué)過程中的重要目標之一，只有在教學(xué)過程中有規(guī)劃、有意識進行計算思維能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)，才能真正將計算思維融入專業(yè)教育，才能使計算思維成為一種常識性分析和解決問題的方法。通過完善教學(xué)內(nèi)容，改變教學(xué)手段，融入課程思政，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)[7-8]。