基于計算思維能力培養(yǎng)的實踐教學(xué)平臺建設(shè)研究

摘要：分析計算思維能力培養(yǎng)途徑及存在的問題，從實踐教學(xué)理念、實踐教學(xué)平臺建設(shè)規(guī)劃和建設(shè)內(nèi)容等3個方面闡述了基于計算思維能力培養(yǎng)的實踐教學(xué)平臺建設(shè)的問題。

關(guān)鍵詞：計算思維；能力；實踐教學(xué)；平臺建設(shè)；非計算機專業(yè)

0 引言

計算思維是克服“狹義工具論”的有效途徑，也是解決其他信息科學(xué)技術(shù)難題的基礎(chǔ)。目前，它仍主要停留在宏觀的概念上，而如何將其落實到人才培養(yǎng)具體實踐中才是計算思維能力培養(yǎng)的焦點問題，這也需要學(xué)術(shù)界和教育界從不同角度探尋有效的方法。新西蘭canterbury大學(xué)的教授和兩位中小學(xué)教師，依據(jù)自己的實務(wù)教學(xué)經(jīng)驗設(shè)計了不需要計算機實體就能展示計算機深奧原理的活動用于開發(fā)中小學(xué)生的計算思維能力，但這種教學(xué)不能適應(yīng)高級人才應(yīng)具備解決復(fù)雜問題所需的計算思維能力的培養(yǎng)要求。因此，探尋針對大學(xué)生的計算思維能力培養(yǎng)的有效途徑，仍有待持續(xù)的研究和努力。西安交通大學(xué)馮博琴教授針對我國高校在計算思維能力培養(yǎng)上遇到的困難，提出了如何讓計算思維“落地”的思考；著名計算機教育家譚浩強教授提出在面向應(yīng)用基礎(chǔ)上培育計算思維能力的思路；這些研究成果對我國高校計算思維能力的培養(yǎng)指明了方向。筆者則從教學(xué)研究層面探討了非計算機專業(yè)大學(xué)生計算思維能力培養(yǎng)的策略問題。并在此基礎(chǔ)上，探尋高校非計算機專業(yè)大學(xué)生計算思維能力培養(yǎng)的途徑。

1 計算思維能力培養(yǎng)的途徑及存在的問題

計算思維與數(shù)學(xué)思維、實驗思維一樣，需要經(jīng)過長期的訓(xùn)練才能將其內(nèi)化于學(xué)習(xí)者的思維中，這需要采取一系列有針對性的方法來實現(xiàn)，落實這些方法的途徑主要有課堂教學(xué)、實驗教學(xué)和社會實踐等。課堂教學(xué)講授基本原理，實驗教學(xué)對基本原理進行驗證，社會實踐拓展基本原理的實際應(yīng)用，三者相輔相成。計算機科學(xué)作為一門理論性和應(yīng)用性很強的學(xué)科，三者的有效結(jié)合尤為重要。計算思維能力的培養(yǎng)就是通過有效的方法和途徑讓學(xué)習(xí)者能夠充分理解和掌握計算機科學(xué)的基本原理和基本方法，在此基礎(chǔ)上自覺地運用計算機科學(xué)思想去觀察、思考和解決實際問題。

計算思維尚未形成完善的理論和實踐體系。因此，當(dāng)前關(guān)于計算思維能力的培養(yǎng)仍處在不斷探索的階段，針對計算思維能力培養(yǎng)的方法和途徑大多還是借用其他思維能力培養(yǎng)的方式，缺乏自身有效的能力培養(yǎng)體系。在借用其他思維能力培養(yǎng)方式時，一般是對這些思維能力培養(yǎng)的方法和途徑做局部調(diào)整或修改，往往忽略了計算思維的特點，缺乏對計算思維能力培養(yǎng)的全局和系統(tǒng)的把握，這是計算思維能力培養(yǎng)途徑存在的主要問題。這就造成在計算思維能力培養(yǎng)過程存在一些片面的理解，形成“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”的局面。比如，強調(diào)算法在鍛煉計算思維中的作用時，忽略掉計算機基本操作技能的訓(xùn)練，這種失衡的計算思維培養(yǎng)方法未必能很好地將計算機科學(xué)的一般方法傳授給學(xué)生，并促進他們解決實際問題特別是來自交叉學(xué)科的問題；同樣，過度強調(diào)計算機操作技能的訓(xùn)練會致使學(xué)生對計算機科學(xué)的認識淡化，無助于計算機技術(shù)中最重要的核心思想與方法的掌握，學(xué)生很難自主地將專業(yè)知識與信息技術(shù)融合。

2 實踐教學(xué)平臺的構(gòu)建

高校非計算機專業(yè)課程設(shè)置和教學(xué)時數(shù)均相當(dāng)有限，要想在有限的時間內(nèi)通過有限的課程來培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，就必須做好課堂教學(xué)和實踐教學(xué)平臺間的相互配合。實踐教學(xué)平臺作為開放的、自主的學(xué)習(xí)平臺，能在相當(dāng)程度上克服課程內(nèi)容和上課時間的限制，并能給學(xué)生提供一個自由發(fā)揮的空間。

目前，由于多種因素我國一些高校過度突出課堂教學(xué)的主導(dǎo)地位，弱化了實驗教學(xué)和社會實踐在人才培養(yǎng)中的重要作用，還沒有建立起課堂教學(xué)、實驗教學(xué)和社會實踐三者真正統(tǒng)一的實踐教學(xué)平臺。一些人對實踐教學(xué)平臺的認識還只是停留在技術(shù)層面，提到實踐教學(xué)平臺馬上想到建沒實驗室、購置或開發(fā)教學(xué)軟件等具體技術(shù)實現(xiàn)，卻忽略了有針對性的實驗教學(xué)和社會實踐的理念、目標(biāo)和定位，忽略了課堂教學(xué)、實驗教學(xué)和社會實踐的有機結(jié)合，也忽略了人（理論課程教師、實驗教師、學(xué)生）的因素，更忽略了實踐教學(xué)平臺的高效運行管理。因此，實踐教學(xué)平臺建設(shè)是一個綜合的工程，需首先確立明確的教學(xué)理念、目標(biāo)，并以此指導(dǎo)實踐教學(xué)平臺的建設(shè)、運行和管理；其次，科學(xué)規(guī)劃和整合課堂教學(xué)、實驗教學(xué)和社會實踐使三者有效配合；再次，根據(jù)本校的師資情況及學(xué)生特點，建立相應(yīng)的保障機制和有針對性的實踐教學(xué)。

2.1 實踐教學(xué)理念的樹立

基于計算思維能力培養(yǎng)的實踐教學(xué)平臺的首要任務(wù)是有意識地引導(dǎo)學(xué)生通過該平臺自主地學(xué)習(xí)、思考和探索，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，促進“以計算思維能力培養(yǎng)為核心”的實踐教學(xué)理念的形成?！耙杂嬎闼季S能力培養(yǎng)為核心”的實踐教學(xué)理念不是單純地將計算機作為工具僅傳授給學(xué)生操作的方法，而是要通過應(yīng)用計算機幫助學(xué)生建立起計算思維的方式。這種教學(xué)理念糾正了當(dāng)前教學(xué)中存在的學(xué)生能“照葫蘆畫瓢”就算學(xué)會計算機的教學(xué)目標(biāo)誤區(qū)，并扭轉(zhuǎn)了學(xué)生學(xué)習(xí)中存在的“會玩計算機”等同于“會用計算機”的認識誤區(qū)。這種教學(xué)理念不僅要讓學(xué)生“知其然”，而且要促進學(xué)生進一步探索以求“知其所以然”，后者才是計算思維能力培養(yǎng)的焦點；這是因為計算機中有些操作比較容易實現(xiàn)和完成，學(xué)生很容易獲得滿足感，進而失去繼續(xù)探索的動力，甚至根本就沒有形成進一步探索簡單操作背后計算機科學(xué)本質(zhì)的思想意識。比如，計算機中“保存”的操作（ctrl+s）很簡單，很多學(xué)生運用很熟練甚至將其作為習(xí)慣性動作，但很少去關(guān)注這一操作的實質(zhì)：將信息由內(nèi)存?zhèn)浞莸酵獯妫蝗绻斫膺@一操作的實質(zhì)，在學(xué)習(xí)算法語言時就能更好地理解變量實質(zhì)，促使知識融會貫通。兇此，“以計算思維能力培養(yǎng)為核心”的實踐教學(xué)就不能只停留在表面的操作技術(shù)上，更應(yīng)致力于引導(dǎo)學(xué)生探索計算機科學(xué)內(nèi)在的本質(zhì)。在解決實際問題時，懂得計算機操作和相應(yīng)技術(shù)原理本質(zhì)的學(xué)生要比只會計算機操作的學(xué)生思路寬、手段多，這也是具有計算思維能力與不具備計算思維能力的學(xué)生的區(qū)別。

2.2 實踐教學(xué)平臺建設(shè)規(guī)劃endprint

在實踐教學(xué)理念的指導(dǎo)下，我們要考慮實踐教學(xué)平臺建設(shè)的規(guī)劃問題，即我們要建什么樣的實踐平臺。好的實踐平臺是構(gòu)建計算思維能力培養(yǎng)體系的重要前提。我們應(yīng)充分分析計算思維的特征，結(jié)合學(xué)校實際情況和學(xué)生的學(xué)習(xí)特點，遵循教育學(xué)基本規(guī)律，制定科學(xué)、系統(tǒng)的實踐教學(xué)平臺建設(shè)方案，并在此基礎(chǔ)上力求建設(shè)符合思維發(fā)展規(guī)律的計算思維能力培養(yǎng)體系。

1）全面分析實踐教學(xué)平臺的基本要素。

從系統(tǒng)學(xué)角度講，一個完善的實踐教學(xué)平臺應(yīng)是一個完備的系統(tǒng)，包含支撐實踐教學(xué)活動正常開展的所有要素，如實驗教學(xué)的師資、保障機制、軟硬件等。當(dāng)前，多數(shù)實踐教學(xué)平臺建設(shè)研究主要是針對如何建設(shè)實驗教學(xué)軟硬件而展開的，這屬于實踐教學(xué)平臺的基礎(chǔ)性建設(shè)，是不可缺少的，但不能以偏概全地認為這就是我們要建設(shè)的基于計算思維能力培養(yǎng)的實踐教學(xué)平臺。如何建設(shè)一支高素質(zhì)的實驗教學(xué)師資隊伍和相應(yīng)的保障機制是建設(shè)基于計算思維能力培養(yǎng)的實踐教學(xué)平臺的關(guān)鍵，把握了這個關(guān)鍵點，所建設(shè)的實踐教學(xué)平臺才能正常的發(fā)揮其功能；否則，就算配置了再先進的實驗設(shè)備，由于缺乏高素質(zhì)的實驗教學(xué)師資和相應(yīng)的保障機制，這些由實驗設(shè)備“堆砌”成的實踐教學(xué)平臺也很難為實踐教學(xué)服務(wù)，更不用說培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力了。

2）確立實踐教學(xué)平臺建設(shè)的基本原則。

基于計算思維能力培養(yǎng)的實踐教學(xué)平臺需本著“開放性、互動性和可拓展性”的基本原則去建設(shè)。開放性包括時間、空間、內(nèi)容和角色上的開放性，時間和空間開放性是讓學(xué)生隨時隨地能夠使用實踐教學(xué)平臺，內(nèi)容的開放性是能夠為學(xué)生提供一個根據(jù)自身需要自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容的機會，角色的開放性是讓學(xué)生能夠以設(shè)計者的角色參與實踐活動并主導(dǎo)自己的學(xué)習(xí)；目前大多數(shù)的實踐教學(xué)平臺在時間、空間和內(nèi)容的開放性方面做得比較好，但在角色的開放性方面還有一定的缺失，這是由多種主觀因素（教師的責(zé)任心等）和客觀因素（產(chǎn)品的知識產(chǎn)權(quán)等）造成的。角色的開放性在計算思維能力培養(yǎng)中具有重要的地位，能更好地促進學(xué)生深切體會實踐活動中蘊含的科學(xué)精髓。互動性原則是指實踐教學(xué)活動中師生的雙向交流，師生暢通的互動交流能夠及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的共性問題和個性問題，幫助學(xué)生解決問題，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和教師的教學(xué)效果?？赏卣剐允侵笇嵺`教學(xué)平臺的整體框架可根據(jù)教學(xué)需要進行動態(tài)的、有針對性的擴展與實踐教學(xué)內(nèi)容的再開發(fā)，以滿足學(xué)生進一步學(xué)習(xí)和探索的需求。

2.3 實踐教學(xué)平臺建設(shè)內(nèi)容

實踐教學(xué)平臺建設(shè)的內(nèi)容主要包括實驗教學(xué)隊伍建設(shè)、實踐教學(xué)保障機制建設(shè)、軟硬件平臺建設(shè)等3個方面。

（1）實驗教師隊伍建設(shè)是實踐教學(xué)平臺建設(shè)內(nèi)容的關(guān)鍵部分，一支高素質(zhì)的實驗教師隊伍能夠確保實踐教學(xué)的質(zhì)量，但高素質(zhì)的實驗教師隊伍建設(shè)面臨諸多困難，需要投入更多的精力。實驗教師隊伍建設(shè)首要任務(wù)是組建一支穩(wěn)定的專任實驗教師隊伍，目前一些高校的專任實驗教師比較少，很多實踐教學(xué)活動是由理論課教師兼任指導(dǎo)，造成實踐教學(xué)的深度不夠，因此建設(shè)穩(wěn)定的實驗教師隊伍是當(dāng)務(wù)之急。其次，加大培訓(xùn)力度進一步提高實驗教師的信息素養(yǎng)，提高教師的計算思維能力，以適應(yīng)計算思維能力培養(yǎng)的要求，給學(xué)生提供一個高起點的學(xué)習(xí)臺階。

（2）實踐教學(xué)保障機制建設(shè)是實踐教學(xué)平臺的軟環(huán)境建設(shè)，主要涉及各種保障實踐教學(xué)的制度建設(shè)，包括實驗師資建設(shè)制度、實驗教學(xué)管理制度、實驗教學(xué)評價制度與實驗教學(xué)經(jīng)費管理制度等。對于大多數(shù)高校而言，這些制度保障體系已經(jīng)建立起來，但有些制度可能在計算思維能力培養(yǎng)卜的針對性不強，需要做一些科學(xué)的修正或補允，比如學(xué)生實驗考核和評價制度等；根據(jù)實際需要還需創(chuàng)新建設(shè)一些保障實驗教學(xué)的制度，比如穩(wěn)定實驗教師隊伍的制度（當(dāng)前高校實驗課程和實驗教師在一定程度上沒有得到重視，造成優(yōu)秀教師不愿從事實驗教學(xué)而流向理論課堂）。總之，需要通過一系列的制度建設(shè)形成一個完整的實踐教學(xué)保障體系，規(guī)范實踐教學(xué)基本過程，保證實踐教學(xué)的質(zhì)量。

（3）軟硬件平臺建設(shè)是實踐教學(xué)平臺的基礎(chǔ)性建設(shè)，主要包括實驗室建設(shè)、社會實踐基地建設(shè)、教學(xué)運行管理系統(tǒng)和教學(xué)軟件的開發(fā)或購置。在建設(shè)軟硬件平臺時，應(yīng)充分地分析和考察當(dāng)前學(xué)生的生活與學(xué)習(xí)習(xí)慣，采取貼近其生活方式的方法建沒實驗教學(xué)平臺，這樣的平臺會更好地發(fā)揮積極作用。比如，采用云管理方案建設(shè)實驗平臺，學(xué)生和教師可以在手機、平板電腦等移動終端上方便地訪問教學(xué)資源，也方便了學(xué)生和教師問的交流互動；再如，開發(fā)教學(xué)軟件時，多給學(xué)牛提供一些計算機科學(xué)經(jīng)典案例的“半成品”，激發(fā)學(xué)生在理解技術(shù)原理基礎(chǔ)上根據(jù)自己的需求去將“半成品”開發(fā)成功能完善的“成品”等。這些都是引導(dǎo)學(xué)生自覺學(xué)習(xí)和探索的舉措，對提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率和教師教學(xué)效果都有積極的作用。

3 實踐教學(xué)平臺運行管理

實踐教學(xué)平臺建設(shè)的目的是能夠為實驗教學(xué)提供高質(zhì)量的服務(wù)，它科學(xué)、高效地運行是實現(xiàn)這一功能的重要前提。特別是對于高校非計算機專業(yè)的學(xué)生來說，計算機課程學(xué)時相當(dāng)有限，教師欲鍛煉其計算思維能力，就更加迫切地需要實踐教學(xué)平臺，因此，基于計算思維能力培養(yǎng)的實踐教學(xué)平臺的運行管理更顯得重要?；谟嬕凰闼季S能力培養(yǎng)的實踐教學(xué)平臺的運行管理不僅體現(xiàn)在技術(shù)維護上，更體現(xiàn)在高效利用上。只有科學(xué)、合理的利用實踐教學(xué)平臺才能最大程度地發(fā)揮其作用，才能利用其去挖掘?qū)W生的計算思維潛能，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。對于實踐教學(xué)平臺的管理要摒棄“重建設(shè)、輕使用”的現(xiàn)象，不能將教學(xué)內(nèi)容或案例等教學(xué)資源僅掛在網(wǎng)上即可。

4 結(jié)語

當(dāng)前，高校的計算機教育在一定程度上仍停留在致力于計算機技能培養(yǎng)的層面，尚未重視和全面開展計算思維能力的培養(yǎng)。在今后的研究中將進一步深入探討計算思維能力培養(yǎng)的有效途徑，科學(xué)地規(guī)劃，系統(tǒng)地建設(shè)基于計算思維能力培養(yǎng)的實踐教學(xué)平臺，以提高學(xué)生的綜合思維能力和利用信息技術(shù)分析、解決問題的能力。

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（編輯：趙廓）endprint