“卓越工程師”視角下的計(jì)算思維能力培養(yǎng)研究

劉風(fēng)華　楊麗君

摘 要： 根據(jù)教育部啟動(dòng)的“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，作為新型工程應(yīng)用型人才的卓越工程師，具備計(jì)算思維對(duì)掌握信息技術(shù)并用新技術(shù)解決問(wèn)題有著重要的意義。教學(xué)中通過(guò)采用“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)”式分層教學(xué)、貫穿興趣驅(qū)動(dòng)的自主式學(xué)習(xí)、成立課題研究小組等方式，有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，使學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、解決問(wèn)題能力和創(chuàng)新能力得到提高。該方法的應(yīng)用有效地提高了課堂實(shí)效，教學(xué)效果良好。

關(guān)鍵詞： 卓越工程師； 計(jì)算思維； 問(wèn)題驅(qū)動(dòng)； 自主學(xué)習(xí)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2016）11-83-03

Research on the cultivation of computational thinking ability of excellent engineer

Liu Fenghua， Yang Lijun

（Department of computer of Xinjiang Institute of Engineering， Urnmuqi， Xinjiang 830091， China）

Abstract： According to the Ministry of Education launched the "excellent engineer education and training program"， the computational thinking has important significance for students to master advanced information technology to solve problems by new technologies. Using the teaching methods of the "problem-driven" stratification teaching， interest driven autonomous learning and establishment of the research group， consciously cultivate the computational thinking ability of students to improve learning ability， problem solving ability and innovation ability of students'. Application of the methods effectively improves the actual effect of the classroom teaching and the teaching effect is good.

Key words： excellent engineer； computational thinking； problem-driven； autonomous learning

0 引言

黨的十七大以來(lái)，黨中央、國(guó)務(wù)院作出了走中國(guó)特色新型工業(yè)化道路、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家、建設(shè)人才強(qiáng)國(guó)等一系列重大戰(zhàn)略部署，教育部啟動(dòng)了“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（簡(jiǎn)稱(chēng)“卓越計(jì)劃”），旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才，為國(guó)家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略服務(wù)[1]?！白吭接?jì)劃”的提出對(duì)高等教育改革發(fā)展提出了迫切要求。著名計(jì)算機(jī)科學(xué)家和發(fā)明家道格拉斯·恩格爾巴特說(shuō)到“數(shù)字技術(shù)可以改變這個(gè)世界，但更關(guān)鍵的是，它改變了我們一貫的思維方式?！彼季S的變革才是世界的變革，作為計(jì)算機(jī)科學(xué)界最具有基礎(chǔ)性和長(zhǎng)期性的思想——計(jì)算思維，必將成為卓越工程師培養(yǎng)的關(guān)鍵能力[2]。有關(guān)專(zhuān)家認(rèn)為計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、以及人類(lèi)行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)眾多知識(shí)的一系列思維活動(dòng)[3]。中國(guó)科學(xué)院信息領(lǐng)域戰(zhàn)略研究組編寫(xiě)的《中國(guó)至2050年信息科技發(fā)展路線圖》中明確指出要將培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力作為首要目標(biāo)[4]。作為具有創(chuàng)新能力的高質(zhì)量工程技術(shù)人才，學(xué)會(huì)用計(jì)算思維去思考問(wèn)題和解決問(wèn)題成為“卓越計(jì)劃”的關(guān)鍵。

1 “卓越計(jì)劃“下的計(jì)算思維能力培養(yǎng)

我校作為新疆惟一一所工程類(lèi)本科院校，2013年入選了卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃學(xué)科專(zhuān)業(yè)名單。在瞬息萬(wàn)變的技術(shù)發(fā)展中，為完成從“教授技能”到“形成思維”的變革，培養(yǎng)具有創(chuàng)新性強(qiáng)、滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展需求的工程科技人才，我校開(kāi)展了以工程教育為背景的計(jì)算思維能力培養(yǎng)研究。在推進(jìn)計(jì)算思維能力培養(yǎng)的過(guò)程中，以信息技術(shù)基礎(chǔ)課程為依托，結(jié)合工程教育特點(diǎn)進(jìn)行課程整合，主要是為了培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，以及增強(qiáng)學(xué)生利用先進(jìn)的信息技術(shù)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的能力，為其今后終身學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。在該課程的教學(xué)中以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性、主動(dòng)性為目標(biāo)，在教學(xué)中逐步培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

2 以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為目標(biāo)的教學(xué)改革

計(jì)算思維是一種科學(xué)思維，與理論思維、實(shí)驗(yàn)思維一起構(gòu)成了人類(lèi)的三大思維。計(jì)算思維并不是一種新的發(fā)明，而是早已存在的思維活動(dòng)，是每一個(gè)人都具有的一種技能[5-6]。由于沒(méi)有受到充分的重視，人們的計(jì)算思維活動(dòng)往往是無(wú)意識(shí)的，培養(yǎng)計(jì)算思維能力的關(guān)鍵是要將無(wú)意識(shí)的計(jì)算思維變成有意識(shí)的計(jì)算思維，主動(dòng)地用計(jì)算思維去解決問(wèn)題。

2.1 采用“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)”式引導(dǎo)教學(xué)

為有意識(shí)的培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提出了以“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)”式教學(xué)方法，將教學(xué)過(guò)程歸納為從提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、構(gòu)造方法、解決問(wèn)題、引發(fā)思考的不斷循環(huán)，直到找出解決問(wèn)題的最優(yōu)方法，該方法中可以從簡(jiǎn)到難層層深入，并且通過(guò)不斷的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題中總結(jié)和歸納出一類(lèi)問(wèn)題的解決辦法，該方法吸取了“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”式教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的主線，采用層層推進(jìn)的層級(jí)式教學(xué)，不但較好的完成了任務(wù)，而且在問(wèn)題求解中歸納總結(jié)，同時(shí)也兼顧了學(xué)生水平不齊的問(wèn)題。如圖1，以某企業(yè)舉辦10周年慶典，給嘉賓發(fā)放邀請(qǐng)函為例講解郵件合并。

該方法通過(guò)解決一個(gè)問(wèn)題引發(fā)對(duì)下一個(gè)問(wèn)題的思考，而問(wèn)題的不斷提出也是研究問(wèn)題層次的深入，如該例子中，通過(guò)圖解可以看出郵件合并分為三個(gè)層次，第一層次是生成簡(jiǎn)單的批量文檔，如賬單、通知等；第二層次是自動(dòng)實(shí)現(xiàn)按條件匹配，如給欠費(fèi)客戶(hù)發(fā)放催款通知、給考試通過(guò)的學(xué)生發(fā)放錄用通知；第三層次是批量導(dǎo)入帶照片的數(shù)據(jù)，如考試證、工作證制作。講解中通過(guò)提出問(wèn)題和解決問(wèn)題透徹地掌握了該類(lèi)問(wèn)題的解決方法，最后進(jìn)行總結(jié)歸納，為將來(lái)遇到類(lèi)似問(wèn)題積累解決問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)。

2.2 貫穿興趣驅(qū)動(dòng)的自主式參與學(xué)習(xí)

由于高中長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)壓力和高考升學(xué)的嚴(yán)峻形勢(shì)，使不少學(xué)生喘不過(guò)氣來(lái)。大學(xué)里自由度較大，自我支配的時(shí)間也較多，新的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和環(huán)境使他們有強(qiáng)烈的求知欲望和成才動(dòng)機(jī)。因此，在該課程中，讓學(xué)生分組組織活動(dòng)，一方面學(xué)生可以張揚(yáng)個(gè)性、展示自我，另一方面結(jié)合所學(xué)的知識(shí)達(dá)到學(xué)以致用的目的。

如2013年入學(xué)的煤炭深加工與利用專(zhuān)業(yè)學(xué)生，該班級(jí)共有30名學(xué)生，均分為2組，每組需組織一次活動(dòng)，由學(xué)生自選主題。經(jīng)過(guò)商討后選定了兩個(gè)活動(dòng)：針對(duì)煤炭專(zhuān)業(yè)往屆畢業(yè)生開(kāi)展“校友見(jiàn)面會(huì)”活動(dòng)和面向本系學(xué)生開(kāi)展“模擬礦井體驗(yàn)”活動(dòng)。根據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)度和活動(dòng)安排，階段性的工作內(nèi)容如表1所示。

活動(dòng)中，學(xué)生所有的問(wèn)題都從現(xiàn)實(shí)出發(fā)，促使學(xué)生自主學(xué)習(xí)知識(shí)來(lái)解決遇到的問(wèn)題，使學(xué)生在獲得成就感的同時(shí)更加積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)。同時(shí)，也給與了學(xué)生自主學(xué)習(xí)及獲得幫助的有效途徑，除了教師答疑和網(wǎng)上搜索外，我校計(jì)算機(jī)系成立的“計(jì)算機(jī)愛(ài)好者協(xié)會(huì)”也為活動(dòng)的開(kāi)展提供了設(shè)備和技術(shù)支持，學(xué)生可以在課下通過(guò)交流學(xué)習(xí)到更多知識(shí)。

2.3 成立課題研究組

計(jì)算思維包含的內(nèi)容不是一門(mén)課程所能承擔(dān)的，培養(yǎng)計(jì)算思維能力需要有一系列的計(jì)算機(jī)應(yīng)用課程作支撐和拓展，如數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用、程序設(shè)計(jì)、多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等課程，這些課程引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用計(jì)算思維解決各種專(zhuān)業(yè)的問(wèn)題。同時(shí)，很多實(shí)際問(wèn)題的解決需要多專(zhuān)業(yè)、多手段共同協(xié)助完成，而課堂上短短幾十個(gè)課時(shí)的介紹是無(wú)法讓學(xué)生全面深入了解。因此，我們采用了成立課題研究小組的方式，由專(zhuān)業(yè)教師和計(jì)算機(jī)相關(guān)教師共同組成指導(dǎo)小組，指導(dǎo)學(xué)生完成感興趣的課題。如由煤炭安全生產(chǎn)專(zhuān)業(yè)學(xué)生和通信技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生共同完成的“簡(jiǎn)易煤礦生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)”，“井下人員定位系統(tǒng)”等，通過(guò)實(shí)踐，不僅解決了專(zhuān)業(yè)中遇到的問(wèn)題，而且掌握了網(wǎng)絡(luò)、通訊、程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)、等相關(guān)技術(shù)和方法，而實(shí)現(xiàn)了通用技術(shù)向?qū)I(yè)知識(shí)的過(guò)渡，也實(shí)現(xiàn)的計(jì)算思維能力培養(yǎng)的終極目標(biāo)。

3 結(jié)束語(yǔ)

信息化發(fā)展已經(jīng)與人類(lèi)學(xué)習(xí)、交往、工作和生活融為一體，給人類(lèi)的生存和發(fā)展帶來(lái)革命性的影響。計(jì)算思維對(duì)培養(yǎng)具有綜合素質(zhì)、綜合能力、創(chuàng)新能力和國(guó)際化視角的卓越人才起著重要作用。將計(jì)算思維理念引入教學(xué)對(duì)工程教育來(lái)說(shuō)是一個(gè)有力的挑戰(zhàn)，我們?cè)诔醪教剿鞑⑷〉靡欢ǔ煽?jī)的基礎(chǔ)上，將進(jìn)一步深入研究，逐步摸索出更加適合工程教育的計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)模式和方法，努力培養(yǎng)出更多滿(mǎn)足社會(huì)不同需求和不同層次的高質(zhì)量工程技術(shù)人才。

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