人工智能背景下以培養(yǎng)計(jì)算思維為目標(biāo)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)模式研究

魏爽

摘 ? 要：智能時(shí)代，學(xué)習(xí)不應(yīng)僅注重知識(shí)，更應(yīng)注重思維能力。本文闡述了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中培養(yǎng)計(jì)算思維的重要性，以及計(jì)算思維能力對(duì)問(wèn)題求解能力的影響。分析了當(dāng)前計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中存在的突出問(wèn)題，論述了幾種行之有效的教學(xué)模式，以期探討更加有效的方式培育學(xué)生問(wèn)題求解能力。

關(guān)鍵詞：人工智能 ?問(wèn)題求解 ?教學(xué)模式 ?計(jì)算思維

中圖分類(lèi)號(hào)：G642;TP3-4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）08（b）-0225-03

隨著信息技術(shù)與人工智能技術(shù)的深度融合，對(duì)人工智能的通識(shí)教育逐漸引起教育領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。人工智能，通俗來(lái)講，就是讓計(jì)算機(jī)像人一樣，具備一定的視、聽(tīng)、說(shuō)以及學(xué)習(xí)和推理能力。而我們要理解和掌握人工智能，首先必須具備計(jì)算思維能力。美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的周以真教授指出，計(jì)算思維[1]不應(yīng)該僅僅只有計(jì)算機(jī)科學(xué)家才能具備的能力，而應(yīng)該是每個(gè)人都必須具備的技能。為了培育世界一流的信息化創(chuàng)新人才，美、英、新西蘭等國(guó)家將計(jì)算思維寫(xiě)進(jìn)了基礎(chǔ)教育課程標(biāo)準(zhǔn)中，并且投入大量資金推進(jìn)計(jì)算思維教育。在國(guó)內(nèi)，也逐漸意識(shí)到計(jì)算思維能力的重要性。2017 年，國(guó)務(wù)院在《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》[2]中指出：要全面提高社會(huì)對(duì)人工智能技術(shù)的整體認(rèn)識(shí)水平和應(yīng)用水平，實(shí)施全民智能通識(shí)教育項(xiàng)目。

要培養(yǎng)計(jì)算思維能力，就必須對(duì)傳統(tǒng)的課程進(jìn)行改革。與人工智能技術(shù)聯(lián)系最為密切的課程，計(jì)算機(jī)類(lèi)、數(shù)學(xué)類(lèi)課程首當(dāng)其沖，而計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，作為高校大一新生的一門(mén)公共基礎(chǔ)課程，那么對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)方法等教學(xué)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行改革就非常有必要了。陳國(guó)良等討論了大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程改革的必要性和重要意義，并且指明了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程改革的基本思路，構(gòu)建了以培養(yǎng)大學(xué)生計(jì)算思維能力為目標(biāo)的計(jì)算機(jī)課程體系[3]。

1 ?目前計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中存在的突出問(wèn)題

（1）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容深度不夠。

目前，在我國(guó)高等教育體系中，信息技術(shù)是通識(shí)教育，因此基本所有高校各個(gè)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生都必修計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)這門(mén)公共基礎(chǔ)課。而基礎(chǔ)課一般安排的課時(shí)比較少，同時(shí)考慮到隨著計(jì)算機(jī)的普及，大部分學(xué)生計(jì)算機(jī)知識(shí)并非零基礎(chǔ)，因此課程安排基本是每周一次理論課和一次實(shí)驗(yàn)課。理論課主要介紹計(jì)算機(jī)基本常識(shí)、計(jì)算機(jī)軟硬件基礎(chǔ)理論知識(shí)、網(wǎng)絡(luò)基本理論知識(shí)，實(shí)驗(yàn)課則主要介紹操作系統(tǒng)的基本操作方法、Office辦公軟件的基本操作，教學(xué)目標(biāo)基本是以全國(guó)計(jì)算機(jī)等級(jí)考試一級(jí)ms Office水平為參照，只要求學(xué)生熟練記憶計(jì)算機(jī)應(yīng)知應(yīng)會(huì)和操作系統(tǒng)以及ms office辦公軟件的基本操作方法。在這樣的教學(xué)目標(biāo)導(dǎo)引下，許多高校，尤其是以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)的民辦高校和高職院校，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)基本仍然停留在教會(huì)學(xué)生應(yīng)用技術(shù)和工具，沒(méi)有注重培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的思維方式和能力。很顯然，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的教學(xué)內(nèi)容存在著知識(shí)內(nèi)容貧乏，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺乏深度與廣度，與現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)如大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng) +、人工智能等契合度低等缺點(diǎn)。

（2）教師的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)不足以全面培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

高等教育，學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)固然重要，但是，在學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中，如果能得到教師的正確引導(dǎo)，對(duì)學(xué)生的成長(zhǎng)和成才無(wú)疑是非常重要的。尤其在計(jì)算思維的培養(yǎng)方面，教師的引導(dǎo)作用更加明顯，可以說(shuō)，教師的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)發(fā)揮著決定性作用。只有教師具備了計(jì)算思維能力，才能更好地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。但是自從計(jì)算思維引起教育界廣泛關(guān)注以來(lái)，各類(lèi)相關(guān)研究基本都是圍繞如何進(jìn)行教學(xué)模式、教學(xué)方法改革來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。而對(duì)于如何培養(yǎng)教師的計(jì)算機(jī)思維，如何提升教師的計(jì)算思維能力卻很少研究。另外，許多教師并未意識(shí)到需要及時(shí)更新自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，提升自己的計(jì)算思維能力，在教學(xué)活動(dòng)中，最普遍的現(xiàn)象就是隨著教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，許多優(yōu)秀的教師可以將已有的教材上的知識(shí)講得非常透徹易懂，但很少與現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，教學(xué)過(guò)程缺乏拓展性，深度與廣度不夠，充分說(shuō)明一些教師并沒(méi)有掌握如何在教學(xué)實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的方法。

2 ?基于計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)模式

為了培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，提高學(xué)生問(wèn)題求解能力，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中，不能將教學(xué)目標(biāo)定位于學(xué)生通過(guò)理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作掌握了一項(xiàng)技能，而應(yīng)該將教學(xué)目標(biāo)定位于學(xué)生通過(guò)問(wèn)題的求解，習(xí)得了一類(lèi)思維方式，在今后的學(xué)習(xí)和工作中，能主動(dòng)地應(yīng)用該思維方式，有效地解決學(xué)習(xí)和工作中的問(wèn)題?；诖耍容^有效的教學(xué)模式包括以下幾類(lèi)。

（1）主題引導(dǎo)式教學(xué)模式。

主題引導(dǎo)式教學(xué)模式的內(nèi)涵特點(diǎn)是：教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，拋給學(xué)生一個(gè)主題，學(xué)生圍繞這個(gè)主題充分挖掘和利用不同的資源，按照科學(xué)研究的一般規(guī)范和步驟進(jìn)行學(xué)習(xí)。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生首先需要深入剖析這個(gè)主題，然后基于主題分析的結(jié)果去廣泛收集資源，這個(gè)過(guò)程無(wú)疑是對(duì)學(xué)生分析問(wèn)題能力的培養(yǎng)。為了更好地實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)，教師設(shè)計(jì)主題時(shí)，應(yīng)該將主題融入一定的情景中。這樣，學(xué)生為了準(zhǔn)確地完成任務(wù)，首先必須需要識(shí)別情景中的信息，辨別出主題中所需要解決的真實(shí)問(wèn)題，然后才能根據(jù)搜集的資源來(lái)解決問(wèn)題，這一過(guò)程又培養(yǎng)了學(xué)生將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信息的信息意識(shí)。另外，主題設(shè)計(jì)時(shí)如果能跨越本學(xué)科的知識(shí)，有效融合其他學(xué)科的知識(shí)，這個(gè)過(guò)程無(wú)疑對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)造性思維非常有益。

（2）問(wèn)題啟發(fā)式教學(xué)模式。

問(wèn)題啟發(fā)式教學(xué)模式的內(nèi)涵特點(diǎn)是：課程教學(xué)由教師通過(guò)問(wèn)題引出，然后帶領(lǐng)學(xué)生對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析，將復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化，再抽象出問(wèn)題模型，最后在此基礎(chǔ)上討論問(wèn)題的求解方法，從而設(shè)計(jì)解決方案。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生的抽象思維能力與計(jì)算思維能力得到了鍛煉。其次，教師如果經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，聯(lián)系生活實(shí)例巧妙地設(shè)置問(wèn)題，則可以引導(dǎo)學(xué)生基于問(wèn)題求解為目標(biāo)逐步探索解決問(wèn)題的方法，從而培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維與創(chuàng)新思維。由此可見(jiàn)，問(wèn)題啟發(fā)式教學(xué)模式，可以將計(jì)算思維能力的培養(yǎng)貫穿于問(wèn)題求解的全過(guò)程，是一種對(duì)培養(yǎng)計(jì)算思維能力行之有效的教學(xué)模式。