申艷光等

摘 要：計(jì)算思維是目前國(guó)內(nèi)外計(jì)算機(jī)界廣為關(guān)注的一個(gè)重要概念。結(jié)合“心連‘芯的思維之旅”精品視頻公開課建設(shè)的實(shí)踐，探索了以計(jì)算思維為切入點(diǎn)、以信息素養(yǎng)的培養(yǎng)為導(dǎo)向的建設(shè)思路，并從課程宗旨和目標(biāo)、教學(xué)方法與手段等方面進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：精品視頻公開課；計(jì)算思維；課程建設(shè)；CDIO；大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)

我?！靶倪B‘芯的思維之旅”課程屬于科學(xué)文化素質(zhì)教育類課程，它指的是適合高校教學(xué)選用、社會(huì)影響力大、受眾面廣的大學(xué)生科學(xué)文化素質(zhì)課程及學(xué)術(shù)講座。本課程分為“計(jì)算思維、問題求解、算法類問題中的思維、系統(tǒng)類問題求解、數(shù)據(jù)思維”五講，課程通過通俗易懂的語言和豐富的案例，在問題求解等方面進(jìn)行了討論，內(nèi)容豐富，通俗易懂，力求揭示計(jì)算機(jī)科學(xué)的內(nèi)在之美，開啟思維之泉，激發(fā)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)的興趣和熱愛。該課程于2014年入選第五批“精品視頻公開課”名單。

一、開設(shè)本課程的初衷

2008年11月，河北工程大學(xué)被教育部確定為我國(guó)第一批18所CDIO（Conceiving-Design-Implement-Operate，構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)施-操作/運(yùn)營(yíng)）試點(diǎn)高校之一，積極進(jìn)行CDIO教育模式本土化、特色化的探索。計(jì)算機(jī)公共基礎(chǔ)課成為CDIO試點(diǎn)課程，在全校范圍內(nèi)嘗試采用CDIO模式進(jìn)行教學(xué)。

作者在河北工程大學(xué)從事非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的一線教學(xué)工作二十余年，特別是自2009年實(shí)施CDIO課程改革與實(shí)踐后，我們深切地感受到：很多學(xué)生缺乏用計(jì)算機(jī)知識(shí)去解決問題的意識(shí)，尤其是缺乏如何充分利用計(jì)算機(jī)的優(yōu)良特性解決實(shí)際生活和工作中的問題的意識(shí)和能力。那么如何解決這一困惑呢？

我們認(rèn)為，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)工作不應(yīng)該僅僅是為了讓學(xué)生學(xué)會(huì)應(yīng)用計(jì)算機(jī)，更重要的應(yīng)該是學(xué)會(huì)正確掌握計(jì)算思維的基本方式，這種思維方式對(duì)于學(xué)生從事任何事業(yè)都是有益的。并非每一個(gè)學(xué)生都要成為計(jì)算機(jī)科學(xué)家，但是良好思維的培養(yǎng)，可以造就具有良好知識(shí)修養(yǎng)，敢于創(chuàng)新，善于創(chuàng)新的一代新人。計(jì)算機(jī)教育工作者應(yīng)該從單純知識(shí)和技能的培養(yǎng)層面提高到意識(shí)和思維的培養(yǎng)層面。

近幾年來，在我國(guó)非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)課程教育領(lǐng)域開展了頗具聲勢(shì)關(guān)于計(jì)算思維的研究與實(shí)踐。教育部高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)發(fā)表了計(jì)算思維教學(xué)改革宣言[1]，國(guó)內(nèi)一些知名學(xué)者也參與其中，他們的研究成果[2-8]，為我們的課程建設(shè)提供了寶貴的指導(dǎo)。以計(jì)算思維為切入點(diǎn)進(jìn)行大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育和課程改革，拉開了新一輪大學(xué)計(jì)算機(jī)教育教學(xué)改革的序幕。

CDIO教學(xué)大綱的第二部分為個(gè)人能力、職業(yè)能力和態(tài)度，包括：工程推理和解決問題的能力（大綱2.1），工程思維、實(shí)驗(yàn)和發(fā)現(xiàn)知識(shí)的能力（大綱2.2），科學(xué)思維和系統(tǒng)思維（大綱2.3）[9]。其中，科學(xué)思維包括實(shí)證思維、邏輯思維和以抽象化和自動(dòng)化為特征的計(jì)算思維。因此，計(jì)算思維的培養(yǎng)將十分有利于提高工程師的科學(xué)思維能力，符合CDIO理念的要求，是提高大學(xué)生信息素養(yǎng)和工程能力的有效途徑。

我校的“Visual Basic程序設(shè)計(jì)”是河北省精品課程，面向全校近40%的非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生開設(shè)，是我校影響面大、師資力量強(qiáng)、授課效果好的一門計(jì)算機(jī)課程。我們嘗試在此課程中增加了關(guān)于計(jì)算思維和信息素養(yǎng)培養(yǎng)的相關(guān)內(nèi)容，最終形成“心連‘芯的思維之旅”課程，將思維訓(xùn)練融入課程教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，經(jīng)過三年的逐步改進(jìn)和完善，于2013年正式開放。

二、課程的宗旨和目標(biāo)

本門精品視頻公開課的宗旨是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維與信息素養(yǎng)能力，讓學(xué)生了解和掌握如何充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的問題進(jìn)行抽象和形式化，達(dá)到求解問題的目的，從而提高學(xué)生的思維能力，擴(kuò)展思維寬度，提高解決實(shí)際問題的能力。

本課程的目標(biāo)，一是通過讓人們了解這種計(jì)算機(jī)學(xué)科獨(dú)特的思維方式，為人們提供適當(dāng)?shù)姆椒ǎ业角蠼鈫栴}的途徑，使人們能夠借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，逐步達(dá)到人工智能的目標(biāo)，并為人們將來創(chuàng)新性地解決生活工作中的問題奠定基礎(chǔ)；二是致力于使計(jì)算思維成為公眾的常識(shí)和人們普遍的思考方式，真正融入人類的日常工作和生活之中。

三、課程的教學(xué)方法和手段

精品視頻公開課科學(xué)文化素質(zhì)教育類課程建設(shè)以大學(xué)生的需求為導(dǎo)向，以普及知識(shí)為目的。因此，視頻公開課應(yīng)該通過視頻的展示，力爭(zhēng)在較短的時(shí)間內(nèi)把看似抽象的內(nèi)容講得簡(jiǎn)明易懂，生動(dòng)有趣，力爭(zhēng)使受眾快樂學(xué)習(xí)，享受學(xué)習(xí)。

1.教學(xué)設(shè)計(jì)思路

思維的培養(yǎng)比技能、能力培養(yǎng)抽象，如何將抽象的思維培養(yǎng)具體體現(xiàn)在教學(xué)中呢？我們的教學(xué)設(shè)計(jì)思路主要有以下兩點(diǎn)：

（1）課程要強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)性和系統(tǒng)性，內(nèi)容要少而精，盡量使用科普性的通俗易懂的語言，深入淺出，引人入勝。

（2）努力將科學(xué)思維的要素、方法融入案例中。通過豐富的案例引出計(jì)算思維及其相關(guān)知識(shí)和基本信息素養(yǎng)，分析計(jì)算思維在案例中的應(yīng)用，建立思維方式，體驗(yàn)計(jì)算思維的應(yīng)用。

2.教學(xué)方法

（1）問題啟發(fā)式教學(xué)法。設(shè)計(jì)問題，通過提問、設(shè)問等方式，積極和學(xué)生進(jìn)行思想交流和互動(dòng)，活躍課堂氣氛。通過教與學(xué)的互動(dòng)過程，通過學(xué)生的自我學(xué)習(xí)和領(lǐng)悟，使計(jì)算思維最終沉淀于學(xué)生的腦海里，內(nèi)化為一種思維能力。通過問題的逐步深入，引導(dǎo)學(xué)生從一個(gè)較淺的理解層次逐步過渡到較深的理解層次。通過不同視角和遞階的討論，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)如何確定思考的方向，進(jìn)而建立起科學(xué)的研究習(xí)慣。

（2）案例教學(xué)法。通過設(shè)計(jì)具體案例，分析計(jì)算思維在案例中的應(yīng)用，潛移默化地將計(jì)算思維的思想融入其中。通過較小的問題求解案例來展現(xiàn)復(fù)雜的思維，并重視問題的討論，力求讓學(xué)生了解如何將現(xiàn)實(shí)問題抽象為一個(gè)數(shù)學(xué)建模問題或者一個(gè)形式化問題。比如，通過一個(gè)現(xiàn)實(shí)的擺渡問題的例子，來講解現(xiàn)實(shí)問題只要通過人類的思維活動(dòng)將其形式化、程序化和機(jī)械化后，就可以交給計(jì)算機(jī)輕松地完成。

（3）遷移學(xué)習(xí)法。遷移學(xué)習(xí)可以從現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中遷移知識(shí)，用來幫助將來的學(xué)習(xí)。遷移學(xué)習(xí)的目標(biāo)是將從一個(gè)環(huán)境中學(xué)到的知識(shí)用來幫助新環(huán)境中的學(xué)習(xí)任務(wù)。遷移教學(xué)法是教師依據(jù)遷移規(guī)律設(shè)法為新知識(shí)的構(gòu)建提供聯(lián)系的認(rèn)識(shí)橋梁，通過遷移來發(fā)揮舊知識(shí)在學(xué)習(xí)新知識(shí)中的鋪墊作用。比如，通過現(xiàn)實(shí)生活中摸撲克牌的例子，引入插入排序算法。又如，講解圖論的最小路徑法后，馬上引導(dǎo)學(xué)生思考此算法是否可以應(yīng)用在以下領(lǐng)域中：像城市的各種市政管網(wǎng)規(guī)劃，公共交通網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃，物流的最小成本分析， 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)以及各種應(yīng)急系統(tǒng)等。

本文結(jié)合我校“心連‘芯的思維之旅”精品視頻公開課建設(shè)的實(shí)踐，研究和探討了如何做好精品視頻公開課建設(shè)的若干問題。本課程從一定程度上實(shí)現(xiàn)了計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的融合，能夠有效地提高學(xué)生的信息素養(yǎng)，能夠?yàn)閷W(xué)生將來創(chuàng)新性地解決專業(yè)領(lǐng)域問題奠定基礎(chǔ)，也為計(jì)算機(jī)教學(xué)工作者提供了一種新的視界和思考。計(jì)算思維的培養(yǎng)將有利于提高工程師的科學(xué)思維能力，符合CDIO理念的要求，是提高大學(xué)生信息素養(yǎng)和工程能力的有效途徑。

視頻公開課更為直觀地反映了教師的水平，所講授的內(nèi)容不僅要扎實(shí)，更要有新意，能夠產(chǎn)生啟發(fā)作用，激發(fā)學(xué)生或聽眾的創(chuàng)新意識(shí)?？梢灶A(yù)見，精品視頻公開課作為高校課程建設(shè)的一種新的探索方式，將對(duì)傳統(tǒng)的大學(xué)教學(xué)形成一定的沖擊力，對(duì)構(gòu)建人才培養(yǎng)新模式、新方式，展示新時(shí)期教育改革和“本科教學(xué)工程”建設(shè)成果，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維，將發(fā)揮重要的示范作用。

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[資助項(xiàng)目：教育部“本科教學(xué)工程”地方高校第一批本科專業(yè)綜合改革試點(diǎn)項(xiàng)目（ZG0051）；河北省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目（103029）]

[責(zé)任編輯：余大品]