秦福利，唐培和，李兴琼

(广西科技大学，广西 柳州 545006)



·教育教学改革·

计算思维与创新教育

秦福利，唐培和，李兴琼

(广西科技大学，广西 柳州 545006)

在国家实施创新驱动战略的今天，高校创新创业教育被提高到前所未有的高度，并且认识到创新创业教育必须与课程教学、专业教育相结合。计算思维作为充满创新思想的思维方式正日益影响着人们的工作、生活和学习，在大学计算机基础课程教学中应遵循以计算思维能力培养为教学目标，不断创新教学理论，采用问题导向、课题研讨的探究式、启发式教学模式，从而使创新型人才培养工作落在实处。

计算思维；教学模式；创新教育

一、引言

党的十八大报告提出，国家要实施创新驱动战略。创新驱动要依靠技术进步和劳动者素质提高，而这二者的根源又来源于我们的人才培养质量，关键在我们的教育能否培养具有创新意识和创新能力的专门人才。联合国教科文组织在《21 世纪的高等教育: 展望与行动世界宣言》中明确指出，培养具备创新创业核心能力的未来人才是21 世纪高等教育的重要使命，必须将创新精神和创业技能作为人才培养的基本目标[1]。目前，“创新”成为各国教育改革的中心话题，如何培养具有创新思想和创新精神的人，以适应知识经济对人才的需要，便成为学校教育教学的主要任务之一，也是现代教育思维的主要方式。

2015年5月4日， 国务院办公厅正式下发 《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》，就深化高校创新创业教育改革提出具体实施意见。文件要求“各高校要根据人才培养定位和创新创业教育目标要求，促进专业教育与创新创业教育有机融合，调整专业课程设置，挖掘和充实各类专业课程的创新创业教育资源，在传授专业知识过程中加强创新创业教育[2]。”同时，李克强总理指出：大学生是实施创新驱动发展战略和推进大众创业万众创新的生力军，高校应积极开展教学改革探索，把创新创业教育融入人才培养过程之中，切实增强学生的创业意识、创新精神和创造能力，厚植大众创业、万众创新土壤，为建设创新型国家提供源源不断的人才智力支撑。十八大以来，高校的创新创业教育活动如火如荼地开展起来，从课程打造、基地建设、经费扶持、组织机构、赛事开展到产教融合、协同育人等各方面都得到大力支持，也取得积极进展。但在热闹的背后，我们也发现不少高校创新创业教育理念滞后，与人才培养和专业教育脱节，简单地认为只要开出创新创业课程就代表着开展了创新创业教育，将创新创业意识和能力培养与专业教育、专业课程教学活动割裂开来，不能起到以创新创业教育促进专业课程教育，以专业知识支撑创新创业活动的目的，也使得创新创业的课程体系、实践教学体系支离破碎、陈旧落后，将大学生创新创业活动置于低水准、知识技术含量低的层面，背离了大学生创新创业教育的初衷。可见，加强大学生创新创业教育是时代的要求、高校的责任，将创新创业教育融入专业教育、课程教学之中则是达成目标的重要方略和必然途径。

二、思维与计算思维

大学计算机基础课程作为高校的一门重要公共基础课程，自开设30多年来，一直处于不断的改革和完善中，并在此期间积累了丰富的经验，取得了很多成绩。但在现代信息社会中，随着物联网、云计算、大数据等诸多新概念、新技术的不断涌现，高校的计算机基础课程面临着新的问题和挑战。一方面，计算机技术的飞速发展导致社会对专业人才计算机能力的要求不断提高，高校的计算机基础课程体系结构不得不处于一直不断的调整中；另一方面，各地区中小学对各种信息技术类课程的不同程度开展使得学生计算机操作水平的差异性越来越突出。大学计算机基础课程面对学生的差异性以及计算机技术的发展，如何设置课程的教学目标？如何实现教学目标？应该如何取舍日新月异的计算机软硬件知识和技术？这些问题引发了大家的广泛关注和讨论。我国大学计算机课程教学目标从以 “知识传授”向“能力培养”转变，主要将信息素养、创新能力、实践应用能力、解决问题的能力以及计算思维能力等作为计算机基础教学的目标，其演变分为3个阶段：普及计算机文化、培养专业应用能力以及训练计算思维能力。原来的以传授知识、提高计算机操作能力的教学观念已不适应当前大学计算机基础课程教学的需要，以培养学生具有计算思维素养的教学改革理念应运而生。计算思维(Computational Thinking)又称构造思维，是指从具体的算法设计规范入手，通过算法过程的构造与实施来解决给定问题的一种思维方法。计算思维作为思维的一种表现形式，其起源来自我们人脑内部的“运算”，随着社会的发展和技术的进步，人类的“运算”可以借助计算机来实现其许多功能，这时，计算机本身作为一种代表先进技术的生产工具反过来影响我们的思维，正如计算机科学家、1972年图灵奖得主艾兹格·迪杰斯特拉(Edsger Dijkstra)所言“我们所使用的工具影响着我们的思维方式和思维习惯，从而深刻地影响着我们的思维能力。”

著名教育家裴斯泰洛齐认为，人们依据对客观世界的认识，将客观世界按照某一标准进行分类(部分)，其分类的结果便组成了学科；而学科又可以分为更细小的部分(要素)，人们在掌握这些学科的时候，必须掌握组成学科的每一要素，将这些要素积累起来，便掌握了学科，进而掌握了客观世界。并指出，道德的要素是“母爱”、体育的要素是“关节”、语文的要素是“语音与词”、测量学的要素是“直线”、算术的要素是“1”。我们顺而推之，计算(学科)的要素是“0”和“1”，其核心思想是将自然世界的各类运算问题通过人类思维理性(计算思维)并借助计算机设备(包括人工智能)实现简约化、高效率、精确化的处理。可以这样说，计算思维是随着计算机科学的不断发展而出现的，其产生的过程本身就是人类创造知识、技术和产品的过程，充满着创新和创造。

正如陈国良院士指出的，培养创新人才的一个重要内容就是要潜移默化地培养他们的计算思维。无论哪个学科，具有突出的计算思维能力都将成为新时期拔尖创新人才不可或缺的素质。高校应该旗帜鲜明地把培养具有计算思维能力的高级人才作为一项重要的长期任务。

作为大学计算机基础这门课程而言，将计算思维作为其核心要素贯穿于课程教学改革当中是关键，那么如何才能够实现这一点呢？一是要创新教学理念，二是要创新教学模式。

三、在计算思维课程教学中推进创新教育的方略

通俗地说，计算思维是指人们基于计算的方式来思考、分析和处理问题的心理活动，包括思维的习惯、方法、模式等，主要包括简约性、开放性、互动性、精确性等思维特征。计算思维的教学是指教师在大学计算机基础课程教学活动过程中，引导学生根据算法对计算素材进行具体化的构思，开展计算、通信、协作、记忆、自动化、评估和设计等一系列的求解过程。

(一)创新教育理念

高等教育是传承、创造知识与技术并培养创新型人才的重要部门，教育者本身应该首先具有创新的教育理念来适应知识经济和信息社会的时代要求。在教学层面应包括：

1．创新性人格的塑造。创新性人格特征是创新能力培养的前提，它体现为好奇心、主动性、求异性、觉察力强以及自信等方面。为了培养学生的创新性人格，教师要结合课程教学目标要求采取“问题导向”“个别指导”等教学模式来开展教学活动。教学过程中，教师要有意识地设计解决问题的过程，充分展示解决问题的思维活动过程，尽可能地为学生创造动手、动脑的机会，以激发学生的创造性思维。教师应引导学生对问题进行多角度考察、多途径探讨，既有助于学生对知识的建构，又有助于训练学生思维的发散性、创造性，培养其创新能力。在教学中采用适当的“问题求解”软件，引导学生在解题过程中应用所学的知识去获得新知识和创新能力。

2．通过培养学习兴趣来激发学生的创造性思维。兴趣是求知的起点，也是创造性思维的一种动力。学生的学习兴趣和欲望，总是在一定情景中发生的，并在他们的创造欲望得到充分满足时，学习兴趣才能进入最佳状态。教学中适当地采用“教学游戏”“模拟训练”或“虚拟实验室”等模式，引导、激发学生的学习兴趣，促进学生去积极思考，并取得成功，同时学生的成功也将不断地激发他们的创新动力。

3．让学生在自主学习、协作学习中培养和发展创新能力。自主学习和协作学习，实际上，就是学生独立探索知识的过程。在这个过程中，学生的思维最奔放、活跃，也最容易发挥学生的创造能力。因而自主和协作学习已经逐渐成为现代教学中的重要教学形式和方法。例如，网上协同实验室可以为学生提供良好的自主学习和协作学习的学习环境。

(二)激发问题意识的探究式教学

创新始于疑问，疑问是思维的触发点，没有问题就没有真正的思考，没有问题也就没有创造。大学学习，教师向学生提出问题比向学生传授知识更重要，一个好的问题可以更容易让学习者加深对知识的理解和对解决问题的深入分析，并激发学生的创新和创造欲望。

在计算思维课程的探究式教学中，首先体现在教师的教学设计上，在课堂讲授中，一般以问题为逻辑起点，以提问的方式向学生呈现所要学习的对象。如，在导论课中，教师可以设计这样的问题：计算思维课程是一门什么样的课程？它与大学计算机基础的区别和联系是什么？我们为什么要开设这样一门课？通过这样的问题可以使学生带着疑惑去阅读教材、查找资源，为学生提供了更大、更为广阔的思考空间。在这样问题的求解过程中，学生不再是知识的被动接收者，而是知识的积极吸取者和创造者(开放性的问题使问题的答案更为个性化和更具创造性)；学生同时也成为了学习的主体，让学生在设问与释问过程中萌发自主学习的欲望和动机。

基于问题意识的探究教学，需要把握以下几点：

1．教师要善于提问。好的问题是保证教学质量和效果的基础，这是吸引学生进入问题情境的第一道关口。那么，什么是好的问题呢？好的问题往往来自于我们的社会实践和日常生活，而非已成定论和体系的知识或理论；这类问题是开放的、建设性的，存在不可知的部分，需要学生对问题进行界定、假设、推断、验证，最后得出学生个人对问题的解决办法和观点。可见，问题的优劣决定着教学效果和学习成果的高低。

2．要求学生基于问题进行学习。首先是要求学生在上课前要预习，针对问题开展大量的文献阅读，了解问题的前置性知识和技能；其次是要求学生深入探究，找到问题相关知识的联系，全面了解问题的复杂性和问题求解的最优化。带着问题的驱动式学习能够让学生感受到学习的独立性和创造性，并被赋予越来越多的学习责任，无疑是一种有效学习。

3．教师要给予适当的指导。在基于问题意识的探索教学中，教师要从知识的讲授者、信息的传授者变为学习资源的提供者、学生学习的指导者，指导学生如何收集信息、分析评价信息和得出科学结论，在学生学习过程中有针对性地提供问题解决的线索和提示，并能够对学生得出的结论或观点给予正确评价。

(三)培育探索精神的研讨式教学

奇克润(Chickring，A. W.)等人在《好的本科教育中的七个原则》中提到“学习不是一种旁观者的游戏。如果学生仅仅坐在教室里听老师讲，记住事先包装好的知识，然后吐出答案，那是不可能学到很多东西的。他们必须讨论所学的东西，动笔写出来，把它与已有的经验联系起来，并且把它运用于自己的日常生活。学生必须让所学的东西成为自身的一部分。”计算思维课程教学中，设计为每上两个单元的讲授课就安排基于1个知识单元的研讨课，目的是让学生能够结合所学知识解决实际问题。在计算思维课程教学中引入研讨式教学模式，对学生获取知识，训练学生独立思考，善于表达，敢于实践，勇于创新的能力培养具有极大的促进作用。如教师可以设计一个“做你想要的PPT”的研讨课题，其教学目标是考核学生对PPT 的“基本操作、主题设置、背景音乐、模板设置、定义模板、定义风格，自定义动画”等技能与技巧，由于每个人的想法和操作风格不同，最终做出的作品可能会形态各异，但都达到了训练学生掌握PPT制作的目的。这个过程中，教师和学生的作用都不可忽视，否则达不到教学效果。

作为教师，要精心设计好研讨课题，课题要符合学生的知识基础和具有兴趣性、挑战性；要提供良好的教学环境，包括营造和谐宽松的讨论气氛，配套的技术与设备支持、灵活自由的教学空间布局。作为学生，要做好充分的课前准备，包括资料搜集、文献阅读、制作作品；要积极参与课堂研讨，包括作品展示、问题讨论、分享讨论结果、总结评价等。

可见，研讨式教学注重学生的主动参与，使学生在自主学习和探索过程中能够独立思考，养成问题意识，培养具备发现问题、解决问题的能力，进而成为新知识、新技术、新产品的探索者和创造者。

(责任编辑：梁京章)

[1]联合国教科文组织．21世纪的高等教育: 展望与行动世界宣言[EB/OL]．[2015-06-24]．http://www.lailook.net/klxx/02/2009-12-17/1691.html．

[2]国务院办公厅印发《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》[EB/OL]．http://news.xinhuanet.com/2015-05/13/c_1115272337.htm.

Computational Thinking and Innovative Education

QIN Fu-li, TANG Pei-he, LI Xing-qiong

(Guangxi University of Science and Technology, Liuzhou 545006,China)

With the trend of the national implementation of the innovation-driven strategy, innovative and entrepreneurship education in colleges and universities had been raised to an unprecedented height, and we have realized that innovative and entrepreneurship education must be combined with curriculum teaching and professional education. Computational thinking, as a way of thinking full of innovative ideas, is increasingly affecting people's work, life and study. In the teaching of computer basic course in university, we should follow the training of computational thinking ability as the teaching goal, innovate the teaching theories consistently, and adopt inquiry and heuristic teaching mode of problems-oriented and topics discussing, so that the training of innovation talents can be put on a firm footing.

computational thinking；teaching model；innovative education

G647

A

1671-9719(2016)11-0050-03

秦福利(1974-)，广西灵川人，教务处副处长、研究员，研究方向为人才培养模式、教育成本分担。

2016-08-26

2016-09-24

广西高等教育教学改革工程A类项目“‘计算思维与计算文化’视域下的大学生创新创业教育探索与实践”(2016JGA240)；广西高等教育教学改革工程重点项目“以‘计算思维’为导向，重构大学计算机基础教育之研究与实践”(2014JGZ133)。