王占全, 文欣秀, 杨泽平, 顾春华, 胡庆春

(1. 华东理工大学 信息科学与工程学院，上海 200237；2. 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093)

0 引 言

目前，我校制定了各种政策大力支持大学生参加各种创新活动(如大学生创新实践活动、USRP、各种创新基地，讲座，实践课程，竞赛课程等)，不仅锻炼了学生的动手能力，也提高了学生的创新实践能力，在实践和反馈中经过与指导教师、学生调研后，也发现一些问题：

(1) 创新实践活动类型虽多，但之间缺乏联动。在本校计算机类的实践活动很多，如课程中进行的各种课程设计实践(如大作业实践)；开设的17个实践活动讲座；10种性化定制的实践项目；蓝桥杯训练班；计算机类大学生创新实践活动(国家级/市级/校级)；3个计算机相关竞赛(上海市计算机应用能力大赛(市赛)，中国大学生计算机设计大赛(国赛)和蓝桥杯竞赛)等，这些活动并没有统一起来，都是各自选择报名，教师各自管理自己的学生，之间交互少，因此数据信息无法充分共享，学生之间交流不便，不利于学生计算机应用能力综合素质的提高。

(2) 实践活动知识较多，但重叠性多且缺乏统一规划。计算机类实践的项目很多，这些项目在知识内容上亦由相应教师自己设置，由于单个实践活动项目有知识体系，但是活动之间的实践知识体系内容缺乏，纽带缺乏，就导致学生的创新实践知识缺乏完整的知识体系结构，进而影响学生的整体性计算机相关实践知识培养。

(3) 各种创新实践活动难以分级，因此难易程度有别，导致学生抵触情绪。由于各种计算机类创新活动数目众多，对许多刚入校的一年级新生而言，不清楚自己的优势与潜力所在，盲目地报名参加一些创新活动之后，发现自己的知识和能力有限，而自己的指导老师又因为时间有限无法提供系统的指导，自信心非常受打击，进而在大二和大三对各种创新活动产生畏惧情绪，理所当然就认为这些实践活动没有效果。

(4) 各类创新实践活动缺乏良好的指导制度和过程监控。在指导教师指导学生各类实践活动中，根据过去5年数据分析，指导学生实践如果没有统一的制度保证，很难取得好的成绩，因此要形成好的指导制度；另外在实践指导过程中，基于过程指导是非常重要的，如果仅凭报名阶段和最后阶段进行指导，效果就很一般，因此研究组织实践活动的过程监督考核，和指导学生作品中过程考核方法等。

最近3年，在“大众创业、万众创新” “互联网+”大学生创新创业大赛和各类计算机竞赛活动支持下，大学生创新创业正处于一个非常好的环境，如何为大学生提供更好的环境和体系支撑，是需研究的一个重要内容。因此，在我校多个计算机类创新实践活动中，如何改进创新实践培养模式，思路如下：在系统授课的课堂上正确地引导学生，鼓励他们将所学的知识点和自己的兴趣点结合起来；在短学期讲座中，讲解计算思维初步概念等[1]，总体使用计算思维知识并细化贯穿到各个实践模块中，帮助他们运用所学知识去分析与解决专业学习中的的实践问题、提高专业应用能力，最后进行各种竞赛和研究。下面结合我校计算机创新实践情况介绍在以培养学生实践能力创新能力为核心的实践教学观念指导下的一些改革措施与体会。

1 多层实践活动联动实践教学体系

经过多年计算机基础教学的探索与实践，以及同行经验逐步形成了适合我校计算机实践教学的分层次实践体系与内容[2-4]。根据本校实际情况和计算机技术的发展，针对原有创新实践活动中的内容进行改进，强化计算思维力度(分为计算思维初步，编程思维，数据思维和工程系统思维)，并细化计算思维与多层创新实践活动相结合，建设了创新实践活动联动的计算思维导向图。分为3个层次，计算思维概念讲解层；编程思维和数据思维训练层；系统思维提高层等，如图1所示。在此基础上，对实践活动内容中计算思维的融入，实践活动的联动，多元评价和制度形成等问题进行了研究。

图1 多层计算机类实践活动中计算思维切入导向图

2 计算思维为切入点的创新实践活动研究

计算思维作为三大科学思维方式之一，正在改变着大学计算机教育的教学模式。其受到了国内外计算机界的广泛关注。培养计算思维能力是当前国内外大学计算机教育的重要组成部分[5-11]，也是我们指导各类创新实践作品的重要组成部分。因此在计算思维驱动下，理顺和优化各个创新实践活动的内容，并根据创新实践活动内容(强调实践，系统和作品完成等)和同行经验对计算思维进行细化为计算思维概念，编程思维，数据思维和工程系统思维，从课堂教学和实践环节探讨了培养学生计算科学思维的结合点和教学方法。总体研究把计算科学思维引入到多层创新实践活动中，并在教学和实践理念上以其为主。在实践中初步分为3个层次，计算思维概念讲解层；编程思维和数据思维训练层；系统思维提高层。

2.1 计算思维概念讲解层

在该层使得学生学到计算机知识时，要理解计算思维的概念和日常中一些常用方法(如递归、抽象等)[12]，具体例子为：在讲座和基础实验中，为了能够在实践活动体系初期就开始培养计算思维，在该层次，课题组选择和设计了一组算法介绍案例。对于相关案例的选择，必须充分体现出以培养计算思维为核心的特点，案例不需要过多，但一定要讲授得详细。例如“递归”问题，教师们都知道是一个理解计算机编程思想的好例子，但是如果只是泛泛地介绍过程和结论，并不能很好地帮助学生理解。我校开展的教学实践中，对“递归”问题使用了日常生活中案例式教学，首先通过生活案例来说明该问题，让学生对“递归”进行尝试性的解决，然后再对该方法进行较为详细的介绍，让学生树立了计算机绝大多数问题可以递归解决，帮助学生形成对于“递归”的第一印象。

2.2 编程思维和数据思维训练层

在讲解编程思维和数据思维时要从计算机观点出发讲解冗余，抽象，折中等。在该层次，分为选拔机制和计算思维融入讲解部分。该层主要以实践课程为主，是学生计算思维能力提高很重要的层次。因此从选拔和培养过程中就设置了计算思维的融入，具体选拔机制如图2所示。

图2 实践竞赛机制以及选拔机制

在讲解中要启发式教学，主要是学生经过前期准备已经进入了各种实践和大作业实践中，能够使用计算机思维的知识来解决问题，再如递归，计算机编程部分绝大问题可以用递归解决，比如循环，输入输出，阶乘等。再如折中问题的讨论，通过讲解冒泡排序，选择排序和简单选择排序让学生判断好坏，和在时间和内存选取中进行折中的问题思考等。

2.3 系统思维层

系统思维是一种整体思维，把认识对象作为系统来看待，要求从系统和要素、要素和要素、系统和环境的相互联系、相互作用中分析问题、解决问题。而针对提高计算机应用能力而言，针对各种作品或其中问题，培养学生要从整体上把控，建立适应社会的需求，从中抽象出系统的业务功能等，进行结构化分解。并考虑各个模块的关系，最终进行作品的形成和各种测试，最后要理解系统的应用对社会造成影响等意识。在各类竞赛和科研平台中，强调该方法的运用，培养学生的系统思维能力和工程能力。

3 多层实践活动中实践内容建设和素质培养

针对本校实际情况(如化工、机械和信息特色显著等)和同行经验[12-15]，在各个实践内容方面，在计算思维引导下，设置了一些与上述专业有关的案例和实践内容等。开设的实践内容如图3所示。

设置了如下步骤：学生从入学之初，在课堂中和各种讲座中获取计算机知识以及融合专业的知识，并进行计算机课程实验和各种实践。教师使用混合式学习方法等讲解计算思维概念，并讲解设计和实现大作业方法和展示往届作品，通过以上活动等唤醒学生创新意识；在计算思维概念深入讲解下学生在课内进行例子框架作业、大作业实践和课外参加各种实践等，以及参加各种定制化的实践项目等，以此进行创新实践训练计算思维编程训练。和初步的创新能力培养；最后学生做出作品和参加各种竞赛活动，其中指导学生参加全国大学生智能互联大赛等，以此进行系统思维和工程思维训练，进入计算机创新科研团队等进行创新能力和创新精神培养。

4 实践活动中基于过程的多元评价体系研究

根据前述对于计算思维的理解和计算思维驱动的“目标-内容”二维模型(简称CT-CDT模型)，并根据我校学科情况，使用小组指导，大作业实践模式等，在实践指导中强调激发学生的自主学习，拟采用内省式教学(Reflection)方法策略，即学生自评(Self Assessment)，并结合采用小组互评的方法(Peer Assessment)，组合成多元评价体系。所评价的学习内容(CD-CDT)是每一个实践模块的学习中，针对本模块和计算思维概念相关的最重要的知识点，评价学生自我设计的案例。计算机类实践活动是实践性很强的课程群，并且有一定的难度(由于大环境课时压缩等)，如果中间节点不控制，仅凭最终检查实验和实践内容，就会出现很多问题。因此中间环节进行考核是非常重要的，根据实践课程实际情况，提出了基于过程实践活动中多元评价方法，如图4所示。

5 创新实践成效显著

近4年通过该体系建立，我校学生的理论实践水平有了很大提高，特别是计算思维能力，学生学习使用从计算机的角度去分析问题，解决问题，这些提高直接有力地反映到实践创新模块中，取得了很好的成绩，并且自计算思维为切入点的实践活动联动模式实施后，其成绩取得了显著进步，近年来，参与人数连续增加，平均每年递增22.45%。说明学生更加感兴趣参加各类比赛了；获得市级以上竞赛奖项数目，连续3年递增，其年平均递增55.17%，获得国家级奖项也是递增的，连续2年平均递增45.63%，说明经过教学改进，其过程监控，计算思维能力培养导致了计算机应用能力提高是非常显著的，并且有两组已经取得了创业的成功，具体成绩见表1。通过随机抽样，收集了177份参加过本部门创新平台的学生的资料，统计结果显示出国或港澳地区学习32人，比率为18.1%；继续深造读硕士学位以上的达161人，比率为91.1%，并且其他专业学生深造计算机专业的比率76.3%。在该计算思维切入创新实践联动平台下，学生对计算思维的理解更加深入，绝大部分学生能够使用该思维能力，并运用到后期各类计算机的实践和课程中。

图3 实践活动内容设计和素质能力培养研究

图4 多层实践活动中多元评价的策略和方法

在该项目的实施下，也取得了一些上海市级教学成果奖的奖励。以该论文研究内容为部分基础，获得了上海市教学成果一等奖1项，二等奖1项。

表1 创新实践成绩一缆表

2015～2016，2016～2017四次获得大赛优秀组织奖。*8月参加国赛，人数可能变化，所以约400人

6 结 语

在目前形势下，计算机类创新实践基地的联动实践改革是一个值得深入探讨和参与的课题，为此提出以计算思维为切入点的创新实践活动联动研究。 实践表明，新体系取得了较好的成绩，学生通过联动的计算机类创新实践培养，学会使用计算科学思维思想去思考在现实世界中如何用计算机工具去解决问题，从而更好地培养了学生发现问题、解决问题能力，进而提高了学生创新能力。但是每一种体系模式都有两面性，能否带来良好的效果在实施过程中还需根据本校的实际情况量体裁衣，因地制宜，才能达到好的效果。