基于计算思维能力培养的实践教学平台建设研究

摘要：分析计算思维能力培养途径及存在的问题，从实践教学理念、实践教学平台建设规划和建设内容等3个方面阐述了基于计算思维能力培养的实践教学平台建设的问题。

关键词：计算思维；能力；实践教学；平台建设；非计算机专业

0 引言

计算思维是克服“狭义工具论”的有效途径，也是解决其他信息科学技术难题的基础。目前，它仍主要停留在宏观的概念上，而如何将其落实到人才培养具体实践中才是计算思维能力培养的焦点问题，这也需要学术界和教育界从不同角度探寻有效的方法。新西兰canterbury大学的教授和两位中小学教师，依据自己的实务教学经验设计了不需要计算机实体就能展示计算机深奥原理的活动用于开发中小学生的计算思维能力，但这种教学不能适应高级人才应具备解决复杂问题所需的计算思维能力的培养要求。因此，探寻针对大学生的计算思维能力培养的有效途径，仍有待持续的研究和努力。西安交通大学冯博琴教授针对我国高校在计算思维能力培养上遇到的困难，提出了如何让计算思维“落地”的思考；著名计算机教育家谭浩强教授提出在面向应用基础上培育计算思维能力的思路；这些研究成果对我国高校计算思维能力的培养指明了方向。笔者则从教学研究层面探讨了非计算机专业大学生计算思维能力培养的策略问题。并在此基础上，探寻高校非计算机专业大学生计算思维能力培养的途径。

1 计算思维能力培养的途径及存在的问题

计算思维与数学思维、实验思维一样，需要经过长期的训练才能将其内化于学习者的思维中，这需要采取一系列有针对性的方法来实现，落实这些方法的途径主要有课堂教学、实验教学和社会实践等。课堂教学讲授基本原理，实验教学对基本原理进行验证，社会实践拓展基本原理的实际应用，三者相辅相成。计算机科学作为一门理论性和应用性很强的学科，三者的有效结合尤为重要。计算思维能力的培养就是通过有效的方法和途径让学习者能够充分理解和掌握计算机科学的基本原理和基本方法，在此基础上自觉地运用计算机科学思想去观察、思考和解决实际问题。

计算思维尚未形成完善的理论和实践体系。因此，当前关于计算思维能力的培养仍处在不断探索的阶段，针对计算思维能力培养的方法和途径大多还是借用其他思维能力培养的方式，缺乏自身有效的能力培养体系。在借用其他思维能力培养方式时，一般是对这些思维能力培养的方法和途径做局部调整或修改，往往忽略了计算思维的特点，缺乏对计算思维能力培养的全局和系统的把握，这是计算思维能力培养途径存在的主要问题。这就造成在计算思维能力培养过程存在一些片面的理解，形成“头痛医头，脚痛医脚”的局面。比如，强调算法在锻炼计算思维中的作用时，忽略掉计算机基本操作技能的训练，这种失衡的计算思维培养方法未必能很好地将计算机科学的一般方法传授给学生，并促进他们解决实际问题特别是来自交叉学科的问题；同样，过度强调计算机操作技能的训练会致使学生对计算机科学的认识淡化，无助于计算机技术中最重要的核心思想与方法的掌握，学生很难自主地将专业知识与信息技术融合。

2 实践教学平台的构建

高校非计算机专业课程设置和教学时数均相当有限，要想在有限的时间内通过有限的课程来培养学生的计算思维能力，就必须做好课堂教学和实践教学平台间的相互配合。实践教学平台作为开放的、自主的学习平台，能在相当程度上克服课程内容和上课时间的限制，并能给学生提供一个自由发挥的空间。

目前，由于多种因素我国一些高校过度突出课堂教学的主导地位，弱化了实验教学和社会实践在人才培养中的重要作用，还没有建立起课堂教学、实验教学和社会实践三者真正统一的实践教学平台。一些人对实践教学平台的认识还只是停留在技术层面，提到实践教学平台马上想到建没实验室、购置或开发教学软件等具体技术实现，却忽略了有针对性的实验教学和社会实践的理念、目标和定位，忽略了课堂教学、实验教学和社会实践的有机结合，也忽略了人（理论课程教师、实验教师、学生）的因素，更忽略了实践教学平台的高效运行管理。因此，实践教学平台建设是一个综合的工程，需首先确立明确的教学理念、目标，并以此指导实践教学平台的建设、运行和管理；其次，科学规划和整合课堂教学、实验教学和社会实践使三者有效配合；再次，根据本校的师资情况及学生特点，建立相应的保障机制和有针对性的实践教学。

2.1 实践教学理念的树立

基于计算思维能力培养的实践教学平台的首要任务是有意识地引导学生通过该平台自主地学习、思考和探索，培养学生的计算思维能力，促进“以计算思维能力培养为核心”的实践教学理念的形成。“以计算思维能力培养为核心”的实践教学理念不是单纯地将计算机作为工具仅传授给学生操作的方法，而是要通过应用计算机帮助学生建立起计算思维的方式。这种教学理念纠正了当前教学中存在的学生能“照葫芦画瓢”就算学会计算机的教学目标误区，并扭转了学生学习中存在的“会玩计算机”等同于“会用计算机”的认识误区。这种教学理念不仅要让学生“知其然”，而且要促进学生进一步探索以求“知其所以然”，后者才是计算思维能力培养的焦点；这是因为计算机中有些操作比较容易实现和完成，学生很容易获得满足感，进而失去继续探索的动力，甚至根本就没有形成进一步探索简单操作背后计算机科学本质的思想意识。比如，计算机中“保存”的操作（ctrl+s）很简单，很多学生运用很熟练甚至将其作为习惯性动作，但很少去关注这一操作的实质：将信息由内存备份到外存；如果理解这一操作的实质，在学习算法语言时就能更好地理解变量实质，促使知识融会贯通。凶此，“以计算思维能力培养为核心”的实践教学就不能只停留在表面的操作技术上，更应致力于引导学生探索计算机科学内在的本质。在解决实际问题时，懂得计算机操作和相应技术原理本质的学生要比只会计算机操作的学生思路宽、手段多，这也是具有计算思维能力与不具备计算思维能力的学生的区别。

2.2 实践教学平台建设规划endprint

在实践教学理念的指导下，我们要考虑实践教学平台建设的规划问题，即我们要建什么样的实践平台。好的实践平台是构建计算思维能力培养体系的重要前提。我们应充分分析计算思维的特征，结合学校实际情况和学生的学习特点，遵循教育学基本规律，制定科学、系统的实践教学平台建设方案，并在此基础上力求建设符合思维发展规律的计算思维能力培养体系。

1）全面分析实践教学平台的基本要素。

从系统学角度讲，一个完善的实践教学平台应是一个完备的系统，包含支撑实践教学活动正常开展的所有要素，如实验教学的师资、保障机制、软硬件等。当前，多数实践教学平台建设研究主要是针对如何建设实验教学软硬件而展开的，这属于实践教学平台的基础性建设，是不可缺少的，但不能以偏概全地认为这就是我们要建设的基于计算思维能力培养的实践教学平台。如何建设一支高素质的实验教学师资队伍和相应的保障机制是建设基于计算思维能力培养的实践教学平台的关键，把握了这个关键点，所建设的实践教学平台才能正常的发挥其功能；否则，就算配置了再先进的实验设备，由于缺乏高素质的实验教学师资和相应的保障机制，这些由实验设备“堆砌”成的实践教学平台也很难为实践教学服务，更不用说培养学生的计算思维能力了。

2）确立实践教学平台建设的基本原则。

基于计算思维能力培养的实践教学平台需本着“开放性、互动性和可拓展性”的基本原则去建设。开放性包括时间、空间、内容和角色上的开放性，时间和空间开放性是让学生随时随地能够使用实践教学平台，内容的开放性是能够为学生提供一个根据自身需要自主选择学习内容的机会，角色的开放性是让学生能够以设计者的角色参与实践活动并主导自己的学习；目前大多数的实践教学平台在时间、空间和内容的开放性方面做得比较好，但在角色的开放性方面还有一定的缺失，这是由多种主观因素（教师的责任心等）和客观因素（产品的知识产权等）造成的。角色的开放性在计算思维能力培养中具有重要的地位，能更好地促进学生深切体会实践活动中蕴含的科学精髓。互动性原则是指实践教学活动中师生的双向交流，师生畅通的互动交流能够及时发现学生学习过程中的共性问题和个性问题，帮助学生解决问题，从而提高学生的学习效率和教师的教学效果。可拓展性是指实践教学平台的整体框架可根据教学需要进行动态的、有针对性的扩展与实践教学内容的再开发，以满足学生进一步学习和探索的需求。

2.3 实践教学平台建设内容

实践教学平台建设的内容主要包括实验教学队伍建设、实践教学保障机制建设、软硬件平台建设等3个方面。

（1）实验教师队伍建设是实践教学平台建设内容的关键部分，一支高素质的实验教师队伍能够确保实践教学的质量，但高素质的实验教师队伍建设面临诸多困难，需要投入更多的精力。实验教师队伍建设首要任务是组建一支稳定的专任实验教师队伍，目前一些高校的专任实验教师比较少，很多实践教学活动是由理论课教师兼任指导，造成实践教学的深度不够，因此建设稳定的实验教师队伍是当务之急。其次，加大培训力度进一步提高实验教师的信息素养，提高教师的计算思维能力，以适应计算思维能力培养的要求，给学生提供一个高起点的学习台阶。

（2）实践教学保障机制建设是实践教学平台的软环境建设，主要涉及各种保障实践教学的制度建设，包括实验师资建设制度、实验教学管理制度、实验教学评价制度与实验教学经费管理制度等。对于大多数高校而言，这些制度保障体系已经建立起来，但有些制度可能在计算思维能力培养卜的针对性不强，需要做一些科学的修正或补允，比如学生实验考核和评价制度等；根据实际需要还需创新建设一些保障实验教学的制度，比如稳定实验教师队伍的制度（当前高校实验课程和实验教师在一定程度上没有得到重视，造成优秀教师不愿从事实验教学而流向理论课堂）。总之，需要通过一系列的制度建设形成一个完整的实践教学保障体系，规范实践教学基本过程，保证实践教学的质量。

（3）软硬件平台建设是实践教学平台的基础性建设，主要包括实验室建设、社会实践基地建设、教学运行管理系统和教学软件的开发或购置。在建设软硬件平台时，应充分地分析和考察当前学生的生活与学习习惯，采取贴近其生活方式的方法建没实验教学平台，这样的平台会更好地发挥积极作用。比如，采用云管理方案建设实验平台，学生和教师可以在手机、平板电脑等移动终端上方便地访问教学资源，也方便了学生和教师问的交流互动；再如，开发教学软件时，多给学牛提供一些计算机科学经典案例的“半成品”，激发学生在理解技术原理基础上根据自己的需求去将“半成品”开发成功能完善的“成品”等。这些都是引导学生自觉学习和探索的举措，对提高学生学习效率和教师教学效果都有积极的作用。

3 实践教学平台运行管理

实践教学平台建设的目的是能够为实验教学提供高质量的服务，它科学、高效地运行是实现这一功能的重要前提。特别是对于高校非计算机专业的学生来说，计算机课程学时相当有限，教师欲锻炼其计算思维能力，就更加迫切地需要实践教学平台，因此，基于计算思维能力培养的实践教学平台的运行管理更显得重要。基于计一算思维能力培养的实践教学平台的运行管理不仅体现在技术维护上，更体现在高效利用上。只有科学、合理的利用实践教学平台才能最大程度地发挥其作用，才能利用其去挖掘学生的计算思维潜能，培养学生的计算思维能力。对于实践教学平台的管理要摒弃“重建设、轻使用”的现象，不能将教学内容或案例等教学资源仅挂在网上即可。

4 结语

当前，高校的计算机教育在一定程度上仍停留在致力于计算机技能培养的层面，尚未重视和全面开展计算思维能力的培养。在今后的研究中将进一步深入探讨计算思维能力培养的有效途径，科学地规划，系统地建设基于计算思维能力培养的实践教学平台，以提高学生的综合思维能力和利用信息技术分析、解决问题的能力。

参考文献：

[1]陈国良，董荣胜.计算思维与大学计算机基础教育[J].中国大学教学，2011（1）：7-11.

[2]冯博琴.对计算思维能力培养“落地”问题的探讨[J].中国大学教学，2012（9）：6-9.

[3]谭浩强.研究计算思维，坚持面向应用[J].计算机教育，2012（21）：45-49.

[4]刘道文.高校非计算机专业计算思维能力培养策略研究与实践[J].计算机教育，2013（13）：39-43.

[5]吴宁，冯博琴.对国家精品课程转型升级与资源共享建设的认识与实践[J].中国大学教学，2012（11）：6-9.

（编辑：赵廓）endprint