人工智能背景下以培养计算思维为目标的计算机基础教学模式研究

魏爽

摘   要：智能时代，学习不应仅注重知识，更应注重思维能力。本文阐述了计算机基础教学中培养计算思维的重要性，以及计算思维能力对问题求解能力的影响。分析了当前计算机基础教学中存在的突出问题，论述了几种行之有效的教学模式，以期探讨更加有效的方式培育学生问题求解能力。

关键词：人工智能  问题求解  教学模式  计算思维

中图分类号：G642;TP3-4                       文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）08（b）-0225-03

随着信息技术与人工智能技术的深度融合，对人工智能的通识教育逐渐引起教育领域的广泛关注。人工智能，通俗来讲，就是让计算机像人一样，具备一定的视、听、说以及学习和推理能力。而我们要理解和掌握人工智能，首先必须具备计算思维能力。美国卡内基·梅隆大学的周以真教授指出，计算思维[1]不应该仅仅只有计算机科学家才能具备的能力，而应该是每个人都必须具备的技能。为了培育世界一流的信息化创新人才，美、英、新西兰等国家将计算思维写进了基础教育课程标准中，并且投入大量资金推进计算思维教育。在国内，也逐渐意识到计算思维能力的重要性。2017 年，国务院在《新一代人工智能发展规划》[2]中指出：要全面提高社会对人工智能技术的整体认识水平和应用水平，实施全民智能通识教育项目。

要培养计算思维能力，就必须对传统的课程进行改革。与人工智能技术联系最为密切的课程，计算机类、数学类课程首当其冲，而计算机基础课程，作为高校大一新生的一门公共基础课程，那么对计算机基础课程的教学内容、教学模式、教学方法等教学体系结构进行改革就非常有必要了。陈国良等讨论了大学计算机基础课程改革的必要性和重要意义，并且指明了计算机基础课程改革的基本思路，构建了以培养大学生计算思维能力为目标的计算机课程体系[3]。

1  目前计算机基础课程教学中存在的突出问题

（1）计算机基础课程教学内容深度不够。

目前，在我国高等教育体系中，信息技术是通识教育，因此基本所有高校各个专业的学生都必修计算机应用基础这门公共基础课。而基础课一般安排的课时比较少，同时考虑到随着计算机的普及，大部分学生计算机知识并非零基础，因此课程安排基本是每周一次理论课和一次实验课。理论课主要介绍计算机基本常识、计算机软硬件基础理论知识、网络基本理论知识，实验课则主要介绍操作系统的基本操作方法、Office办公软件的基本操作，教学目标基本是以全国计算机等级考试一级ms Office水平为参照，只要求学生熟练记忆计算机应知应会和操作系统以及ms office办公软件的基本操作方法。在这样的教学目标导引下，许多高校，尤其是以培养应用型人才为目标的民办高校和高职院校，计算机基础教学基本仍然停留在教会学生应用技术和工具，没有注重培养学生利用计算机分析问题和解决问题的思维方式和能力。很显然，计算机基础的教学内容存在着知识内容贫乏，结构简单，缺乏深度与广度，与现代先进技术如大数据、云计算、物联网、互联网 +、人工智能等契合度低等缺点。

（2）教师的专业素养不足以全面培养学生的计算思维能力。

高等教育，学生主动学习和自主学习固然重要，但是，在学生学习过程中，如果能得到教师的正确引导，对学生的成长和成才无疑是非常重要的。尤其在计算思维的培养方面，教师的引导作用更加明显，可以说，教师的专业素养发挥着决定性作用。只有教师具备了计算思维能力，才能更好地培养学生的计算思维能力。但是自从计算思维引起教育界广泛关注以来，各类相关研究基本都是围绕如何进行教学模式、教学方法改革来培养学生的计算思维能力。而对于如何培养教师的计算机思维，如何提升教师的计算思维能力却很少研究。另外，许多教师并未意识到需要及时更新自己的知識结构，提升自己的计算思维能力，在教学活动中，最普遍的现象就是随着教学经验的不断积累，许多优秀的教师可以将已有的教材上的知识讲得非常透彻易懂，但很少与现代先进技术相结合，教学过程缺乏拓展性，深度与广度不够，充分说明一些教师并没有掌握如何在教学实践中培养学生计算思维的方法。

2  基于计算思维培养的教学模式

为了培养学生的计算思维，提高学生问题求解能力，计算机基础教学中，不能将教学目标定位于学生通过理论学习和实践操作掌握了一项技能，而应该将教学目标定位于学生通过问题的求解，习得了一类思维方式，在今后的学习和工作中，能主动地应用该思维方式，有效地解决学习和工作中的问题。基于此，比较有效的教学模式包括以下几类。

（1）主题引导式教学模式。

主题引导式教学模式的内涵特点是：教师根据教学内容，抛给学生一个主题，学生围绕这个主题充分挖掘和利用不同的资源，按照科学研究的一般规范和步骤进行学习。在这个过程中，学生首先需要深入剖析这个主题，然后基于主题分析的结果去广泛收集资源，这个过程无疑是对学生分析问题能力的培养。为了更好地实现培养目标，教师设计主题时，应该将主题融入一定的情景中。这样，学生为了准确地完成任务，首先必须需要识别情景中的信息，辨别出主题中所需要解决的真实问题，然后才能根据搜集的资源来解决问题，这一过程又培养了学生将数据转化为信息的信息意识。另外，主题设计时如果能跨越本学科的知识，有效融合其他学科的知识，这个过程无疑对培养学生的批判性思维和创造性思维非常有益。

（2）问题启发式教学模式。

问题启发式教学模式的内涵特点是：课程教学由教师通过问题引出，然后带领学生对问题进行分析，将复杂问题简单化，再抽象出问题模型，最后在此基础上讨论问题的求解方法，从而设计解决方案。在这个过程中，学生的抽象思维能力与计算思维能力得到了锻炼。其次，教师如果经过精心设计，联系生活实例巧妙地设置问题，则可以引导学生基于问题求解为目标逐步探索解决问题的方法，从而培养学生的逻辑思维与创新思维。由此可见，问题启发式教学模式，可以将计算思维能力的培养贯穿于问题求解的全过程，是一种对培养计算思维能力行之有效的教学模式。