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以计算思维能力培养为核心的计算机类专业一体化教学体系
0引?言
2006年,计算思维能力概念被正式提出.2010年,清华大学等高校明确提出将“计算思维能力的培养”列为计算机基础教学的核心任务.此后,多所高校积极参与计算思维能力培养的教学改革与实践[1].
然而总体上看,教育界对计算思维的认识以及如何进行计算思维能力的培养还处于相对初始的阶段,很多问题还有待进一步地研究和实践.目前主要研究成果集中在基础编程教学过程中的计算思维能力培养上[2],同时也有少量研究在基础编程之外.文献[3]提出在编译原理的课程教学中,强化计算思维所要求的抽象化、形式化和自动化的特点.文献[4]针对高校数据库课程的教学提出合并整理教学内容,体现计算思维培养特点,并采用生动具体实例教学方法.文献[5]提出在计算机类课程中贯穿以“提出问题—分析问题—构造方法—解决问题—引发思考”的问题驱动式教学.文献[6]针对案例教学进行分析,提出应该精选案例、引导分析、建立模型、教学评价和反馈,进行学生思维能力的培养.
总的来说,研究者在计算机基础编程之外的研究点主要有两大类：一是探讨如何改革具体核心课程教学内容,以适应计算机思维能力培养；二是研究探讨对案例教学和任务驱动教学具体过程的改进,以突出计算思维能力培养的抽象化、自动化和形式化等能力.目前尚无文献从整个本科阶段进行全周期、一体化的计算机思维能力培养探讨和研究.
1从学科对比角度审视计算机类专业教学体系特点
传统工科专业,例如土木工程、环境工程等,具有理论知识与工程实践严密结合的特点,各门课程的教学都立足于提出实际问题,引导学生形成理论认识,进而获得解决该领域问题的完备能力,从上述教学过程来看,形成了一个“问题提出—形成理论—实践检验”的完整闭环.与此相对比,计算机专业的教学体系则存在特殊性.
基础编程类课程的主要教学内容是语法和例题,教学目的是通过编程实例使学生熟悉编程语言语法和一些基本问题的程序编写方法；专业类课程（如数据结构、算法分析与设计和编译原理等）则是关于特定类型问题的解决方案的设计与实现；职业技能类课程（如JSP技术、JaEE技术等）和相关实习实践,都是源自具体工程实践的解决方案.
综合以上分析,传统工科教学中“问题提出—形成理论—实践检验”的教学闭环,在以往计算机类专业教学体系中应替换为“问题提出—形成解决方案—编程实践”.
也许有学者会以数据结构和算法设计课程中也含有较多的图论基础加以反驳,但实际上图论等数学基础并不是数据结构等课程的主要授课内容,这些课程的重点是提升学生对某类问题解决方案的编程实现能力.
传统工科的理论所起的作用,绝不止是“解决方案”的作用,其更重要的作用是在不同课程之间将理论内容构成一个严密的体系.以此为基础,遵循由浅入深的原则,再适当地增设实践实习内容,构建出合理的课程实践体系.
在计算机类专业的教学中,各门课程依据要解决的问题,提出各自的“解决方案”,这会造成以下问题：
（1）方案本身难以精炼到理论的高度,其正确性论证也非教学重点；
（2）各门课程之间难以在相对独立的“解决方案”基础上形成严密的体系支撑；
（3）以“解决方案”和编程实践为教学重点,难以产生贯穿于本科4年的整体着力、循序渐进的核心凝聚力.
图1对比了传统工科毕业与目前计算机类专业的教学体系特点.
2将计算思维能力培养作为计算机类专业教学体系的整体目标
计算机类专业课程虽然关注不同类型问题的解决方案,以及引导学生进行相应的编程实践,其共性目标都是培养学生对具体问题的逻辑分析、形式化表示和程序实现的能力,使学生能更好地将所理解的解决方案以计算机语言进行表达和实现,这显然就是计算思维能力培养工作的直观表述.
因此,计算机类专业课程的教学体系应该明确地以计算思维能力培养为核心目标,各类课程（从基础课程、专业课程到职业技能课程）应依据其解决问题的难度递进关系,以各问题规模粒度,对计算思维能力的各个层面进行针对性培养,构建出全周期、一体化的计算思维能力培养体系.
文献[7]中提出了计算思维能力的培养的概要过程：建立计算的意识、了解计算的功能、掌握计算的方法、利用计算的工具和资源、具备计算（复杂问题）的能力.并提出上述过程的实现应构建恰当的课程体系,确定相应的教学目标.
采纳文献[7]的观点,同时依据“基础课程—专业课程—职业技能课程”的递进式划分,构建的全周期、一体化的计算思维能力培养体系,详见图2.
3构建以计算思维能力培养为核心的教学体系的具体思路
对理论课程和实践课程实施全面覆盖、分类规划的一体化教学.针对各类课程特点,改革课程教学内容和教学方法,围绕计算思维能力构筑有机课程体系,从理论到实践进行全方位、综合性的计算思维能力培养,具体思路如下：
（1）基础课程.包括基础编程语言和面向对象编程语言,采用细节驱动式教学,参考现有丰富成果,针对入门级编程能力培养时所遇到的细节问题,进行细节详尽、过程规范的引导,培养学生初步的计算意识,并使其了解计算的功能.
（2）专业课程.针对各种粒度适中的经典问题,如最短路径问题、贪心算法等,采用问题驱动式教学,使学生掌握常用的计算方法.
（3）职业技能课程.针对企业较为关注的前沿问题和解决方案,以项目驱动的方式,引导学生掌握企业级开发的工具,具备解决复杂问题的计算能力.
各类课程与计算思维能力培养的递进关系如图3所示.
4构建计算思维能力培养的一体化教学体系的实施方案
按照3个阶段递进式的培养学生计算思维能力,实现对基础课程、专业课程、职业技能课程等的全覆盖.
（1）建立计算意识阶段.为培养学生在基础编程中的计算思维能力,笔者提出将基础编程的引导教学进行形式化和标准化：围绕“问题提出—学生尝试—定义数据—学生完善”4个教学阶段,为每个阶段制定合理的教学方案,明确每阶段的教学内容和评价标准.教师依据标准化教学方案实施阶段性教学行为,能够随时指出学生在各个阶段所存在的问题,并能够引导学生按照标准化方案进行下一步思考,为学生计算思维能力的培养提出切实可行的步骤方案（图4）.
（2）掌握常用计算方法阶段.对算法设计与分析和设计模式等课程,按照“教师提出问题—学生提出方案—学生改进方案—理论总结和提升”的问题驱动式教学方式（图5）,调整、充实课程教学内容和教案,切实提升理论教学的教学质量,并使得学生计算思维能力在理论教学中得到充分的展示和提升.
（3）培养复杂计算能力阶段.以案例驱动方式（图6）的讲练结合、按照“理解问题—边讲边练—自主训练—总结提升”的总线,实施“教学—反馈”的项目驱动式教学,重新修订Web前端开发、核心开发和框架开发等课程的教学大纲和教学方案,扩充和完善教学案例,同时增设实习教学环节,并优化开发课程与实习的前后衔接次序.
5结?语
笔者围绕计算思维能力培养,构建统一着力、前后呼应的教学内容和体系改革方案；同时,针对“基础课程—专业课程—职业技能课程”的各阶段课程教学,形成步骤明确、可操作性强的教学实施方案,使所有教师都能找到学生在程序设计中所遇到问题的思维根源,进而实施有效的引导教学.
笔者依托于天津城建大学软件工程专业进行了一体化教学的初步探索,目前完成了C语言、Ja语言设计、设计模式和软件开发实习的教学内容调整,按照标准化教学方案制定了新的教学方案,并在2014—2016级软件工程教学中进行了验证,取得了较好的学习效果,3门理论课程的平均成绩均比往届有所提高；新的软件开发实习方案得到了实习企业的高度肯定,企业对学生实习项目质量的评价也高于往届.
今后在具体实践中,我们将针对全部课程,按照标准化方案进行教学内容和教学方式的改革,使计算思维能力培养在教学活动得到完整、全面的实施.
思维能力论文范文结:
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