基于計(jì)算創(chuàng)造性思維能力培養(yǎng)的《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》課程改革與實(shí)踐

　　摘 要：在《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》課程教學(xué)過程中注重培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算創(chuàng)造性思維，對促進(jìn)學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感、提高學(xué)習(xí)興趣具有重要作用。本文把計(jì)算創(chuàng)造性思維納入到計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程教學(xué)過程中，從調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法和改進(jìn)考核方式等方面對基于計(jì)算創(chuàng)造性思維能力培養(yǎng)的課程教學(xué)模式進(jìn)行了探索性研究和實(shí)踐。通過對采用課程教學(xué)改革的控制組和對照組的對比分析發(fā)現(xiàn)，基于計(jì)算創(chuàng)造性思維能力培養(yǎng)的課程教學(xué)模式教學(xué)效果顯著，為計(jì)算機(jī)專業(yè)課程教學(xué)改革提供了有益參考。
　　關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)導(dǎo)論；計(jì)算創(chuàng)造性思維；課程教學(xué)改革
　　中圖分類號：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
　　1 引言（Introduction）
　　《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》課程是計(jì)算機(jī)學(xué)科相關(guān)專業(yè)的第一門導(dǎo)引性課程，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，激發(fā)學(xué)生對計(jì)算機(jī)專業(yè)知識的學(xué)習(xí)熱情，掌握計(jì)算機(jī)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)方法，從而提高分析問題、解決實(shí)際問題的能力。傳統(tǒng)的《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》課程的內(nèi)容基本上是計(jì)算機(jī)學(xué)科各領(lǐng)域知識的濃縮版，內(nèi)容涉及面廣，但針對性不強(qiáng)[1]，缺乏為學(xué)生提供計(jì)算思維的訓(xùn)練，也未注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和計(jì)算機(jī)科學(xué)應(yīng)用的技能，嚴(yán)重影響了學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感和學(xué)習(xí)興趣[2]。因此，將計(jì)算創(chuàng)造性思維能力的培養(yǎng)納入到《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》課程教學(xué)中，是激發(fā)學(xué)生對計(jì)算機(jī)學(xué)科相關(guān)專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)創(chuàng)新型應(yīng)用人才的重要基礎(chǔ)。
　　結(jié)合應(yīng)用型本科院校計(jì)算機(jī)類專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等方面，探究以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算創(chuàng)造性思維能力為目標(biāo)的應(yīng)用型本科院校計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程教學(xué)模式，準(zhǔn)確定位教學(xué)要求，合理取舍教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生初步掌握計(jì)算機(jī)問題求解的思維方式，將為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的認(rèn)知基礎(chǔ)。同時(shí)，通過改革教學(xué)方法，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算創(chuàng)造性思維，對促進(jìn)學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感、提高學(xué)習(xí)興趣也具有重要作用。
　　2 基于計(jì)算創(chuàng)造性思維能力培養(yǎng)的課程教學(xué)模式
　�。═he teaching mode based on training of
　　computational creativity thinking abilities）
　　2.1 計(jì)算創(chuàng)造性思維
　　卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真教授在2006年提出計(jì)算思維的概念，認(rèn)為計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動[3]。計(jì)算思維的精髓在于運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的思想與方法分析問題、行為理解、系統(tǒng)建模和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，其本質(zhì)是抽象與自動化[4]。
　　創(chuàng)造性思維是指主體在創(chuàng)造性活動中所進(jìn)行的以問題為出發(fā)點(diǎn)，以創(chuàng)造性人格為導(dǎo)向，綜合運(yùn)用多種思維形式，以直覺、靈感、頓悟等突發(fā)性思維為顯著標(biāo)志，具有全腦性、選擇性、類比性、全功態(tài)性、審美性等特征，能產(chǎn)生有社會價(jià)值的新成果的思維活動。創(chuàng)造性思維是人類智力發(fā)展的內(nèi)在過程，可在任何場景下練習(xí)、激勵和開發(fā)[5，6]。Epstein的生成理論（Generativity Theory）[5]認(rèn)為創(chuàng)造性思維由以下四個(gè)核心要素組成：知識拓寬能力（Broadening）、挑戰(zhàn)性（Challenging）、周邊環(huán)境（Surrounding）和捕捉能力（Capturing）。由此可知，Epstein描述的創(chuàng)造性思維能力是一種可廣泛應(yīng)用的技能集，這個(gè)技能集不僅為創(chuàng)造性地應(yīng)用現(xiàn)有知識和技能提供了準(zhǔn)備，還為學(xué)生參與終生學(xué)習(xí)、增強(qiáng)他們在跨學(xué)科背景下處理日益復(fù)雜問題的能力奠定了基礎(chǔ)。
　　以計(jì)算思維和創(chuàng)造性思維為認(rèn)知手段，將兩者結(jié)合，提出新的計(jì)算創(chuàng)造性思維。計(jì)算創(chuàng)造性思維是一種在新的環(huán)境或合作者的場域中，通過融合計(jì)算思維和創(chuàng)造性思維，從而拓寬問題解決方案的認(rèn)知手段。計(jì)算創(chuàng)造性思維是一種共生的能力和方法，挑戰(zhàn)性的問題迫使學(xué)生應(yīng)用前所未見的、不尋常的方式使用計(jì)算手段，為新老問題引出新的計(jì)算方法，從而利用創(chuàng)造性思維開啟學(xué)生對計(jì)算思維的理解，拓寬問題解決方案的范圍。
　　計(jì)算創(chuàng)造性思維作為一種新的認(rèn)知手段和一類普適的技能，其養(yǎng)成和訓(xùn)練是一個(gè)長期、循序漸進(jìn)、潛移默化的過程，與以往的課程教學(xué)模式有著不同的要求和目標(biāo)，對現(xiàn)有的教育觀念和方式提出了新的挑戰(zhàn)。如何將計(jì)算創(chuàng)造性思維的訓(xùn)練與計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課有機(jī)融合，將知識的傳授轉(zhuǎn)變?yōu)榛�于知識的思維傳授，讓學(xué)生通過課程教學(xué)體驗(yàn)到計(jì)算創(chuàng)造性思維的價(jià)值，將對后續(xù)計(jì)算機(jī)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)具有奠基啟發(fā)作用。因此，只有在計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程中加強(qiáng)對學(xué)生計(jì)算創(chuàng)造性思維能力的培養(yǎng)，才能讓學(xué)生在后續(xù)的學(xué)習(xí)中潛移默化地建立計(jì)算創(chuàng)造性思維式的思考習(xí)慣，從而提高對計(jì)算機(jī)知識的認(rèn)知水平和解決計(jì)算機(jī)問題的能力。
　　2.2 基于計(jì)算創(chuàng)造性思維能力培養(yǎng)的課程內(nèi)容設(shè)計(jì)
　　計(jì)算機(jī)導(dǎo)論的教學(xué)通常只注重計(jì)算機(jī)知識的傳授和應(yīng)用技能的培養(yǎng)，忽略了新技術(shù)不斷涌現(xiàn)的現(xiàn)實(shí)，不能有效適應(yīng)高速發(fā)展的社會需求。在兼顧《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》原有教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)，改變傳統(tǒng)“專業(yè)課程簡化濃縮版”的課程內(nèi)容安排，結(jié)合計(jì)算機(jī)領(lǐng)域最新理論及技術(shù)發(fā)展，以計(jì)算創(chuàng)造性思維能力培養(yǎng)為核心，把計(jì)算創(chuàng)造性思維融合到計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程教學(xué)過程中，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用計(jì)算創(chuàng)造性思維處理實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新能力。按照計(jì)算創(chuàng)造性思維理念構(gòu)建計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程體系，課程內(nèi)容安排如圖1所示。
　　教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置重點(diǎn)放在明確專業(yè)目標(biāo)、理解專業(yè)基礎(chǔ)知識和了解專業(yè)發(fā)展新技術(shù)等方面，簡化課程中的部分基礎(chǔ)內(nèi)容，將其納入自學(xué)范圍，借助MOOC等在線課程資源，敦促學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。課程要求學(xué)生理解計(jì)算思維和創(chuàng)造性思維在問題解決過程中所發(fā)揮的作用以及運(yùn)用計(jì)算創(chuàng)造性思維解決問題的一般步驟。這種課程設(shè)置在強(qiáng)調(diào)學(xué)生對基礎(chǔ)知識、基本技能的理解和掌握的基礎(chǔ)上，促進(jìn)了學(xué)生計(jì)算創(chuàng)造性思維能力的培養(yǎng)，使學(xué)生具備將一個(gè)實(shí)際問題通過抽象、歸納、創(chuàng)新等方式，轉(zhuǎn)換為可在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中求解問題的能力。
　　2.3 基于計(jì)算創(chuàng)造性思維能力培養(yǎng)的探究式教學(xué)

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