人工智能背景下以培養計算思維為目標的計算機基礎教學模式研究

魏爽

摘 ? 要：智能時代，學習不應僅注重知識，更應注重思維能力。本文闡述了計算機基礎教學中培養計算思維的重要性，以及計算思維能力對問題求解能力的影響。分析了當前計算機基礎教學中存在的突出問題，論述了幾種行之有效的教學模式，以期探討更加有效的方式培育學生問題求解能力。

關鍵詞：人工智能 ?問題求解 ?教學模式 ?計算思維

中圖分類號：G642;TP3-4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（b）-0225-03

隨著信息技術與人工智能技術的深度融合，對人工智能的通識教育逐漸引起教育領域的廣泛關注。人工智能，通俗來講，就是讓計算機像人一樣，具備一定的視、聽、說以及學習和推理能力。而我們要理解和掌握人工智能，首先必須具備計算思維能力。美國卡內基·梅隆大學的周以真教授指出，計算思維[1]不應該僅僅只有計算機科學家才能具備的能力，而應該是每個人都必須具備的技能。為了培育世界一流的信息化創新人才，美、英、新西蘭等國家將計算思維寫進了基礎教育課程標準中，并且投入大量資金推進計算思維教育。在國內，也逐漸意識到計算思維能力的重要性。2017 年，國務院在《新一代人工智能發展規劃》[2]中指出：要全面提高社會對人工智能技術的整體認識水平和應用水平，實施全民智能通識教育項目。

要培養計算思維能力，就必須對傳統的課程進行改革。與人工智能技術聯系最為密切的課程，計算機類、數學類課程首當其沖，而計算機基礎課程，作為高校大一新生的一門公共基礎課程，那么對計算機基礎課程的教學內容、教學模式、教學方法等教學體系結構進行改革就非常有必要了。陳國良等討論了大學計算機基礎課程改革的必要性和重要意義，并且指明了計算機基礎課程改革的基本思路，構建了以培養大學生計算思維能力為目標的計算機課程體系[3]。

1 ?目前計算機基礎課程教學中存在的突出問題

（1）計算機基礎課程教學內容深度不夠。

目前，在我國高等教育體系中，信息技術是通識教育，因此基本所有高校各個專業的學生都必修計算機應用基礎這門公共基礎課。而基礎課一般安排的課時比較少，同時考慮到隨著計算機的普及，大部分學生計算機知識并非零基礎，因此課程安排基本是每周一次理論課和一次實驗課。理論課主要介紹計算機基本常識、計算機軟硬件基礎理論知識、網絡基本理論知識，實驗課則主要介紹操作系統的基本操作方法、Office辦公軟件的基本操作，教學目標基本是以全國計算機等級考試一級ms Office水平為參照，只要求學生熟練記憶計算機應知應會和操作系統以及ms office辦公軟件的基本操作方法。在這樣的教學目標導引下，許多高校，尤其是以培養應用型人才為目標的民辦高校和高職院校，計算機基礎教學基本仍然停留在教會學生應用技術和工具，沒有注重培養學生利用計算機分析問題和解決問題的思維方式和能力。很顯然，計算機基礎的教學內容存在著知識內容貧乏，結構簡單，缺乏深度與廣度，與現代先進技術如大數據、云計算、物聯網、互聯網 +、人工智能等契合度低等缺點。

（2）教師的專業素養不足以全面培養學生的計算思維能力。

高等教育，學生主動學習和自主學習固然重要，但是，在學生學習過程中，如果能得到教師的正確引導，對學生的成長和成才無疑是非常重要的。尤其在計算思維的培養方面，教師的引導作用更加明顯，可以說，教師的專業素養發揮著決定性作用。只有教師具備了計算思維能力，才能更好地培養學生的計算思維能力。但是自從計算思維引起教育界廣泛關注以來，各類相關研究基本都是圍繞如何進行教學模式、教學方法改革來培養學生的計算思維能力。而對于如何培養教師的計算機思維，如何提升教師的計算思維能力卻很少研究。另外，許多教師并未意識到需要及時更新自己的知識結構，提升自己的計算思維能力，在教學活動中，最普遍的現象就是隨著教學經驗的不斷積累，許多優秀的教師可以將已有的教材上的知識講得非常透徹易懂，但很少與現代先進技術相結合，教學過程缺乏拓展性，深度與廣度不夠，充分說明一些教師并沒有掌握如何在教學實踐中培養學生計算思維的方法。

2 ?基于計算思維培養的教學模式

為了培養學生的計算思維，提高學生問題求解能力，計算機基礎教學中，不能將教學目標定位于學生通過理論學習和實踐操作掌握了一項技能，而應該將教學目標定位于學生通過問題的求解，習得了一類思維方式，在今后的學習和工作中，能主動地應用該思維方式，有效地解決學習和工作中的問題。基于此，比較有效的教學模式包括以下幾類。

（1）主題引導式教學模式。

主題引導式教學模式的內涵特點是：教師根據教學內容，拋給學生一個主題，學生圍繞這個主題充分挖掘和利用不同的資源，按照科學研究的一般規范和步驟進行學習。在這個過程中，學生首先需要深入剖析這個主題，然后基于主題分析的結果去廣泛收集資源，這個過程無疑是對學生分析問題能力的培養。為了更好地實現培養目標，教師設計主題時，應該將主題融入一定的情景中。這樣，學生為了準確地完成任務，首先必須需要識別情景中的信息，辨別出主題中所需要解決的真實問題，然后才能根據搜集的資源來解決問題，這一過程又培養了學生將數據轉化為信息的信息意識。另外，主題設計時如果能跨越本學科的知識，有效融合其他學科的知識，這個過程無疑對培養學生的批判性思維和創造性思維非常有益。

（2）問題啟發式教學模式。

問題啟發式教學模式的內涵特點是：課程教學由教師通過問題引出，然后帶領學生對問題進行分析，將復雜問題簡單化，再抽象出問題模型，最后在此基礎上討論問題的求解方法，從而設計解決方案。在這個過程中，學生的抽象思維能力與計算思維能力得到了鍛煉。其次，教師如果經過精心設計，聯系生活實例巧妙地設置問題，則可以引導學生基于問題求解為目標逐步探索解決問題的方法，從而培養學生的邏輯思維與創新思維。由此可見，問題啟發式教學模式，可以將計算思維能力的培養貫穿于問題求解的全過程，是一種對培養計算思維能力行之有效的教學模式。