丁美榮，曾碧卿

（華南師范大學(xué)軟件學(xué)院，廣東佛山 528200）

人工智能時(shí)代的到來(lái)，重新定位了人才的標(biāo)準(zhǔn)。人工智能時(shí)代倡導(dǎo)培養(yǎng)具有計(jì)算思維和創(chuàng)新思維，以及具有合作、溝通、高階學(xué)習(xí)能力等綜合素養(yǎng)的人才。國(guó)務(wù)院在《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中指出：要全面提高社會(huì)對(duì)人工智能技術(shù)的整體認(rèn)識(shí)水平和應(yīng)用水平，實(shí)施全民智能基礎(chǔ)教育項(xiàng)目[1]。重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)創(chuàng)新中都蘊(yùn)含計(jì)算思維，計(jì)算機(jī)思維是人工智能時(shí)代人才的關(guān)鍵核心素養(yǎng)。人工智能進(jìn)學(xué)校、編程教育進(jìn)課堂已經(jīng)上升為國(guó)家戰(zhàn)略。人工智能與教育的融合創(chuàng)新已經(jīng)成為未來(lái)教育變革的必然趨勢(shì)。在大學(xué)的基礎(chǔ)課教學(xué)階段，培養(yǎng)創(chuàng)新能力的關(guān)鍵在于引導(dǎo)學(xué)生以正確的科學(xué)思維方式，啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維發(fā)現(xiàn)、分析和解決問(wèn)題，實(shí)施大學(xué)生人工智能素養(yǎng)培養(yǎng)。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程是面向所有專業(yè)大學(xué)新生的必修課程，深入研究各學(xué)科、各領(lǐng)域問(wèn)題的數(shù)字化及計(jì)算需求，設(shè)計(jì)科學(xué)、實(shí)用和具有前瞻性的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程體系與教學(xué)內(nèi)容，對(duì)于培養(yǎng)適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展需要的高層次復(fù)合型創(chuàng)新人才具有重要意義[2]。同時(shí)，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程也是目前高校各個(gè)專業(yè)人才核心素養(yǎng)培養(yǎng)的啟蒙課程，因此，將計(jì)算思維融入到計(jì)算機(jī)學(xué)科核心素養(yǎng)，逐步提升學(xué)生的計(jì)算思維能力和創(chuàng)新思維能力，有助于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。

一、計(jì)算思維在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教育中的發(fā)展動(dòng)態(tài)

美國(guó)、英國(guó)、新西蘭等國(guó)家將計(jì)算思維寫進(jìn)了基礎(chǔ)教育課程標(biāo)準(zhǔn)中，并且投入大量資金推進(jìn)計(jì)算思維教育。美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的周以真教授提出計(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(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、以及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(dòng)[3]。計(jì)算思維的提出引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者和教育界人士的高度關(guān)注和重視。在國(guó)內(nèi)學(xué)者和教育人士開始基于計(jì)算思維的基本涵義和特征，從學(xué)術(shù)和教學(xué)層次不斷進(jìn)行全面深入的研究和探索，指明了計(jì)算思維能力培養(yǎng)的思路和教學(xué)改革的方向[4]。陳國(guó)良院士認(rèn)為，計(jì)算思維無(wú)處不在，計(jì)算思維要真正融入到人類活動(dòng)的整體之中，并將其作為一個(gè)解決問(wèn)題的有效工具，做到“人人都掌握，處處被使用”。[5]徐志偉說(shuō)計(jì)算思維使人們能夠發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)新，通過(guò)計(jì)算思維的創(chuàng)新和進(jìn)步，對(duì)科學(xué)與工程領(lǐng)域產(chǎn)生新理解、新模式，創(chuàng)造革命性的研究成果[6]。教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)和高等教育出版社等組織了若干次大學(xué)計(jì)算機(jī)論壇，發(fā)表了《九校聯(lián)盟(C9)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》，提出要把計(jì)算思維能力的培養(yǎng)作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)。研究如何引導(dǎo)學(xué)生突破思維定勢(shì)、敢于質(zhì)疑、探索、建構(gòu)自己獨(dú)特想法，在知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中潛移默化地拓展知識(shí)的廣度，提升解決問(wèn)題和自主學(xué)習(xí)能力，達(dá)到計(jì)算思維能力的培養(yǎng)已成為我國(guó)學(xué)者探究的主要課題之一。2018年教育部頒布的《普通高中信信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確將計(jì)算思維作為信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)之一。廣大學(xué)者認(rèn)為計(jì)算思維在當(dāng)今時(shí)代已經(jīng)成為學(xué)生日常學(xué)習(xí)和生活中必須要掌握的基本思維能力。何欽銘等提出大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)作為大學(xué)生入門課程，迫切需要進(jìn)行基于計(jì)算思維的教學(xué)內(nèi)容改革，它不僅承載著優(yōu)化大學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的使命，而且為學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)[7]。人工智能與教育教學(xué)的有效融合，將對(duì)教育教學(xué)起到助力作用，能夠?yàn)楦叩冉逃虒W(xué)中計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)改革提供有效保證。

二、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

以人工智能為代表的新科技的高速發(fā)展，對(duì)經(jīng)濟(jì)和教育都產(chǎn)生了巨大的沖擊，新時(shí)代人才的需求標(biāo)準(zhǔn)迅速升級(jí)，未來(lái)人才需具備能機(jī)器人所不能，或能與機(jī)器人協(xié)同的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，計(jì)算思維是創(chuàng)新人才的核心素養(yǎng)。創(chuàng)新首先必須善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和勇于解決問(wèn)題。但傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)仍然停留在教會(huì)學(xué)生應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)與技術(shù)層面，課程知識(shí)與新科技脫節(jié)，知識(shí)深度和廣度不足，教育理念保守，教學(xué)模式單一，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，教學(xué)評(píng)價(jià)注重知識(shí)的記憶和基礎(chǔ)應(yīng)用而不注重創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、實(shí)踐能力和思維能力已不足以應(yīng)對(duì)時(shí)代變革和人才的需求。

三、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)的改革思路和具體措施

（一）改革思路

教育部大學(xué)教指委提出的《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》（白皮書）和全國(guó)高等院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育研究會(huì)發(fā)布的《CFC2014》（藍(lán)皮書）的教學(xué)目標(biāo)和要求，指出大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)在21世紀(jì)已經(jīng)發(fā)展到深化提高階段，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程新一輪改革的思路和內(nèi)容就是以計(jì)算思維培養(yǎng)為導(dǎo)向，以創(chuàng)新能力、立德樹人為育人理念，推動(dòng)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育教學(xué)深化改革與創(chuàng)新。其指導(dǎo)思想是要對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的能力體系、知識(shí)體系和課程體系進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)地構(gòu)建，課程知識(shí)在分層、遞階排列的基礎(chǔ)上，還要及時(shí)以適當(dāng)?shù)姆绞饺谌肟萍记把睾退颊藘?nèi)容，以達(dá)到相應(yīng)層次的知識(shí)、能力和素質(zhì)培養(yǎng)目標(biāo)。因此，本研究在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)目標(biāo)、知識(shí)結(jié)構(gòu)、教學(xué)模式、評(píng)價(jià)模式、師生角色等方面進(jìn)行重新建構(gòu)和改進(jìn)，改革總體思路（如圖1）。

圖1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中計(jì)算思維培養(yǎng)研究改革總體思路

（二）具體措施

根據(jù)人工智能時(shí)代人才能力需求和計(jì)算思維的特征，以人工智能時(shí)代人才需求標(biāo)準(zhǔn)為前提，以培養(yǎng)計(jì)算思維為目標(biāo)導(dǎo)向，以課堂教學(xué)為培養(yǎng)計(jì)算思維的主陣地，以華南師范大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)為例，提出了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革的具體措施，對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)評(píng)價(jià)的教學(xué)改革進(jìn)行探究實(shí)踐。

1.教學(xué)內(nèi)容改革

立足于人工智能時(shí)代人才培養(yǎng)的需求，遵循認(rèn)知水平與計(jì)算思維的發(fā)展規(guī)律，設(shè)計(jì)由低階到高階分層螺旋遞進(jìn)的課程學(xué)習(xí)模塊?；谟?jì)算思維的實(shí)證思維、邏輯思維和計(jì)算思維三大特征，從課程體系頂層設(shè)計(jì)出發(fā)，在原有課程中融入現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)學(xué)習(xí)模塊，建構(gòu)能反映計(jì)算思維特征的課程知識(shí)體系形成應(yīng)用能力、編程能力、研究能力并重的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程知識(shí)模塊，有針對(duì)性地將人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)嵌入到課程體系。

課程體系及其知識(shí)模塊設(shè)計(jì)

借助知識(shí)的層次設(shè)計(jì)由基礎(chǔ)到高階分層遞進(jìn)的課程學(xué)習(xí)模塊，從而達(dá)到以課程學(xué)習(xí)模塊引領(lǐng)學(xué)生提高問(wèn)題解決能力和創(chuàng)新能力，依托教學(xué)內(nèi)容帶動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)應(yīng)用計(jì)算機(jī)“解決問(wèn)題”的能力，從而促進(jìn)學(xué)生高階思維和計(jì)算思維的發(fā)展，課程體系及模塊如下表所示。

2.教學(xué)模式改革

構(gòu)建培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的教學(xué)方式和教學(xué)模式。以學(xué)生為主體的教學(xué)模式被公認(rèn)為是思維能力培養(yǎng)和創(chuàng)新能力的前提。確立“以生為本，以學(xué)為本”的教學(xué)理念，更新教學(xué)理念，構(gòu)建啟發(fā)思維、注重基礎(chǔ)、鼓勵(lì)創(chuàng)新、加強(qiáng)實(shí)踐的教學(xué)模式，構(gòu)建自主、合作、互動(dòng)型課堂，促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展。

以適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代發(fā)展的需要，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)采用線上線下混合式教學(xué)模式為主，以激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)為導(dǎo)向，以解決問(wèn)題和項(xiàng)目式學(xué)習(xí)貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程，開展線上直播教學(xué)，線下面對(duì)面教學(xué)互動(dòng)，采用問(wèn)題和任務(wù)驅(qū)動(dòng)、協(xié)作探究的學(xué)習(xí)活動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生在積極自主地探索中提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，引導(dǎo)學(xué)生在頭腦風(fēng)暴、思維碰撞過(guò)程中觸探到與學(xué)習(xí)內(nèi)容關(guān)聯(lián)的隱性知識(shí)、多學(xué)科知識(shí)和社會(huì)思政文化，加深拓寬對(duì)知識(shí)的理解，達(dá)到對(duì)知識(shí)的遷移應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維培養(yǎng)目標(biāo)。

3.構(gòu)建靈活匹配的教學(xué)評(píng)價(jià)

有效的評(píng)價(jià)機(jī)制可極大地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，因此，教學(xué)活動(dòng)中的反饋與評(píng)價(jià)尤其重要。在新教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，以過(guò)程性評(píng)價(jià)、成果性評(píng)價(jià)為主，結(jié)合終結(jié)性評(píng)價(jià)，構(gòu)建伴隨式、智能化、靈活匹配的教學(xué)評(píng)價(jià)[8]。新的教學(xué)評(píng)價(jià)要體現(xiàn)重能力、重過(guò)程、重成果的特點(diǎn)，細(xì)化和量化學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)成果中的評(píng)價(jià)指標(biāo)，獲取、分析學(xué)習(xí)行為產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)結(jié)果，利用評(píng)價(jià)反饋結(jié)果提供不同的學(xué)習(xí)支持，使評(píng)價(jià)能真正促進(jìn)計(jì)算思維的培養(yǎng)等問(wèn)題。

四、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)的實(shí)施方案

（一）教學(xué)內(nèi)容

基于計(jì)算思維培養(yǎng)目標(biāo)重新調(diào)整課程教學(xué)大綱，設(shè)計(jì)新的教學(xué)體系和教學(xué)模塊。以計(jì)算思維、創(chuàng)新能力、立德樹人育人理念為導(dǎo)向，科學(xué)系統(tǒng)地構(gòu)建計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)的能力體系、知識(shí)體系和課程體系，各門課程的開設(shè)都應(yīng)該能達(dá)到相應(yīng)層次的知識(shí)、能力和素質(zhì)目標(biāo)。優(yōu)化修訂計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)的人才培養(yǎng)方案，加強(qiáng)人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等新工科課程內(nèi)容建設(shè)。新增一批以人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、智能機(jī)器人、網(wǎng)絡(luò)安全等新技術(shù)支持下的創(chuàng)新實(shí)踐實(shí)驗(yàn)室，給計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

在新生開課第一學(xué)期，各專業(yè)根據(jù)自己的專業(yè)需求把計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)庫(kù)和程序設(shè)計(jì)三個(gè)課程中的各模塊進(jìn)行選修和必修設(shè)置，要求學(xué)生學(xué)習(xí)必修課程的同時(shí)，選修其它模塊的內(nèi)容，在滿足學(xué)生必須掌握的基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，也能滿足學(xué)生的個(gè)性化需求。

在新生第二學(xué)期開展數(shù)據(jù)庫(kù)和程序設(shè)計(jì)兩門綜合高階計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中，除了原模塊內(nèi)容必學(xué)，其它新模塊內(nèi)容由學(xué)生自愿選學(xué)，以“互聯(lián)網(wǎng)+教育”為引領(lǐng)，選學(xué)模塊主要以線上課程資源、直播和微課完成教學(xué)講授、互動(dòng)、探究等任務(wù)，以微信群輔助答疑；學(xué)生必學(xué)模塊，以線下面對(duì)面課堂教學(xué)與實(shí)踐為主，以便教師監(jiān)督跟蹤學(xué)生可視化學(xué)習(xí)行為，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析學(xué)生學(xué)情，以便教師能更準(zhǔn)確地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)特征，開展個(gè)性化學(xué)習(xí)指導(dǎo)。

（二）教學(xué)模式

基于新的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方案和教學(xué)內(nèi)容在新的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中探索新的教學(xué)模式，圍繞問(wèn)題解決和項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，開展線上線下混合式教學(xué)，借助直播平臺(tái)和微信群組織多樣化互動(dòng)、探究、答疑教學(xué)活動(dòng)，探索多模塊、多學(xué)科融合，能有效培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的教學(xué)模式。

利用互聯(lián)網(wǎng)開展有效的線上線下混合式教學(xué)，除了線下面對(duì)面的教學(xué)互動(dòng)，還可以在MOOC、華南師范大學(xué)礪儒云平臺(tái)、學(xué)者網(wǎng)等平臺(tái)建設(shè)課程資源，借用騰訊課堂、騰訊會(huì)議、ZOOM、CCtalk等網(wǎng)絡(luò)直播平臺(tái)開展“直播交互”教學(xué)。疫情期的實(shí)踐證明，在線直播教學(xué)不僅沒有疏遠(yuǎn)師生關(guān)系，反而增加了師生合作感情，通過(guò)教學(xué)設(shè)計(jì)完全可以使師生達(dá)到“臨場(chǎng)感”，因此，師生根據(jù)教學(xué)需求，完全可以利用好“互聯(lián)網(wǎng)+”教育支持條件，通過(guò)直播交互平臺(tái)開展探究式、啟發(fā)式、研討式、互動(dòng)式等促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展的學(xué)習(xí)活動(dòng)。教師把多學(xué)科知識(shí)、前沿科技、社會(huì)文化等知識(shí)由抽象轉(zhuǎn)變?yōu)橄盗械膯?wèn)題和學(xué)習(xí)項(xiàng)目，建立和引導(dǎo)學(xué)習(xí)問(wèn)題、學(xué)習(xí)項(xiàng)目和社會(huì)需求、經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的密切關(guān)聯(lián)，有效促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的提升，促進(jìn)師生之間、學(xué)生之間的思想、學(xué)術(shù)和情感交流，激發(fā)學(xué)生好奇心及進(jìn)一步探究的激情，推動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的形成，提高學(xué)生分析和解決復(fù)雜問(wèn)題的能力，達(dá)到提升學(xué)生計(jì)算思維能力的教學(xué)目標(biāo)。

（三）教學(xué)評(píng)價(jià)

以過(guò)程性評(píng)價(jià)、成果性評(píng)價(jià)為主，結(jié)合終結(jié)性評(píng)價(jià)，設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)匹配、科學(xué)有效的教學(xué)評(píng)價(jià)體系，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，促進(jìn)計(jì)算思維的發(fā)展。利用網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)上學(xué)習(xí)行為形成的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、智能工具采集的學(xué)習(xí)過(guò)程中隱性數(shù)據(jù)和可視化數(shù)據(jù)，分析學(xué)生在討論、交互、協(xié)作、瀏覽、作業(yè)提交等學(xué)習(xí)行為中反映出來(lái)的個(gè)性化學(xué)習(xí)特征，判斷學(xué)習(xí)者在線學(xué)習(xí)過(guò)程中各種情感特征，從個(gè)性化學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)中提取個(gè)性化學(xué)習(xí)標(biāo)簽，生成學(xué)生畫像，基于學(xué)生畫像了解學(xué)生學(xué)習(xí)個(gè)性，如學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)時(shí)間、知識(shí)背景等，對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化培養(yǎng)。同時(shí)基于學(xué)生畫像計(jì)算結(jié)果對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)一步細(xì)化和量化，以促進(jìn)所有學(xué)生能自主積極地參與到學(xué)習(xí)中，使評(píng)價(jià)真正發(fā)揮以評(píng)促教和以評(píng)促學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

五、結(jié)語(yǔ)

面向人工智能時(shí)代人才的需求標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)目標(biāo)也隨之重新明確與定位，面向計(jì)算思維培養(yǎng)對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)評(píng)價(jià)等幾個(gè)方面做了改革探索實(shí)驗(yàn)，并提出了實(shí)踐實(shí)施方案，期望在未來(lái)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)研究中對(duì)學(xué)生的計(jì)算思維得到有效培養(yǎng)，通過(guò)新科技前沿知識(shí)教學(xué)內(nèi)容的整合，思政教育內(nèi)容的融入，達(dá)到對(duì)人才綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)與提升。