新工科背景下青少年计算思维能力培养探索
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摘 要：近年来，工科科学信息化已经十分明显，高校十分重视新工科理念的渗透与发展，工科学科的信息化需要计算思维培养，初高中是学习者计算思维行成的重要阶段，因此工科教育与初中等教育接轨，从青少年时期培养学习者的计算思维成为新工科学科发展的时代要求。本文重点就青少年计算思维能力的培养方式进行了研究，希望藉此为新工科人才的培养奠定基础。
关键词：新工科;青少年;计算思维能力
一、新工科与计算思维
新工科教育是我国高等教育又一个新的战略，促使我国教育紧跟时代的步伐，使教育与我国的科学技术水平接轨，同时将新工科建设理念推向全世界。建设新工科使教育更接近教育的本质，高校在新工科建设中起到重要作用，高校是教育发生的地方，也是研究教育的起点和实施教育的终点，2017年以来，教育部多次发文，要求各高校推进新工科建设[1]，应国家号召，高等教育应该全力以赴，将新工科建设放在新时代、新起点、新高度、新目标的战略地位，初等教育和中等教育与高等教育接轨，为高等教育培养人才打基础，因此新工科的建设理念可以在更基础的初等教育和中等教育中普及，即培养青少年的新工科理念。
工科学包括材料科学、电子电器、水利、建筑、机械、计算机等学科，主要应用科学和技术来解决问题，是将基础科学的原理与生产实践经验相结合的学科，高等教育包括实验教学、课程设计、毕业设计、实习实训。在新工科建设要求下实验教学由观看演示实验的被动学习向学生动手进行实验的主动学习靠近，课程设计从单一性到综合性、整体性靠拢，毕业设计注重从解决实际问题入手，实习实训时学生与企业接轨，在新工科建设中，高校越来越注重学生的自主性，解决问题的真实性，高等教育的最终目的就是培养出具有创新性的高科技人才，因此新工科的建设从最根本上需要解决的问题仍然包括学生的计算机应用能力，即在教育教学和社会实践的各个阶段中，新工科学生都可以熟练地应用计算机技术，应用计算机解决实际问题，要建设新工科，培养学习者的计算思维非常重要。
计算思维是周以真教授在2006年提出的运用计算机科学的基础概念进行一系列思维活动，将实际问题形式化，并找到合适的解决问题的方法，解决问题的形式可以有效地被计算机执行——这里所提到的“计算机”既包括机器，也包括人，計算思维有两个立足点，即信息和计算[2]，当今社会的发展靠的不仅是具有智慧和谋略的个人，更是社会群体，计算思维也不应该只存在于少数人当中，而应该是大众化思维，大众化能力，计算思维的培养要从青少年抓起。
“新工科”理念强调学科之间的交叉与结合，特别是运用信息技术与传统工业深度融合[3]，未来的工科工作者必须具备较强的应用计算机解决问题的能力，应用计算机将大数据、物联网、AI等高科技与工科问题接轨，因此对于将来从事工科的青少年来说，计算思维的培养是非常重要的。
二、青少年计算思维培养策略
（一）以学生为中心
学习者在学校参与的各种学习，都是教师设计的学习，教师在设计学习过程和方式时要以学生为中心，在新工科背景下，锻炼学生的计算思维非常重要，不论是在授课环节、实验环节、实训环节，都要做到以学生为中心，用更多的时间来拓展学生的思维，教学中教师要增加以学生学中心课堂讨论环节，设计以学生为主的探究项目，从而帮助学生行成一种与计算机概念有关的思维，这个思维就是计算思维，这样有目的、有针对性的设计加上教学目标完成值的累积，一定会达到很好的学习效果。在以学生为中心的教育理念下，学生成为学习的主体，但是学生离不开教师，基于教师丰富的教学经验，在以学生为中心的教学中，教师要真正做到指导、帮助、引导学生，使学生在自主探究或者合作学习时进一步强化计算思维。另外教师在设计教学过程时将工科学科理念、工科问题与学生紧密结合，了解每一个学生的学习水平，根据学生接受知识的能力，促进学生通过深度思考找到解决问题的方案，最后将方案总结归类形成一种解决问题的思维方式。设计有利于提高学生信息素养的学习内容，同时与新工科学习理念相结合，在新工科理念的指导下完成计算思维的培养。
（二）增加学生动手参与度
教师在任何学习环节的交互中，都应该提高学生参与活动的力度，例如在实验教学中，教师设计实际生活中的新工科学科问题，学生基于知识背景和学习经验，亲自动手分析问题，探究问题，设计问题解决方案，解决问题，将教师操作学生观看演示的教学模式，转化成学生亲自参与的学习，在全体学生参与的基础上进行团队协作学习，培养学生的团队协作意识和能力，团队协作能力是计算思维的一部分。在学生亲自参与的学习中，教师要帮助学生解决问题，消除计算思维培养过程中的障碍，促使学生在参与学习时，将问题抽象化、概念化，从而行成解决问题的概念和思维。新时期的工科学科，与数据、信息处理密不可分，学生在解决工科问题时，必定会对问题进行思考，形成解决问题的思维，这个过程就是计算思维培养的过程。教师鼓励学生抓住参加创新实践活动的机会，例如参加计算机类型的课题和科研项目，计算机类型的比赛，训练学生快速严谨的逻辑思维能力，促使学生深度理解计算思维，为学生搭建实践平台，这也顺应了新工科计算思维培养趋势。
（三）提高计算机基础课程的综合性
新工科时代要求培养学生的计算思维，青少年在初等和中等教育时期不会直接接触工科问题，但是通过计算机基础课程来培养计算思维，计算机基础课程是所有计算机专业和非计算机专业的学生都需要学习的课程，学校在计算机课程的设置中，基于计算机基础课程只注重学习者信息获取，处理，传递的能力的基础，提高综合性，加入智能工具、编程语言等学习内容，培养学生解决工科问题的能力、计算机知识概念化、逻辑思维，同时渗透工科问题，因为新工科课程不断信息化，离不开计算机分析，计算，处理，解决问题等过程，二者具有非常明显的交叉性，因此通过提高计算机基础课程的综合性来培养青少年的计算思维是工科学科信息化的有效手段。 （四）基于校园基础环境培养学生的计算思维
培养青少年的计算思维为新工科的发展奠定人才基础，是新工科理念提出以来的教育需求，在青少年计算思维培养中，初等和中等教育地位举足轻重，初等、中等学校在培养青少年计算思维时，要基于基础教育环境，从实践出发，创新教育方式方法，创新教学模式，配备数字化学习工具，所有的教育资源都要契合学生的计算思维基础，基于基础进一步提高，脚踏实地，不可盲目使用不适合学生的教学资源和方式，出现教师难把握，学生难提高，不健康的教育状况。
（五）培养工科学科教师的计算思维
要适应新时代、新理念，提高新工科背景下计算思维的培养，就需要培养工科学科教师的计算思维，学生的学习是教师设计的，学习过程也离不开教师的指导，教师计算思维的提高非常重要。对于工科类学科，根据专业类型的不同，教师的信息技术能力不等，水平不一，因此一些教师的计算思维很强，另外一些教师差一些，但是在新背景下工科学科趋于信息化，因此培养教师的计算思维迫在眉睫，教师的计算思维能力提高以后，才会更有效地促进学生的计算思维的培养，培养教师的计算思维可以通过集体培训，教师在实验室操作和探究等等。教师具有丰富的教学经验，在一定的培训基础上，知识很快融汇贯通，在教育教學中游刃有余，创设新的教学方法，或在已有的教学方法中渗透计算思维。因此培养教师的计算思维是培养学生计算思维不可缺少的部分。
三、结语
在新工科背景下，从教师、学生、课程环境、师资建设等多个方面进行改革，促进工科课程不断向新理念的要求迈进，使学科进步不断推进，在学科发展过程中，计算思维的培养是发展趋势，是必然要求。只有在教育中意识到新工科教学中计算思维的重要性，才会在未来深入建设中取得良好成效，培养出新工科背景下的人才，为国家的教育、社会发展做出贡献。
参考文献：
[1]刘厦楠.面向新工科的土建类专业实践教学改革与实践——以湖南城市学院建环专业为例[M].中国教育技术装备，2019-12-20.
[2]狄长艳.新工科背景下对于计算思维的再认识[M].中国大学教学，2019-08-15.
[3]黄升华.“新工科”理念下大学计算机基础教学中的计算思维培养[M].软件工程，2019-12-05.
基金项目：2019年张家口市教育科学“十三·五”规划课题“基于Scratch的中小学生计算思维能力培养的对策”（课题编号：193113号）;2019年河北省教育厅人文社科类青年基金课题“基于新工科的电子信息类专业实践教学体系改革研究”（课题编号：SQ191041号）;2019年河北省高等教育科学研究课题“‘二三四五一’育人模式下计算机科学与技术专业思政探索”（课题编号：GJXHZ2019-01）;河北北方学院2019年校级教育教学改革研究项目“基于‘EIP-CDIO’模式的工科专业创新创业教育模式研究”（课题编号：GJ2019013）
作者简介：李科（1993-），女，汉族，河北阳原人，在读硕士，研究方向：现代教育技术、青少年计算思维培养。
通讯作者：孙兴华（1977-），男，汉族，内蒙古通辽人，硕士，副教授，硕士研究生导师，研究方向：教育信息化、人工智能等。
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