0 引 言
计算思维是数字化时代大学生的基本素养之一，是融入社会必需的思维能力。2006 年周以真教授提出了计算思维的定义，即运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为的一系列思维活动的统称 [1]。大学计算机课程是面向大学一年级新生开设的通识类思维教育课程，是培养学生利用计算机，借鉴计算学科的智慧、思想和方法，有效地分析处理自然社会相关问题的课程 [2]。我国一直强调立德树人成效是检验高校工作的根本标准，课程思政建设要在所有高校、所有学科专业全面推进，要将价值塑造、知识传授和能力培养融为一体 [3]。因此，如何在培养学生计算思维能力的大学计算机课程中，潜移默化地融入课程思政元素，形成与教学内容密切相关的多元化课程思政内容，在传授知识和能力培养的过程中强化对学生的价值引领，成为目前研究的热点问题。
1 大学计算机课程中计算思维的理解
基于计算思维的大学计算机课程要面向学生进行思维能力的培养，在思维层面上推动学生能力的发展。将计算思维核心概念划分为核心层、中间层和外围层 3 个层次，如图 1 所示 [4]，计算思维核心概念与大学计算机课程教学目标、教学内容的对应关系见表 1。
计算是求解自然 / 社会问题的基本思维方式；自动化包括自动计算、程序运行、自动执行等概念；设计关注的是可靠可信系统的构建与程序设计；抽象是社会 / 自然问题到数学模型再到算法设计的过程；协作是复杂系统的分工、合作与协同；记忆关联着信息的表示、存储和恢复；通信关注的是不同位置之间信息的变换；评估关注着数据的分析统计与建模仿真 [4]。
2 基于计算思维核心概念的课程思政元素挖掘
围绕大学计算机课程中计算思维核心概念，构建基于 3 个层次的课程思政教学案例，见表 2。进行课程思政教育主要从中国特色社会主义教育、社会主义核心价值观教育、传统文化教育、法制安全教育、职业理想教育 5 个方面来展开 [5]。将思政元素归纳为唯物主义、四个自信、爱国主义、传统文化、信息安全、职业理想、道德法规 7 个方面，根据计算思维核心概念对应的教学内容，选择思政元素，结合大学计算机课程构建相应的课程思政案例。
3 大学计算机课程思政案例构建
3.1 基于核心层次构建案例
计算属于计算思维概念层次中的核心层次。围绕计算培养学生文化自信，可将进制与易经、NP 类问题与哲学思想作为案例。卦象的“古为今用”，一个字节由 8 位构成，二进制中的“0”和“1”相当于两种爻象，将卦象用计算机进制表示，既能加深对进制转换的理解，又能感受古人的智慧；P 类问题、 NP 类问题与可能性、现实性的关联，可能性存在于现实之中，现实事物是由可能转换来的，一旦具有转换的前提，可能就会变为现实。
3.2 基于中间层次构建案例
中间层次包括自动化、设计和抽象。
（1）围绕自动化培养学生爱国主义精神，可将我国集成电路芯片研发、算盘与计算机、超级计算机作为案例。① ASML 半导体研发公司曾放言中国举国之力也造不出 EUV 光刻机，公开图纸也没人能造出。面对芯片制造的现状，我国研究人员坚持道路自信，夜以继日地攻克科技难题，力争早日在西方国家的科技包围中突破封锁。②计算工具的发展史让学生不仅知道中国的算盘是最先进的珠算工具，还有更早的算筹。算盘立足计数，但不能自动计算，通过算盘与计算机的对比更能加深学生对现代计算机基本特征的理解以及对传统文化的理解。③高性能计算是一个国家计算机发展水平的体现，我国在高性能计算领域研发的银河系列、天河系列、神威系列、曙光系列超级计算机，目前位于世界先进水平，这离不开长期以来坚持自主创新、科研育人的人才培养理念，体现制度自信。
（2）围绕设计培养学生爱国主义精神、创新精神，可将银河麒麟 / 鸿蒙操作系统、美国对华为实施禁令、中国计算机网络的发展作为案例。①银河麒麟 / 鸿蒙操作系统都是我国自主设计与研发的操作系统，正是我国坚持科技创新，为建设世界科技强国而奋斗的重要体现。②近年来美国一直在对华为进行打压，对一些高校和企业实施出口禁令 [6]，但面对禁令我国依然坚持科技创新，只有坚持自主研发才能不受制于人。③我国互联网起步较晚，但实现了跨越式发展，2004 年 12 月，全球最大的纯 IPv6 网络 CNGICERNET2 正式开通，2008年北京奥运会上，CNGI-CERNET2 项目成果得到了广泛应用。正是因为有伟大的科学家坚持科技攻关与创新，才使得我国在下一代互联网工程中取得不少突破。这些都体现了制度自信与道路自信。
（3）围绕抽象培养学生职业理想，可将符号化、程序构造、算法中蕴含的科学思维，圆周率与传统文化作为案例。①自然社会问题若要能被计算机处理，首先要将问题进行符号化，这一过程是训练学生利用辩证唯物主义科学思维的过程，可以培养学生联系发展地看待问题。②程序构造是表达千变万化复杂动作的手段，递归是递推和回归的组合，这其中体现了循序渐进，将大规模复杂问题分解为小规模问题的科学思维方法。③算法在问题求解过程中起着统帅的作用，算法设计要有整体的规划，表达算法思想的步骤每一步都是确定没有歧义的，由此也可以培养学生严谨的工作态度。④算法设计中蒙特卡洛方法求解圆周率是一个典型的计算思维的应用，可以引用刘徽的“割圆术”计算圆周率，其中蕴含的求极限的创新思想，反映了古人的创新思维，弘扬中国传统文化，体现文化自信。
3.3 基于外围层次构建案例
外围层次包括协作、记忆、通信与评估。
（1）围绕协作培养学生唯物主义思想、四个自信、职业精神，可将计算环境与否定之否定规律、抗击疫情、互联网与社会的融合发展作为案例。①通用计算环境的发展演变是曲折前进的，这一过程包含了协同作业，是否定之否定规律对事物发展普遍规律的反映。②在这次新冠疫情防控过程中，社区、疾控、单位多级部门联动，分工协作，体现了制度自信和社会主义制度优越性。③旅游业、交通运输业、餐饮业等与互联网的协作发展，促进了互联网与社会、自然网络的深度融合，网络化思维将继续创新生活方式，改变社会与世界。
（2）记忆关系到信息的表示、存储和恢复，这其中蕴含了有效进行数据搜索的方法。围绕记忆可以培养学生从不同角度与方法看待事物。①在以 AlphaGo、自动驾驶等人工智能应用为代表的“大数据思维”时代，思维方式胜于数据本身，通过典型实例的讲解培养学生职业进程中需要的职业素养。②中国存储系统的先行者率先在高性能存储领域深耕发力，使得中国的存储系统领域从一张白纸到世界领先，通过典型人物事迹的讲解激发学生的爱国主义精神与四个自信，将奋斗精神、科技强国的决心厚植于学生心中。
（3）围绕通信培养学生安全意识、道德法律意识、爱国主义精神，可将网络安全威胁、网络诈骗案、百度搜索引擎取得成功作为案例。①网络安全是全球性挑战，各国都难以独善其身，维护网络安全是国际社会的共同责任。关注网络安全、加强网络治理，不仅让互联网企业获得更安全的发展空间，还能激发网络安全产业发展，形成新的互联网经济增长点。②网络诈骗在现实中屡禁不止，通过网络兼职、网络投资等典型案例的讲解提高学生的法律意识。③通过讲解百度搜索引擎取得的成功以及网络爬虫抓取网络应遵循的技术规范，带领学生学习《网络空间安全法》，培养学生网络安全意识。中国始终把处理好安全和发展的关系作为统筹推进互联网工作的重中之重，通过落实网络安全责任制，倡导“网络安全为人民，网络安全靠人民”的理念，以关键信息基础设施保护加固安全屏障，为互联网快速发展提供有力的安全保障。
（4）评估方面的案例可以与疫情数据分析相联系，通过疫情大数据的爬取、建模与预测可以使人们直观感受到疫情的变化。可视化建模、数据分析等让人们看到了疫情地图、实时资讯，使生活更加智能。可视化建模通过现象看本质，可以加深学生对唯物主义的理解，也可以让学生感受到应对疫情时的中国力量。
4 大学计算机与课程思政的融合实践
4.1 以培养学生计算思维能力为导向，多层次挖掘思政元素
在授课过程中，要做到系统性的课程设计，就要明确课程思政的切入点，要理清课程内容与思政内容之间的关联，使得二者相互联系、相互促进。计算思维核心概念要能够与课程目标相对应，要围绕该核心概念系统挖掘思政元素，细分到每一章、每一节。对于教学目标的每个部分要各有侧重，找准挖掘的着力点，除此之外还可以与其他教师合作，与时俱进挖掘思政元素，将系统挖掘、区分挖掘、合作挖掘落到实处。
4.2 以价值引领为核心，教学过程中合理融合思政元素
笔者通过 2020 级和 2021 级大学计算机课程教学实践，深刻体会到思政元素与专业知识的融合须做到润物无声。课程实施要注重教学路径的设计，强化思政元素与课程教学内容之间的融合。授课过程中采用“MOOC+SPOC+ 翻转课堂”的教学模式，课前通过雨课堂、 MOOC、 SPOC等发布带有思政元素的学习任务，让学生自学；课中分为理论课和实验课两种，实验课以带有思政元素的任务为驱动，让学生搜集相关案例并采用翻转课堂进行讲解，理论课采用多种教学方法将思政教育融入其中；课后学生完成相关作业进行巩固 [7]。相比课堂上三言两语的讲述，线上平台可以图文并茂地提供丰富的思政材料供学生自主学习，从而更好地实现课程思政教学目标。
4.3 以教学质量为中心，完善教学效果评价
经过两年来的教学实践，采用定量定性相结合的方法进行教学效果的评定，通过对学生进行访谈和问卷调查得出课程思政的实施对学生产生了深刻影响。学生在收获方面的反馈见表 3，学生对课程思政的认识反馈见表 4。通过分析发现，即使有部分学生不能区分“课程思政”与“思政课程”，但面向学生计算思维能力培养的课程思政教育起到了一定作用；此外教师在授课过程中，不仅要安排思政元素的融入，还应提升自身的素养，从而促进学生全面发展。
5 结 语
随着时代发展，计算思维不再是计算机课程所要求的，而更应该作为一种“思维”融入学生的综合素质中。“认知层面”要求学生对计算机领域现状有清晰的认识；“思维层面”要求学生能够将计算思维融入到解决自然 / 社会问题的过程中；“精神层面”要求学生能将计算思维内化为一种素养，传承与发扬。高校学生计算思维能力的培养和课程思政的践行都是一个长期的过程，只有不断探索、实践、反馈和改进，在化育无形的过程中增强思想政治教育实效，使面向计算思维能力的课程思政教学常态化，才能使学生得到全面发展。
参考文献：
[1] Wing J M. Computational thinking[J]. Communications of the ACM, 2006, 49(3): 33-35.
[2] 邓磊, 战德臣, 姜学锋. 新工科教育中计算思维能力培养的价值探索与实践[J]. 高等工程教育研究, 2020(2): 49-53.
[3] 中华人民共和国教育部. 教育部关于印发《高等学校课程思政建设指导纲要》的通知[EB/OL]. (2020-05-28)[2020-06-06].http: //www. gov. cn/zhengce/zhengceku/2020-06/06/content_5517606. htm.
[4] 陈国良, 董荣胜. 计算思维的表述体系[J]. 中国大学教学, 2013(12): 22-26.
[5] 富海鹰, 杨成, 李丹妮, 等. “三全育人”视角下工科课程思政实践探究[J]. 高等工程教育研究, 2021(5): 94-99, 165.
[6] 施江勇, 付绍静, 谷松林. 大学计算机基础课程中的思政教育[J]. 计算机教育, 2020(1): 9-11, 15.
[7] Gou P, Zhang W, Han Y. Research on teaching of ideological and political education in computer foundation based on computational thinking[C]//2021 16th International Conference on Computer Science & Education (ICCSE). Washington D C: IEEE, 2021: 427-430.
基金项目：教育部 2020 年产学合作协同育人项目（202002021009）；全国高等院校计算机基础教育研究会项目（2021-AFCEC-464，2022-AFCEC-143）。
第一作者简介：苟平章，男，西北师范大学教授，研究方向为软件定义网络、无线传感器网络、移动计算，goupz@nwnu.edu.cn。
引文格式：苟平章，张文萱，曹文泉，等. 基于计算思维的大学计算机课程思政案例构建与实践[J].计算机教育,2022(11):33-37.
转自：“计算机教育”微信公众号
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