课题申报书：数智时代我国工科生计算思维能力的现状评价与提升路径研究

教育科学规划2025年度重点课题申报书、课题设计论证求知探理明教育，创新铸魂兴未来。数智时代我国工科生计算思维能力的现状评价与提升路径研究课题设计论证数智时代我国工科生计算思维能力现状：随着大数据、人工智能等新技术发展，新工科建设对工科生计算思维能力提出更高要求。新工科是国家在2016年“国家战略性新兴产业发展规划”中提出，经过一系列讨论，基本形成建设纲领，2020年“天大方案2.0”标志着新工科建设进入落实和实施阶段。新工科的核心内容是以信息技术推动传统工科专业改进和升级，引导传统工科向智能化迈进，而计算机科学最具基础性和长期性的思维——计算思维，在这个过程中至关重要。目前，工科生计算思维培养虽受重视，但仍存在一些问题。例如对计算思维认识不足，很多学生将计算机科学视为一门专业课程，仅为完成学业要求而学习，缺乏对计算思维重要性的认识和理解；培养方式单一，传统方法与新方法并存，以传统方法为主，不断探索新方法、新模式，但仍无法满足培养需求。选题意义：在数智时代，培养工科生计算思维能力有助于提高他们解决问题、创新设计的能力。计算思维要求将实际问题进行抽象和建模，设计算法和程序进行解决，这种能力在解决实际问题和进行科学研究时至关重要。适应信息社会变革和未来职业发展需求。随着信息技术的快速发展和普及，计算思维在日常生活和工作中的重要性愈发突出。在信息化社会和数字化经济的背景下，具备良好的计算思维能力将成为未来职业发展的重要竞争力。研究价值：为新工科教育提供参考，推动工科专业转型升级。计算思维能力的培养对于新工科专业建设是重要的，加强计算思维能力的培养是新型工科人才培养的关键。培养具备前瞻性和创新能力的未来人才。全球正经历科技革命与产业变革，计算思维和STEM教育的广泛推广与深入发展，已成为培养具备前瞻性和创新能力未来人才的必由之路。为构建计算机科学教育新模式积蓄能量。整合计算思维教育资源，设计创新型计算思维教育课程，构建一套完整的计算思维教育体系，培养学生的实践能力。二、研究目标、研究内容、重要观点1.研究目标本课题旨在全面评价数智时代我国工科生计算思维能力现状，并深入探索切实可行的提升路径。通过对工科生计算思维能力的研究，为新工科教育提供有力支持，推动我国工科教育向更高水平迈进。2.研究内容（1）分析工科生计算思维能力的构成要素计算思维能力的构成要素丰富多样，参考相关资料可知，计算思维的核心要素包括：分解、模式识别、抽象、算法、建模、调试、泛化等。例如，分解是将复杂而庞大的问题系统地分解为一个个具体的问题单元；模式识别是识别问题之间和问题内部的相似之处；抽象是通过削减无关紧要的细节，使事物更容易被理解的过程；算法是在概念上，通过一种清晰界定的步骤和顺序，获得问题的解决方案；建模是对具体算法进行提炼、封装，使其有清晰的输入、输出，且模型可靠稳定；调试是综合运用测试、追溯和逻辑思维等分析与评价技能，来预测和验证结果；泛化是调整/优化现有模型以解决新的问题，或一类问题。（2）调查现状，找出问题目前，我国工科生计算思维能力培养虽受重视，但仍存在一些问题。一方面，对计算思维认识不足，很多学生将计算机科学视为一门专业课程，仅为完成学业要求而学习，缺乏对计算思维重要性的认识和理解。另一方面，培养方式单一，传统方法与新方法并存，以传统方法为主，虽不断探索新方法、新模式，但仍无法满足培养需求。（3）提出提升路径和方法为提升工科生计算思维能力，可以从以下几个方面入手。首先，整合计算思维教育资源，包括教材资源、师资资源、实验资源等，构建一套完整的计算思维教育体系，使学生在学习过程中获得更加系统和全面的知识和技能。其次，设计创新型计算思维教育课程，充分体现计算思维的核心概念和方法，注重培养学生的实践能力。例如，可以引入双创教育模式，培养学生的高阶计算思维能力；结合计算机专业特点融入计算思维；利用Python语言训练计算思维；创新培养方式渗透计算思维。此外，还可以采用项目式学习的方式，将学生分成小组，通过实际问题的解决，培养学生的计算思维和团队协作能力。同时，引入游戏化学习，提高学生的学习兴趣。3.重要观点（1）计算思维是新工科教育的关键，可帮助学生培养创新能力、解决问题能力在新工科背景下，计算思维具有重要意义。它要求将实际问题进行抽象和建模，设计算法和程序进行解决，这种能力在解决实际问题和进行科学研究时至关重要。计算思维可以帮助学生培养问题抽象和建模能力，提高学习效率，更好地适应未来职业发展的需求。在新工科教育中，培养学生利用计算机进行问题描述和求解的能力，引导学生逐步理解和掌握计算思维方式，从思考方式上考虑传统工科的问题是根本且行之有效的途径。（2）将计算思维融入STEM教育是大势所趋随着全球化、信息化和科学技术的不断发展，将计算思维融入STEM教育成为大势所趋。计算思维与STEM理念高度契合，计算思维的培养有助于提高学生分析问题、解决问题的能力以及创新思维的能力。在小学人工智能教学中，从计算思维的视角出发，融入STEM理念，可以提高学生的AI素养和解决问题的能力，培养学生的创新思维和实践能力。（3）培养学生计算思维需整合教育资源、设计创新课程为了有效地培养学生的计算思维，需要整合计算思维教育资源，构建完整的教育体系。同时，设计创新型计算思维教育课程，充分体现计算思维的核心概念和方法，注重培养学生的实践能力。例如，在新工科教育中，可以采用“问题抽象化模型构建自动化方案思维分析”的培养方式，以案例教学的方式，通过电梯运行实例阐述如何以计算思维为指导，使学生快速理解计算思维和掌握计算思维能力。三、研究思路、研究方法、创新之处1.研究思路本课题的研究思路清晰明确，旨在全面提升数智时代我国工科生的计算思维能力。首先，进行现状调查，通过文献研究法查阅相关文献，了解国内外在计算思维能力培养方面的研究现状，同时采用问卷调查法对我国工科生的计算思维能力现状进行深入了解，明确当前工科生在计算思维能力方面的优势与不足。接着，分析问题，根据现状调查的结果，找出我国工科生计算思维能力培养中存在的问题，如对计算思维认识不足、培养方式单一等。最后，提出提升路径，结合数智时代的特点和实际需求，整合教育资源，设计创新课程，采用多种培养方式，切实提高工科生的计算思维能力。2.研究方法文献研究法：通过查阅相关文献，了解计算思维的本质内涵、构成要素以及国内外在工科生计算思维能力培养方面的研究现状和成功经验。为后续的现状调查、问题分析和提升路径的提出提供理论支持。问卷调查法：设计科学合理的调查问卷，对我国工科生的计算思维能力现状进行调查。了解工科生对计算思维的认识程度、在学习和实践中运用计算思维的情况以及对计算思维培养的需求和期望等。通过对调查问卷的数据分析，找出当前工科生计算思维能力培养中存在的问题。案例分析法：分析成功培养案例，如美国卡内基梅隆大学、延边大学等在计算思维能力培养方面的实践经验。通过对这些成功案例的分析，总结出可借鉴的培养方法和策略，为我国工科生计算思维能力的提升提供参考。3.创新之处结合数智时代特点，提出新的提升路径：在数智时代，信息技术飞速发展，新工科建设对工科生的计算思维能力提出了更高要求。本课题结合数智时代的特点，提出了整合计算思维教育资源、设计创新型计算思维教育课程、采用项目式学习和游戏化学习等新的提升路径。例如，可以引入双创教育模式，培养学生的高阶计算思维能力；结合计算机专业特点融入计算思维；利用Python语言训练计算思维；创新培养方式渗透计算思维。综合运用多种研究方法，提高研究的科学性和有效性：本课题综合运用文献研究法、问卷调查法和案例分析法等多种研究方法，从不同角度对我国工科生计算思维能力的现状进行调查和分析。文献研究法为课题提供理论支持，问卷调查法获取第一手数据，案例分析法提供实践经验。多种研究方法的综合运用，提高了研究的科学性和有效性。四、研究基础、条件保障、研究步骤研究基础：已有相关研究成果提供理论支持：众多学者对计算思维能力的培养进行了深入研究，如张振国和崔荣一探讨了计算思维的本质内涵及其与新工科的关系，并提出了“问题抽象化模型构建自动化方案思维分析”的培养方式；刘贵松等人提出并实施“设计、抽象、实现”三位一体的计算思维能力培养模式等。这些研究成果为我们的课题提供了丰富的理论支持。研究团队具备相关专业知识和研究经验：课题组成员包括计算机科学、教育技术等领域的专业人员，他们在计算思维能力培养方面具有扎实的理论基础和丰富的实践经验。曾参与过相关课题的研究，熟悉研究方法和流程，能够确保课题的顺利进行。条件保障：学校提供研究所需的资源和设备：学校拥有先进的计算机实验室、图书馆等资源，为课题研究提供了良好的硬件条件。同时，学校还提供了科研经费支持，确保研究能够顺利开展。与企业合作，获取实践支持：与相关企业建立合作关系，企业为课题研究提供实践平台和案例资源。学生可以在企业中进行实习和实践，了解实际工作中的计算思维应用情况，提高实践能力。研究步骤：第一阶段，进行文献研究和现状调查：查阅国内外相关文献，了解计算思维能力培养的研究现状和发展趋势。同时，采用问卷调查法、访谈法等对我国工科生的计算思维能力现状进行调查，明确当前存在的问题和需求。第二阶段，分析问题并提出提升路径：根据现状调查的结果，分析我国工科生计算思维能力培养中存在的问题，如对计算思维认识不足、培养方式单一等。结合数智时代的特点和实际需求，提出切实可行的提升路径，如整合计算思维教育资源、设计创新课程、采用项目式学习和游戏化学习等。第三阶段，进行实践验证和总结：将提出的提升路径应用于实际教学中，进行实践验证。通过对比实验、案例分析等方法，评估提升路径的有效性。总结研究成果，撰写研究报告，为我国工科生计算思维能力的培养提供参考和建议。（全文共4131字）课题评审意见：本课题针对教育领域的重要问题进行了深入探索，展现出了较高的研究价值和实际意义。研究目标明确且具体，研究方法科学严谨，数据采集和分析过程规范，确保了研究成果的可靠性和有效性。通过本课题的研究，不仅丰富了相关领域的理论知识，还为教育实践提供了有益的参考和指导。课题组成员在研究中展现出了扎实的专业素养和严谨的研究态度，对问题的剖析深入透彻，提出的解决方案和创新点具有较强的可操作性和实用性。此外，本课题在研究方法、数据分析等方面也具有一定的创新性，为相关领域的研究提供了新的思路和视角。总之，这是一项具有较高水平和质量的教科研课题，对于推动教育事业的发展和进步具有重要意义。课题评审标准：1、研究价值与创新性评审关注课题是否针对教育领域的重要或前沿问题进行研究，是否具有理论或实践上的创新点，能否为相关领域带来新的见解或解决方案。2、研究设计与科学性课题的研究设计是否合理，研究方法是否科学严谨，数据收集与分析过程是否规范