教育科學規劃2025年度重點課題申報書、課題設計論證求知探理明教育，創新鑄魂興未來。數智時代我國工科生計算思維能力的現狀評價與提升路徑研究課題設計論證數智時代我國工科生計算思維能力現狀：隨著大數據、人工智能等新技術發展，新工科建設對工科生計算思維能力提出更高要求。新工科是國家在2016年“國家戰略性新興產業發展規劃”中提出，經過一系列討論，基本形成建設綱領，2020年“天大方案2.0”標志著新工科建設進入落實和實施階段。新工科的核心內容是以信息技術推動傳統工科專業改進和升級，引導傳統工科向智能化邁進，而計算機科學最具基礎性和長期性的思維——計算思維，在這個過程中至關重要。目前，工科生計算思維培養雖受重視，但仍存在一些問題。例如對計算思維認識不足，很多學生將計算機科學視為一門專業課程，僅為完成學業要求而學習，缺乏對計算思維重要性的認識和理解；培養方式單一，傳統方法與新方法并存，以傳統方法為主，不斷探索新方法、新模式，但仍無法滿足培養需求。選題意義：在數智時代，培養工科生計算思維能力有助于提高他們解決問題、創新設計的能力。計算思維要求將實際問題進行抽象和建模，設計算法和程序進行解決，這種能力在解決實際問題和進行科學研究時至關重要。適應信息社會變革和未來職業發展需求。隨著信息技術的快速發展和普及，計算思維在日常生活和工作中的重要性愈發突出。在信息化社會和數字化經濟的背景下，具備良好的計算思維能力將成為未來職業發展的重要競爭力。研究價值：為新工科教育提供參考，推動工科專業轉型升級。計算思維能力的培養對于新工科專業建設是重要的，加強計算思維能力的培養是新型工科人才培養的關鍵。培養具備前瞻性和創新能力的未來人才。全球正經歷科技革命與產業變革，計算思維和STEM教育的廣泛推廣與深入發展，已成為培養具備前瞻性和創新能力未來人才的必由之路。為構建計算機科學教育新模式積蓄能量。整合計算思維教育資源，設計創新型計算思維教育課程，構建一套完整的計算思維教育體系，培養學生的實踐能力。二、研究目標、研究內容、重要觀點1.研究目標本課題旨在全面評價數智時代我國工科生計算思維能力現狀，并深入探索切實可行的提升路徑。通過對工科生計算思維能力的研究，為新工科教育提供有力支持，推動我國工科教育向更高水平邁進。2.研究內容（1）分析工科生計算思維能力的構成要素計算思維能力的構成要素豐富多樣，參考相關資料可知，計算思維的核心要素包括：分解、模式識別、抽象、算法、建模、調試、泛化等。例如，分解是將復雜而龐大的問題系統地分解為一個個具體的問題單元；模式識別是識別問題之間和問題內部的相似之處；抽象是通過削減無關緊要的細節，使事物更容易被理解的過程；算法是在概念上，通過一種清晰界定的步驟和順序，獲得問題的解決方案；建模是對具體算法進行提煉、封裝，使其有清晰的輸入、輸出，且模型可靠穩定；調試是綜合運用測試、追溯和邏輯思維等分析與評價技能，來預測和驗證結果；泛化是調整/優化現有模型以解決新的問題，或一類問題。（2）調查現狀，找出問題目前，我國工科生計算思維能力培養雖受重視，但仍存在一些問題。一方面，對計算思維認識不足，很多學生將計算機科學視為一門專業課程，僅為完成學業要求而學習，缺乏對計算思維重要性的認識和理解。另一方面，培養方式單一，傳統方法與新方法并存，以傳統方法為主，雖不斷探索新方法、新模式，但仍無法滿足培養需求。（3）提出提升路徑和方法為提升工科生計算思維能力，可以從以下幾個方面入手。首先，整合計算思維教育資源，包括教材資源、師資資源、實驗資源等，構建一套完整的計算思維教育體系，使學生在學習過程中獲得更加系統和全面的知識和技能。其次，設計創新型計算思維教育課程，充分體現計算思維的核心概念和方法，注重培養學生的實踐能力。例如，可以引入雙創教育模式，培養學生的高階計算思維能力；結合計算機專業特點融入計算思維；利用Python語言訓練計算思維；創新培養方式滲透計算思維。此外，還可以采用項目式學習的方式，將學生分成小組，通過實際問題的解決，培養學生的計算思維和團隊協作能力。同時，引入游戲化學習，提高學生的學習興趣。3.重要觀點（1）計算思維是新工科教育的關鍵，可幫助學生培養創新能力、解決問題能力在新工科背景下，計算思維具有重要意義。它要求將實際問題進行抽象和建模，設計算法和程序進行解決，這種能力在解決實際問題和進行科學研究時至關重要。計算思維可以幫助學生培養問題抽象和建模能力，提高學習效率，更好地適應未來職業發展的需求。在新工科教育中，培養學生利用計算機進行問題描述和求解的能力，引導學生逐步理解和掌握計算思維方式，從思考方式上考慮傳統工科的問題是根本且行之有效的途徑。（2）將計算思維融入STEM教育是大勢所趨隨著全球化、信息化和科學技術的不斷發展，將計算思維融入STEM教育成為大勢所趨。計算思維與STEM理念高度契合，計算思維的培養有助于提高學生分析問題、解決問題的能力以及創新思維的能力。在小學人工智能教學中，從計算思維的視角出發，融入STEM理念，可以提高學生的AI素養和解決問題的能力，培養學生的創新思維和實踐能力。（3）培養學生計算思維需整合教育資源、設計創新課程為了有效地培養學生的計算思維，需要整合計算思維教育資源，構建完整的教育體系。同時，設計創新型計算思維教育課程，充分體現計算思維的核心概念和方法，注重培養學生的實踐能力。例如，在新工科教育中，可以采用“問題抽象化模型構建自動化方案思維分析”的培養方式，以案例教學的方式，通過電梯運行實例闡述如何以計算思維為指導，使學生快速理解計算思維和掌握計算思維能力。三、研究思路、研究方法、創新之處1.研究思路本課題的研究思路清晰明確，旨在全面提升數智時代我國工科生的計算思維能力。首先，進行現狀調查，通過文獻研究法查閱相關文獻，了解國內外在計算思維能力培養方面的研究現狀，同時采用問卷調查法對我國工科生的計算思維能力現狀進行深入了解，明確當前工科生在計算思維能力方面的優勢與不足。接著，分析問題，根據現狀調查的結果，找出我國工科生計算思維能力培養中存在的問題，如對計算思維認識不足、培養方式單一等。最后，提出提升路徑，結合數智時代的特點和實際需求，整合教育資源，設計創新課程，采用多種培養方式，切實提高工科生的計算思維能力。2.研究方法文獻研究法：通過查閱相關文獻，了解計算思維的本質內涵、構成要素以及國內外在工科生計算思維能力培養方面的研究現狀和成功經驗。為后續的現狀調查、問題分析和提升路徑的提出提供理論支持。問卷調查法：設計科學合理的調查問卷，對我國工科生的計算思維能力現狀進行調查。了解工科生對計算思維的認識程度、在學習和實踐中運用計算思維的情況以及對計算思維培養的需求和期望等。通過對調查問卷的數據分析，找出當前工科生計算思維能力培養中存在的問題。案例分析法：分析成功培養案例，如美國卡內基梅隆大學、延邊大學等在計算思維能力培養方面的實踐經驗。通過對這些成功案例的分析，總結出可借鑒的培養方法和策略，為我國工科生計算思維能力的提升提供參考。3.創新之處結合數智時代特點，提出新的提升路徑：在數智時代，信息技術飛速發展，新工科建設對工科生的計算思維能力提出了更高要求。本課題結合數智時代的特點，提出了整合計算思維教育資源、設計創新型計算思維教育課程、采用項目式學習和游戲化學習等新的提升路徑。例如，可以引入雙創教育模式，培養學生的高階計算思維能力；結合計算機專業特點融入計算思維；利用Python語言訓練計算思維；創新培養方式滲透計算思維。綜合運用多種研究方法，提高研究的科學性和有效性：本課題綜合運用文獻研究法、問卷調查法和案例分析法等多種研究方法，從不同角度對我國工科生計算思維能力的現狀進行調查和分析。文獻研究法為課題提供理論支持，問卷調查法獲取第一手數據，案例分析法提供實踐經驗。多種研究方法的綜合運用，提高了研究的科學性和有效性。四、研究基礎、條件保障、研究步驟研究基礎：已有相關研究成果提供理論支持：眾多學者對計算思維能力的培養進行了深入研究，如張振國和崔榮一探討了計算思維的本質內涵及其與新工科的關系，并提出了“問題抽象化模型構建自動化方案思維分析”的培養方式；劉貴松等人提出并實施“設計、抽象、實現”三位一體的計算思維能力培養模式等。這些研究成果為我們的課題提供了豐富的理論支持。研究團隊具備相關專業知識和研究經驗：課題組成員包括計算機科學、教育技術等領域的專業人員，他們在計算思維能力培養方面具有扎實的理論基礎和豐富的實踐經驗。曾參與過相關課題的研究，熟悉研究方法和流程，能夠確保課題的順利進行。條件保障：學校提供研究所需的資源和設備：學校擁有先進的計算機實驗室、圖書館等資源，為課題研究提供了良好的硬件條件。同時，學校還提供了科研經費支持，確保研究能夠順利開展。與企業合作，獲取實踐支持：與相關企業建立合作關系，企業為課題研究提供實踐平臺和案例資源。學生可以在企業中進行實習和實踐，了解實際工作中的計算思維應用情況，提高實踐能力。研究步驟：第一階段，進行文獻研究和現狀調查：查閱國內外相關文獻，了解計算思維能力培養的研究現狀和發展趨勢。同時，采用問卷調查法、訪談法等對我國工科生的計算思維能力現狀進行調查，明確當前存在的問題和需求。第二階段，分析問題并提出提升路徑：根據現狀調查的結果，分析我國工科生計算思維能力培養中存在的問題，如對計算思維認識不足、培養方式單一等。結合數智時代的特點和實際需求，提出切實可行的提升路徑，如整合計算思維教育資源、設計創新課程、采用項目式學習和游戲化學習等。第三階段，進行實踐驗證和總結：將提出的提升路徑應用于實際教學中，進行實踐驗證。通過對比實驗、案例分析等方法，評估提升路徑的有效性。總結研究成果，撰寫研究報告，為我國工科生計算思維能力的培養提供參考和建議。（全文共4131字）課題評審意見：本課題針對教育領域的重要問題進行了深入探索，展現出了較高的研究價值和實際意義。研究目標明確且具體，研究方法科學嚴謹，數據采集和分析過程規范，確保了研究成果的可靠性和有效性。通過本課題的研究，不僅豐富了相關領域的理論知識，還為教育實踐提供了有益的參考和指導。課題組成員在研究中展現出了扎實的專業素養和嚴謹的研究態度，對問題的剖析深入透徹，提出的解決方案和創新點具有較強的可操作性和實用性。此外，本課題在研究方法、數據分析等方面也具有一定的創新性，為相關領域的研究提供了新的思路和視角。總之，這是一項具有較高水平和質量的教科研課題，對于推動教育事業的發展和進步具有重要意義。課題評審標準：1、研究價值與創新性評審關注課題是否針對教育領域的重要或前沿問題進行研究，是否具有理論或實踐上的創新點，能否為相關領域帶來新的見解或解決方案。2、研究設計與科學性課題的研究設計是否合理，研究方法是否科學嚴謹，數據收集與分析過程是否規范