計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系建設(shè)實(shí)踐

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［摘要］在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課教師的共識(shí)。文章針對(duì)目前計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中存在的問(wèn)題，提出了以培養(yǎng)計(jì)算思維為目標(biāo)的新的課程體系，并探討了課程體系的實(shí)施方案和新的考核方式。此課程體系與學(xué)生所學(xué)專業(yè)相融合，通過(guò)一系列的課程設(shè)置，使學(xué)生養(yǎng)成運(yùn)用計(jì)算思維分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

［關(guān)鍵詞］計(jì)算思維；課程體系；實(shí)施方案；考核方式

隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)教育直接關(guān)系到國(guó)家未來(lái)的科技競(jìng)爭(zhēng)力；計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)是我國(guó)高等教育的組成部分，在學(xué)生的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面發(fā)揮著重要作用，為學(xué)生后續(xù)的專業(yè)課學(xué)習(xí)提供了必要的保障。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，熟練運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和手段解決本專業(yè)的問(wèn)題，是大學(xué)生必須具備的基本素質(zhì)。大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的目的是使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)信息技術(shù)的基本知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)技術(shù)分析解決問(wèn)題的意識(shí)和能力，提高他們的信息素養(yǎng)，培養(yǎng)出具有創(chuàng)新精神的高素質(zhì)復(fù)合型人才[1]。目前，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系設(shè)置還存在很多問(wèn)題，高校專業(yè)學(xué)科種類繁多，各專業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)知識(shí)的需求不同。因此，如何建立適應(yīng)不同專業(yè)需求的課程體系，如何體現(xiàn)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，是當(dāng)前急需解決的問(wèn)題。計(jì)算思維的培養(yǎng)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外計(jì)算機(jī)教學(xué)研究的熱點(diǎn)，具有計(jì)算思維而且能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和手段進(jìn)行學(xué)習(xí)、工作、解決專業(yè)問(wèn)題是高級(jí)人才必備的素質(zhì)。

一、存在的問(wèn)題

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程是面向高等院校除計(jì)算機(jī)專業(yè)外的本科生開(kāi)設(shè)的，旨在培養(yǎng)大學(xué)生的信息素養(yǎng)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力和計(jì)算思維能力，但是在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系的建設(shè)中存在著很多問(wèn)題。首先，不分層次的教學(xué)。隨著信息技術(shù)教育在中小學(xué)的廣泛開(kāi)展，學(xué)生的計(jì)算機(jī)基本操作能力有所提高。但是由于受各地經(jīng)濟(jì)水平、教育條件等因素的影響，新生入學(xué)時(shí)的計(jì)算機(jī)水平差異較大。如果采用統(tǒng)一的課程設(shè)置，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)好的學(xué)生就會(huì)“吃不飽”，覺(jué)得太簡(jiǎn)單，失去學(xué)習(xí)的興趣，而計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)差的學(xué)生又會(huì)跟不上。其次，不分類別的教學(xué)。由于各專業(yè)對(duì)學(xué)生的計(jì)算機(jī)能力的要求各不相同，而且各專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)方法、思維模式也是有差別的，因此采用統(tǒng)一的課程設(shè)置，不能滿足各專業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)能力的個(gè)性化需求。另外，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程不能很好地與學(xué)生所學(xué)的專業(yè)相結(jié)合，也降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。再次，與社會(huì)應(yīng)用需求脫軌。隨著信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，新概念不斷涌現(xiàn)，比如互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等，但在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中，還沒(méi)有引入這些新技術(shù)和新概念，造成了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容和社會(huì)應(yīng)用需求脫節(jié)，這勢(shì)必會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力[2]。

二、解決問(wèn)題的方案

由于大學(xué)專業(yè)多，不同專業(yè)需要具備的計(jì)算機(jī)知識(shí)與能力有所不同，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系的設(shè)置應(yīng)以服務(wù)于專業(yè)需要為導(dǎo)向，提供差異化的課程供不同專業(yè)的學(xué)生選擇。新的課程體系應(yīng)重視加強(qiáng)計(jì)算思維培養(yǎng)。

（一）計(jì)算思維培養(yǎng)計(jì)算思維是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解和系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解的涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)[3]。計(jì)算思維能力是人類的基本思維方式。大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)是大學(xué)通識(shí)教育的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)大學(xué)生計(jì)算思維能力的重要使命，教師在教學(xué)中要有意識(shí)地把計(jì)算思維能力的培養(yǎng)滲透到教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)評(píng)價(jià)的各個(gè)環(huán)節(jié)。計(jì)算思維的本質(zhì)是抽象和自動(dòng)化，教學(xué)時(shí)要結(jié)合具體案例講解如何按照計(jì)算機(jī)求解問(wèn)題的基本方法，并構(gòu)建出相應(yīng)的算法和基本程序。

（二）課程體系的設(shè)置和實(shí)施1.分類課程體系的設(shè)置以湖南大學(xué)為例，深入各學(xué)院進(jìn)行廣泛的調(diào)研，了解各專業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的需求；在通識(shí)教育階段，設(shè)置計(jì)算機(jī)基本能力測(cè)試、計(jì)算機(jī)導(dǎo)論與程序設(shè)計(jì)2門(mén)必修課程，共3學(xué)分，其中計(jì)算機(jī)基本能力測(cè)試0.5學(xué)分，計(jì)算機(jī)導(dǎo)論與程序設(shè)計(jì)2.5學(xué)分。由于不同專業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)知識(shí)與能力的需求不同，因此計(jì)算機(jī)課程應(yīng)根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行分類，不同專業(yè)大類設(shè)置不同的課程，各學(xué)院根據(jù)自身專業(yè)的要求自主選擇。大類分理科和文科兩大類，理工（非計(jì)算機(jī)類）又分理科A類（包括電氣、數(shù)學(xué)等）和理工B類（包括化工、機(jī)械等），文科分文史、外語(yǔ)與新聞、藝術(shù)三大系列。其計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程設(shè)置具體如表1所示。表1中，理工A類包括電氣、數(shù)學(xué)、機(jī)械等學(xué)院，理工B類包括材料、生物、化工等學(xué)院，文史類包括法學(xué)、經(jīng)貿(mào)、金統(tǒng)等學(xué)院，藝術(shù)類包括設(shè)計(jì)院、文學(xué)院、岳麓書(shū)院等學(xué)院。2.分類課程體系的實(shí)施計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程作為通識(shí)教育的重要內(nèi)容，不應(yīng)只是簡(jiǎn)單地拓展學(xué)生在計(jì)算機(jī)方面的知識(shí)面，更需要展現(xiàn)計(jì)算機(jī)學(xué)科的思維方式，其目的是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算信息素養(yǎng)、思維能力和解決問(wèn)題的能力[4]。計(jì)算思維的訓(xùn)練不是開(kāi)設(shè)一門(mén)課程就能完成的，它需要一系列后續(xù)計(jì)算機(jī)課程的支撐。湖南大學(xué)實(shí)施的相關(guān)課程教學(xué)分為三個(gè)階段：第一階段開(kāi)設(shè)必修的計(jì)算機(jī)信息技術(shù)基礎(chǔ)，主要要求學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、信息如何編碼、計(jì)算機(jī)如何工作以及網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和Office辦公軟件的操作。第二階段開(kāi)設(shè)的計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課，特別是對(duì)理工類和經(jīng)管類開(kāi)設(shè)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言課（計(jì)算機(jī)導(dǎo)論A~C），以計(jì)算思維培養(yǎng)為中心，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行整合和更新，引導(dǎo)學(xué)生沿著分析問(wèn)題、建立模型、確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法、編寫(xiě)程序并上機(jī)運(yùn)行這條主線，循序漸進(jìn)地提高他們的邏輯思維和計(jì)算思維能力。第三階段開(kāi)設(shè)專業(yè)選修課，向各專業(yè)滲透計(jì)算機(jī)技術(shù)，將計(jì)算思維與專業(yè)應(yīng)用相融合，使計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程朝著更多元化的方向發(fā)展。該課程體系采用2+X模式開(kāi)展課程教學(xué)（2是指必修的計(jì)算機(jī)基本能力測(cè)試、計(jì)算機(jī)導(dǎo)論與程序設(shè)計(jì)這2門(mén)課程，X是指各專業(yè)結(jié)合自身專業(yè)特點(diǎn)在夏季小學(xué)期開(kāi)設(shè)的一門(mén)訓(xùn)練課程，比如程序設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練、仿真平臺(tái)與工具應(yīng)用實(shí)踐A、基于Python的計(jì)算思維訓(xùn)練、網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)與制作等課程）。通過(guò)這些課程的開(kāi)設(shè)，促進(jìn)了學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，并通過(guò)與專業(yè)緊密結(jié)合來(lái)提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。第一階段的課程開(kāi)設(shè)在第一個(gè)學(xué)期，第二階段的課程開(kāi)設(shè)在第一或第二個(gè)學(xué)期，第三階段的課程開(kāi)設(shè)在第一年的夏季小學(xué)期。

（三）考核方式1.上機(jī)考試三個(gè)階段的考試一律采用上機(jī)考試系統(tǒng)。第一階段的計(jì)算機(jī)信息技術(shù)基礎(chǔ)由于內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單，不少學(xué)生在中學(xué)就學(xué)過(guò)，因此采用“以測(cè)代考”的方式。以學(xué)生自學(xué)為主，教師把教學(xué)要求、課件、學(xué)習(xí)難點(diǎn)、習(xí)題、視頻掛在課程中心的網(wǎng)站，學(xué)生進(jìn)入課程中心去學(xué)習(xí)、做題。同時(shí)在考試系統(tǒng)網(wǎng)站放模擬題，學(xué)生可反復(fù)練習(xí)，自動(dòng)評(píng)分，熟悉考試環(huán)境。考試需要預(yù)約，每月提供一次考試，每個(gè)學(xué)生提供四次考試機(jī)會(huì)，考試前安排老師輔導(dǎo)和答疑。如果第一次考試沒(méi)過(guò)可以再學(xué)，然后參加下次考試，通過(guò)即可。教師每學(xué)期期末把考試通過(guò)的學(xué)生的最高分報(bào)給教務(wù)處，考試通過(guò)的學(xué)生下期不能再參加考試。如果學(xué)生基礎(chǔ)太差，學(xué)習(xí)有困難，可到相關(guān)教師處登記，教師會(huì)開(kāi)班講授，給這些學(xué)生提供幫助。第二階段的程序設(shè)計(jì)訓(xùn)練，期中、期末考試分別占20%和40%，每月一次的小測(cè)試占20%，還有平時(shí)的上機(jī)訓(xùn)練占20%，所有的測(cè)試、訓(xùn)練都是機(jī)試，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)判卷。第三階段與專業(yè)結(jié)合的綜合程序訓(xùn)練一般安排在夏季小學(xué)期，每周2次課（4節(jié)），共4周。采用邊講邊練的方式，第一次課主要由教師根據(jù)題目要求，從計(jì)算思維培養(yǎng)的角度按照問(wèn)題描述、模型建立、算法設(shè)計(jì)、機(jī)器實(shí)現(xiàn)的主線進(jìn)行講解，采用啟發(fā)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生思維，將問(wèn)題逐步細(xì)化，使學(xué)生方便理解。訓(xùn)練學(xué)生的思維，使學(xué)生熟悉計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的基本方法；提高學(xué)生的思維能力，使學(xué)生習(xí)慣用計(jì)算思維解決本專業(yè)的問(wèn)題。第二次課主要是學(xué)生自己上機(jī)實(shí)現(xiàn)，如果有問(wèn)題及時(shí)跟老師提出，尋求老師的幫助，逐步提高自己分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。每?jī)芍芤淮涡y(cè)試，檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并加以改進(jìn)。2.以競(jìng)賽促進(jìn)教學(xué)鼓勵(lì)學(xué)生參加計(jì)算機(jī)競(jìng)賽，如由文科計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)發(fā)起，目前由四個(gè)教指委共同主辦的中國(guó)大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽、全國(guó)大學(xué)生廣告設(shè)計(jì)大賽等。以競(jìng)賽的方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、探索精神和問(wèn)題求解能力。湖南大學(xué)每年組織參賽，獲得了多個(gè)全國(guó)一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)。學(xué)生參賽很踴躍、積極性很高，他們對(duì)選定的題目進(jìn)行思考、建模，設(shè)計(jì)算法，實(shí)現(xiàn)，這正是計(jì)算思維中系統(tǒng)設(shè)計(jì)和問(wèn)題求解的方法。學(xué)生經(jīng)常圍繞一個(gè)問(wèn)題反復(fù)探討、爭(zhēng)論不休，查閱大量資料，這就極大地激發(fā)了他們學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)知識(shí)和技能的興趣和潛能，提高了他們的計(jì)算思維能力，培養(yǎng)了其創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)以及運(yùn)用信息技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的綜合實(shí)踐能力，有利于造就更多的德智體美全面發(fā)展、創(chuàng)新型、實(shí)用型、復(fù)合型人才。

三、實(shí)施效果

上述2+X課程體系在湖南大學(xué)全面鋪開(kāi)，與課程體系相配套的新教材已投入使用，各院系可以根據(jù)自己的專業(yè)需求自主選擇所學(xué)內(nèi)容。很多院系都選擇在大一開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)類課程，有的院系在大一上學(xué)期開(kāi)設(shè)，有的在大一下學(xué)期開(kāi)設(shè)，比如電氣與信息工程學(xué)院、數(shù)學(xué)與計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)院等學(xué)院有約2000名學(xué)生選修計(jì)算機(jī)導(dǎo)論A（C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)），材料學(xué)院、生物學(xué)院等學(xué)院有約1800名學(xué)生選修計(jì)算機(jī)導(dǎo)論C（MATLAB+Mathematics），經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易學(xué)院、法學(xué)院等學(xué)院有約1100名學(xué)生選修計(jì)算機(jī)導(dǎo)論D（SPSS+高級(jí)Office），中國(guó)語(yǔ)言文學(xué)學(xué)院、設(shè)計(jì)學(xué)院等學(xué)院有約150名學(xué)生選修計(jì)算機(jī)導(dǎo)論E（Multimedia+高級(jí)Office）?？己讼到y(tǒng)也在不斷地完善，由于全部采用機(jī)考，學(xué)生感到了壓力，學(xué)習(xí)更加努力，到課率達(dá)到96%以上,學(xué)習(xí)積極性更高，更加重視上機(jī)操作。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，只有通過(guò)多上機(jī)、多操作才能掌握好。通過(guò)機(jī)考的方式鼓勵(lì)學(xué)生多上機(jī)、多思考，提高其分析解決問(wèn)題的能力和計(jì)算思維的能力，為其后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。當(dāng)然，在改革的過(guò)程中還有很多方面需不斷完善，如新編教材還需不斷修訂和完善，機(jī)考題庫(kù)需不斷擴(kuò)充和更新[5]。

四、結(jié)束語(yǔ)

大學(xué)計(jì)算機(jī)課程需要強(qiáng)調(diào)計(jì)算思維的培養(yǎng)，以思維帶知識(shí)，因而必須對(duì)現(xiàn)行的課程體系進(jìn)行改革，結(jié)合學(xué)生所學(xué)專業(yè)和需求整體規(guī)劃合適的課程模塊，通過(guò)一系列相關(guān)課程教學(xué)的開(kāi)展，使學(xué)生掌握運(yùn)用計(jì)算機(jī)的知識(shí)和思維方法解決實(shí)際的問(wèn)題。同時(shí)，計(jì)算思維教學(xué)是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要重新編寫(xiě)合適的教材，需要一大批熱愛(ài)教學(xué)的教師全身心投入，深入挖掘計(jì)算機(jī)與各專業(yè)結(jié)合的經(jīng)典案例，不斷對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)，這樣可以更好地提高學(xué)生的計(jì)算思維能力和創(chuàng)新能力。

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作者：謝曉艷 楊圣洪 陳娟 蔡宇輝 單位：湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院