計算機基礎(chǔ)課程體系建設(shè)實踐
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［摘要］在計算機基礎(chǔ)教學中，培養(yǎng)學生的計算思維能力是計算機基礎(chǔ)課教師的共識。文章針對目前計算機基礎(chǔ)教學中存在的問題，提出了以培養(yǎng)計算思維為目標的新的課程體系，并探討了課程體系的實施方案和新的考核方式。此課程體系與學生所學專業(yè)相融合，通過一系列的課程設(shè)置，使學生養(yǎng)成運用計算思維分析問題和解決問題的能力。
［關(guān)鍵詞］計算思維；課程體系；實施方案；考核方式
隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，計算機教育直接關(guān)系到國家未來的科技競爭力；計算機基礎(chǔ)教學是我國高等教育的組成部分，在學生的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面發(fā)揮著重要作用，為學生后續(xù)的專業(yè)課學習提供了必要的保障。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，熟練運用計算機技術(shù)和手段解決本專業(yè)的問題，是大學生必須具備的基本素質(zhì)。大學計算機基礎(chǔ)教學的目的是使學生掌握計算機網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)信息技術(shù)的基本知識，培養(yǎng)學生利用計算機技術(shù)分析解決問題的意識和能力，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)復合型人才[1]。目前，計算機基礎(chǔ)課程體系設(shè)置還存在很多問題，高校專業(yè)學科種類繁多，各專業(yè)對計算機知識的需求不同。因此，如何建立適應不同專業(yè)需求的課程體系，如何體現(xiàn)計算思維能力的培養(yǎng)，是當前急需解決的問題。計算思維的培養(yǎng)是當前國內(nèi)外計算機教學研究的熱點，具有計算思維而且能夠運用計算機技術(shù)和手段進行學習、工作、解決專業(yè)問題是高級人才必備的素質(zhì)。
一、存在的問題
計算機基礎(chǔ)課程是面向高等院校除計算機專業(yè)外的本科生開設(shè)的，旨在培養(yǎng)大學生的信息素養(yǎng)、計算機應用能力和計算思維能力，但是在計算機基礎(chǔ)課程體系的建設(shè)中存在著很多問題。首先，不分層次的教學。隨著信息技術(shù)教育在中小學的廣泛開展，學生的計算機基本操作能力有所提高。但是由于受各地經(jīng)濟水平、教育條件等因素的影響，新生入學時的計算機水平差異較大。如果采用統(tǒng)一的課程設(shè)置，計算機基礎(chǔ)好的學生就會“吃不飽”，覺得太簡單，失去學習的興趣，而計算機基礎(chǔ)差的學生又會跟不上。其次，不分類別的教學。由于各專業(yè)對學生的計算機能力的要求各不相同，而且各專業(yè)學生的學習方法、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)對計算機能力的個性化需求。另外，計算機基礎(chǔ)課程不能很好地與學生所學的專業(yè)相結(jié)合，也降低了學生的學習興趣。再次，與社會應用需求脫軌。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)、云計算等，但在計算機基礎(chǔ)課程教學中，還沒有引入這些新技術(shù)和新概念，造成了計算機基礎(chǔ)課程的教學內(nèi)容和社會應用需求脫節(jié)，這勢必會影響學生的學習動力[2]。
二、解決問題的方案
由于大學專業(yè)多，不同專業(yè)需要具備的計算機知識與能力有所不同，大學計算機基礎(chǔ)課程體系的設(shè)置應以服務于專業(yè)需要為導向，提供差異化的課程供不同專業(yè)的學生選擇。新的課程體系應重視加強計算思維培養(yǎng)。
（一）計算思維培養(yǎng)計算思維是指運用計算機科學的基礎(chǔ)概念進行問題求解和系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解的涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動[3]。計算思維能力是人類的基本思維方式。大學計算機基礎(chǔ)教學是大學通識教育的重要組成部分，擔負著培養(yǎng)大學生計算思維能力的重要使命，教師在教學中要有意識地把計算思維能力的培養(yǎng)滲透到教學內(nèi)容、教學方法和教學評價的各個環(huán)節(jié)。計算思維的本質(zhì)是抽象和自動化，教學時要結(jié)合具體案例講解如何按照計算機求解問題的基本方法，并構(gòu)建出相應的算法和基本程序。
（二）課程體系的設(shè)置和實施1.分類課程體系的設(shè)置以湖南大學為例，深入各學院進行廣泛的調(diào)研，了解各專業(yè)對計算機基礎(chǔ)課程的需求；在通識教育階段，設(shè)置計算機基本能力測試、計算機導論與程序設(shè)計2門必修課程，共3學分，其中計算機基本能力測試0.5學分，計算機導論與程序設(shè)計2.5學分。由于不同專業(yè)對計算機知識與能力的需求不同，因此計算機課程應根據(jù)專業(yè)特點進行分類，不同專業(yè)大類設(shè)置不同的課程，各學院根據(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（非計算機類）又分理科A類（包括電氣、數(shù)學等）和理工B類（包括化工、機械等），文科分文史、外語與新聞、藝術(shù)三大系列。其計算機導論課程設(shè)置具體如表1所示。表1中，理工A類包括電氣、數(shù)學、機械等學院，理工B類包括材料、生物、化工等學院，文史類包括法學、經(jīng)貿(mào)、金統(tǒng)等學院，藝術(shù)類包括設(shè)計院、文學院、岳麓書院等學院。2.分類課程體系的實施計算機基礎(chǔ)課程作為通識教育的重要內(nèi)容，不應只是簡單地拓展學生在計算機方面的知識面，更需要展現(xiàn)計算機學科的思維方式，其目的是培養(yǎng)學生的計算信息素養(yǎng)、思維能力和解決問題的能力[4]。計算思維的訓練不是開設(shè)一門課程就能完成的，它需要一系列后續(xù)計算機課程的支撐。湖南大學實施的相關(guān)課程教學分為三個階段：第一階段開設(shè)必修的計算機信息技術(shù)基礎(chǔ)，主要要求學生掌握計算機基礎(chǔ)知識、信息如何編碼、計算機如何工作以及網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和Office辦公軟件的操作。第二階段開設(shè)的計算機導論課，特別是對理工類和經(jīng)管類開設(shè)的程序設(shè)計語言課（計算機導論A~C），以計算思維培養(yǎng)為中心，對課程內(nèi)容進行整合和更新，引導學生沿著分析問題、建立模型、確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法、編寫程序并上機運行這條主線，循序漸進地提高他們的邏輯思維和計算思維能力。第三階段開設(shè)專業(yè)選修課，向各專業(yè)滲透計算機技術(shù)，將計算思維與專業(yè)應用相融合，使計算機基礎(chǔ)課程朝著更多元化的方向發(fā)展。該課程體系采用2+X模式開展課程教學（2是指必修的計算機基本能力測試、計算機導論與程序設(shè)計這2門課程，X是指各專業(yè)結(jié)合自身專業(yè)特點在夏季小學期開設(shè)的一門訓練課程，比如程序設(shè)計綜合訓練、仿真平臺與工具應用實踐A、基于Python的計算思維訓練、網(wǎng)頁設(shè)計與制作等課程）。通過這些課程的開設(shè)，促進了學生計算思維的培養(yǎng)，并通過與專業(yè)緊密結(jié)合來提升學生的學習興趣，促進學生創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。第一階段的課程開設(shè)在第一個學期，第二階段的課程開設(shè)在第一或第二個學期，第三階段的課程開設(shè)在第一年的夏季小學期。
（三）考核方式1.上機考試三個階段的考試一律采用上機考試系統(tǒng)。第一階段的計算機信息技術(shù)基礎(chǔ)由于內(nèi)容相對簡單，不少學生在中學就學過，因此采用“以測代考”的方式。以學生自學為主，教師把教學要求、課件、學習難點、習題、視頻掛在課程中心的網(wǎng)站，學生進入課程中心去學習、做題。同時在考試系統(tǒng)網(wǎng)站放模擬題，學生可反復練習，自動評分，熟悉考試環(huán)境?？荚囆枰A約，每月提供一次考試，每個學生提供四次考試機會，考試前安排老師輔導和答疑。如果第一次考試沒過可以再學，然后參加下次考試，通過即可。教師每學期期末把考試通過的學生的最高分報給教務處，考試通過的學生下期不能再參加考試。如果學生基礎(chǔ)太差，學習有困難，可到相關(guān)教師處登記，教師會開班講授，給這些學生提供幫助。第二階段的程序設(shè)計訓練，期中、期末考試分別占20%和40%，每月一次的小測試占20%，還有平時的上機訓練占20%，所有的測試、訓練都是機試，由計算機自動判卷。第三階段與專業(yè)結(jié)合的綜合程序訓練一般安排在夏季小學期，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，從計算思維培養(yǎng)的角度按照問題描述、模型建立、算法設(shè)計、機器實現(xiàn)的主線進行講解，采用啟發(fā)式教學，引導學生思維，將問題逐步細化，使學生方便理解。訓練學生的思維，使學生熟悉計算機解決問題的基本方法；提高學生的思維能力，使學生習慣用計算思維解決本專業(yè)的問題。第二次課主要是學生自己上機實現(xiàn)，如果有問題及時跟老師提出，尋求老師的幫助，逐步提高自己分析問題和解決實際問題的能力。每兩周一次小測試，檢驗學生的學習效果，及時發(fā)現(xiàn)問題并加以改進。2.以競賽促進教學鼓勵學生參加計算機競賽，如由文科計算機基礎(chǔ)課程教學指導委員會發(fā)起，目前由四個教指委共同主辦的中國大學生計算機設(shè)計大賽、全國大學生廣告設(shè)計大賽等。以競賽的方式激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、探索精神和問題求解能力。湖南大學每年組織參賽，獲得了多個全國一等獎、二等獎和三等獎。學生參賽很踴躍、積極性很高，他們對選定的題目進行思考、建模，設(shè)計算法，實現(xiàn)，這正是計算思維中系統(tǒng)設(shè)計和問題求解的方法。學生經(jīng)常圍繞一個問題反復探討、爭論不休，查閱大量資料，這就極大地激發(fā)了他們學習計算機知識和技能的興趣和潛能，提高了他們的計算思維能力，培養(yǎng)了其創(chuàng)新能力、團隊合作意識以及運用信息技術(shù)解決實際問題的綜合實踐能力，有利于造就更多的德智體美全面發(fā)展、創(chuàng)新型、實用型、復合型人才。
三、實施效果
上述2+X課程體系在湖南大學全面鋪開，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)需求自主選擇所學內(nèi)容。很多院系都選擇在大一開設(shè)計算機基礎(chǔ)類課程，有的院系在大一上學期開設(shè)，有的在大一下學期開設(shè)，比如電氣與信息工程學院、數(shù)學與計量經(jīng)濟學院等學院有約2000名學生選修計算機導論A（C語言程序設(shè)計），材料學院、生物學院等學院有約1800名學生選修計算機導論C（MATLAB+Mathematics），經(jīng)濟與貿(mào)易學院、法學院等學院有約1100名學生選修計算機導論D（SPSS+高級Office），中國語言文學學院、設(shè)計學院等學院有約150名學生選修計算機導論E（Multimedia+高級Office）。考核系統(tǒng)也在不斷地完善，由于全部采用機考，學生感到了壓力，學習更加努力，到課率達到96%以上,學習積極性更高，更加重視上機操作。計算機基礎(chǔ)課程是一門實踐性很強的課程，只有通過多上機、多操作才能掌握好。通過機考的方式鼓勵學生多上機、多思考，提高其分析解決問題的能力和計算思維的能力，為其后續(xù)課程的學習打下良好的基礎(chǔ)。當然，在改革的過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，機考題庫需不斷擴充和更新[5]。
四、結(jié)束語
大學計算機課程需要強調(diào)計算思維的培養(yǎng)，以思維帶知識，因而必須對現(xiàn)行的課程體系進行改革，結(jié)合學生所學專業(yè)和需求整體規(guī)劃合適的課程模塊，通過一系列相關(guān)課程教學的開展，使學生掌握運用計算機的知識和思維方法解決實際的問題。同時，計算思維教學是一個系統(tǒng)工程，需要重新編寫合適的教材，需要一大批熱愛教學的教師全身心投入，深入挖掘計算機與各專業(yè)結(jié)合的經(jīng)典案例，不斷對教學內(nèi)容和教學方法進行改進，這樣可以更好地提高學生的計算思維能力和創(chuàng)新能力。
［參考文獻］
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［2］王亞杰，尹航，李飛，等.面向計算思維的大學計算機基礎(chǔ)教育教學改革［J］.計算機教育，2017（8）：74-77+82.
［3］戰(zhàn)德臣，王浩.面向計算思維的大學計算機課程教學內(nèi)容體系［J］.中國大學教學，2014（7）：59-66.
［4］林旺.基于計算思維的大學計算機教學研究［J］.中國大學教學，2015（9）：55-58.
［5］徐東風，陳孟嫻，杜治國，等.面向大學計算機基礎(chǔ)的計算思維案例設(shè)計［J］.計算機教育，2015（7）：8-11.
作者：謝曉艷 楊圣洪 陳娟 蔡宇輝 單位：湖南大學信息科學與工程學院
