《大學計算機》課程教學內(nèi)容與模式改革探析

黃宏博 李穎

摘 要：對于國內(nèi)高?！洞髮W計算機》課程教學普遍面臨的問題，分析了問題的形成原因和改革的必要性，從課程內(nèi)容和教學模式等兩個方面對于教學提出了改進措施。提出的課程內(nèi)容和教學模式對于以計算思維培養(yǎng)為指導的《大學計算機》課程教學具有切實可行的操作性和提高教學效果的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：教學改革；計算思維；MOOC；SPOC

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）01-0056-02

Abstract： This paper expounds problems in the teaching of "University Computer"， analyzes the causes of these problems and necessity to carry out reform. Improvement measures are put forward from two aspects of the course content and teaching modes. The proposed measures are practicable and significant to the cultivating of computational thinking and teaching of "University Computer".

Keywords： teaching reform； computational thinking； MOOC； SPOC

一、國內(nèi)高?！洞髮W計算機》課程教學面臨的問題分析

高等院校的計算機基礎(chǔ)類課程的目標要求學生能夠通過課程學習掌握計算機的基礎(chǔ)知識和基本原理，理解使用計算機基本應(yīng)用解決實際問題的方式方法，具備基本的信息能力和信息素養(yǎng)?！洞髮W計算機》課程教學是以培養(yǎng)學生的計算思維為主線，提升學生對于計算機技術(shù)的整體理解，協(xié)助提升用計算機解決實際問題的能力。但是，長期以來國內(nèi)高校的計算機基礎(chǔ)教學都是以常用軟件的應(yīng)用為主要內(nèi)容，雖然可以訓練一定的計算機應(yīng)用能力，但是計算機原理和思維模式的講解和培養(yǎng)不足，導致學生能力的培養(yǎng)依賴于具體軟件，缺乏內(nèi)涵和變通。難以適應(yīng)計算機技術(shù)高速發(fā)展的的要求。部分高校教學改革之后對于各種計算機技術(shù)的模塊進行了講解，取得了一定的效果。然而，各模塊間缺乏系統(tǒng)性和連貫性，沒有強調(diào)相互之間的內(nèi)在聯(lián)系。各種相關(guān)內(nèi)容都引入了大量的概念，過多的專業(yè)詞匯給學生的學習造成了很大困難，也不利于計算思維模式的培養(yǎng)，難以形成體系。另外，以計算機技術(shù)為主要支柱之一的信息技術(shù)發(fā)展異常迅速，每隔幾年就有新潮流、新模式和新技術(shù)出現(xiàn)。近些年來，非諾依曼型計算機、分布式技術(shù)、Web服務(wù)應(yīng)用模式、大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計算、人工智能、深度學習、類腦計算等技術(shù)得到了迅速發(fā)展，形成了信息技術(shù)發(fā)展的主要熱點。大部分高校在教學中還是以十幾年前形成的傳統(tǒng)教學內(nèi)容為主，信息技術(shù)的最新發(fā)展在課程教學中體現(xiàn)較少。雖然計算機基礎(chǔ)課程以基本理論和基本原理為主線，但是脫離開最新發(fā)展的課程教學必然難以適應(yīng)新形勢的要求，在培養(yǎng)學生利用最新的應(yīng)用模式和解決問題方式上已有明顯滯后。探討和研究如何在課程教學中體現(xiàn)信息技術(shù)的最新發(fā)展對于高素質(zhì)人才培養(yǎng)具有顯著的現(xiàn)實意義。

二、《大學計算機》課程改革的必要性和意義

美國著名的課程理論家和評論家泰勒認為：確定課程教學目標應(yīng)參照三個事實來源，即學習者、社會環(huán)境和學科專家。教育的本質(zhì)在于改變?nèi)说乃季S模式和行為方式，而理解學習者的需求和所處的社會環(huán)境是其中關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。在信息社會下對各學科專業(yè)學生的培養(yǎng)都要求具備基本的信息素養(yǎng)和計算機能力，能夠因應(yīng)信息技術(shù)發(fā)展新形勢的社會環(huán)境分析和教學環(huán)境分析在人才培養(yǎng)中具有重要作用。因此，在計算機基礎(chǔ)類課程教學中適當?shù)娜谶M新技術(shù)發(fā)展是必要和有意義的。

高校計算機基礎(chǔ)類課程主要包括大學計算機基礎(chǔ)和程序設(shè)計兩類主要課程。計算機基礎(chǔ)主要讓學生理解計算機的基礎(chǔ)知識、基本原理和主要基礎(chǔ)應(yīng)用。程序設(shè)計主要培養(yǎng)學生的計算思維、理解算法并具備基礎(chǔ)的用計算機解決實際問題的能力。兩門課都需要體現(xiàn)計算機技術(shù)的新發(fā)展，對傳統(tǒng)內(nèi)容的墨守成規(guī)、繼續(xù)講授相對落伍甚至已被淘汰的內(nèi)容，對高素質(zhì)人才培養(yǎng)會造成顯著的負面影響。有必要探索研究信息技術(shù)的新發(fā)展在兩課中體現(xiàn)和滲透的內(nèi)容和方式。

三、《大學計算機》課程教學內(nèi)容與模式改革

國內(nèi)的大學計算機課程教學，經(jīng)歷了《計算機文化基礎(chǔ)》到《計算機應(yīng)用基礎(chǔ)》，再到《大學計算機基礎(chǔ)》的變革，目前，大部分高校已經(jīng)開始轉(zhuǎn)到使用《大學計算機》作為計算機基礎(chǔ)課程的教學[2]。教學的目標從基本知識傳授、常用應(yīng)用軟件的使用培訓，轉(zhuǎn)到了基本計算理論的講解和思維模式的培養(yǎng)上。以計算機為基本工具的計算思維的訓練與培養(yǎng)成為大學計算機基礎(chǔ)類課程重要指標。在信息化高速發(fā)展的今天，計算思維與閱讀、書寫、表達一樣，成為現(xiàn)代人的最基本能力之一[3]。計算思維培養(yǎng)的必要性和重要性，已經(jīng)在國內(nèi)外高校計算機教育界基本形成共識，高校計算機基礎(chǔ)教學以計算思維為主線來進行已經(jīng)成為主流意見。但是，在實際教學的過程中，受限于教學條件、教學環(huán)境、師資力量、學生層次等多方面因素的影響，具體如何實施基于計算思維的大學計算機基礎(chǔ)類課程教學，則存在眾多的困難和分歧。

由于國內(nèi)高校教學條件等方面的差異，不宜設(shè)定教條化的教學內(nèi)容和教學模式，根據(jù)各學校自身特點和實際情況來調(diào)整具體教學內(nèi)容和教學模式才是切實可行的方法。在課程內(nèi)容安排上，《大學計算機》課程應(yīng)該首先講授計算的本質(zhì)、計算的原理等，比如，以圖靈機模型為例，讓學生理解所有數(shù)據(jù)都可以表示為字符串，計算就是在控制器的作用下把輸入字符串變換為輸出字符串的過程。結(jié)合圖靈機的“停機問題”，解釋計算的局限性，讓學生明白宇宙中存在著許多難以計算的問題。在計算的具體實現(xiàn)步驟中，以算法的相應(yīng)內(nèi)容為主線，安排算法的概念、特點、常見算法設(shè)計的方法以及算法復雜度度量等內(nèi)容。在算法復雜度講解部分，可以呼應(yīng)計算理論的相關(guān)內(nèi)容，通過計算復雜度曲線讓學生理解計算的局限性。對于著重科學素養(yǎng)和理論素養(yǎng)培養(yǎng)的高?；?qū)I(yè)來說，可以強調(diào)計算理論部分的內(nèi)容，對于著重工程素養(yǎng)和應(yīng)用能力培養(yǎng)的高?；?qū)I(yè)，可以強調(diào)算法的設(shè)計方法等相應(yīng)內(nèi)容，因材施教、因需施教，結(jié)合實際調(diào)整各部分內(nèi)容的權(quán)重。

在傳統(tǒng)的Office辦公軟件應(yīng)用部分的內(nèi)容安排上，由于是面向具體軟件，課堂講授的理論性不強，因此，可以安排在實驗教學中進行，不必在課堂進行理論講授。對于多媒體技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)部分內(nèi)容上，課堂教學應(yīng)盡量以需求為導向，講清脈絡(luò)和原理，避免過多進入細節(jié)。使學生對總體有一個把握，在以后需要掌握技術(shù)細節(jié)時便于從其它課程中來獲取。同時，信息技術(shù)的一些新的發(fā)展和熱點可以適當?shù)脑谡n程中予以滲透和介紹。例如云計算和大數(shù)據(jù)、人工智能、機器學習、類腦計算等一些新的思想和方法的介紹等，以便把這些新技術(shù)體現(xiàn)和滲透在計算機基礎(chǔ)類課程的日常教學中，使學生在學習計算機的早期就奠定新式計算機技術(shù)和算法的思想基礎(chǔ)，啟迪思維、開闊眼界，使他們不再拘泥于傳統(tǒng)的陳舊思想，從而在應(yīng)用時與社會需求相匹配。

近年來，得益于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展和我國網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)實施的不斷完善，利用網(wǎng)絡(luò)平臺輔助教學的嘗試和實踐越來越多。姑且不論遠程網(wǎng)絡(luò)教育能否替代傳統(tǒng)模式的教育，不可否認的是，適當?shù)睦镁W(wǎng)絡(luò)可以給教育教學帶來很大的促進作用。很多高校都嘗試了網(wǎng)絡(luò)教學平臺輔助教學的模式，也有不少高校進行了MOOC或SPOC等模式的翻轉(zhuǎn)課堂試點，取得了很好的效果[4]。MOOC和SPOC各有優(yōu)缺點，如果把兩者合理結(jié)合起來，統(tǒng)一成為一個有機整體，有望揚長避短，發(fā)揮各自優(yōu)勢，使教學取得更好的效果。使用MOOC課程，可以在全國范圍內(nèi)篩選出資深高水準的優(yōu)秀教師，使學生打破學校和地域限制，有機會聆聽名師授課，解決師資因素引起的教學改革困難。另一方面，通過SPOC是根據(jù)各學校定制自身的特色要求，便于各校教師順利開展作業(yè)、測驗、答疑、輔導等教學環(huán)節(jié)，根據(jù)自身因素對學生提出適合本校特點的要求。兩種模式有合有分，有統(tǒng)籌有定制，相輔相成，又便于操作實現(xiàn)，是一種很好的網(wǎng)絡(luò)輔助教學模式。網(wǎng)絡(luò)教學是一種發(fā)展趨勢，在目前的階段，充分學習并利用好網(wǎng)絡(luò)工具，創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)輔助教學的模式，對各高校的師生來說都是一種時代要求。對網(wǎng)絡(luò)的合理應(yīng)用將會有效的提高教學水平，提升學生的學習積極性，改善傳統(tǒng)課堂的教學效果。

四、結(jié)束語

目前國內(nèi)高校的《大學計算機》課程普遍面臨許多問題，包括學時壓縮、內(nèi)容革新、教學模式需要變革等等。一方面學生的計算機基本素養(yǎng)需要系統(tǒng)化的提升，另一方面在課堂上難以獲取到他們需要的知識和理論體系，改革已迫在眉睫。本文從課程內(nèi)容和授課模式兩個方面對課程改革進行了探討。認為以計算思維為主線，從需求出發(fā)，系統(tǒng)講解計算機的基本體系原理和方法，拋開細致末節(jié)和典型軟件講解，使課堂講授和實驗教學承擔各自的不同功效。充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺，探求MOOC與SPOC等相結(jié)合的輔助教學模式，培養(yǎng)和時代相適應(yīng)的信息素養(yǎng)、提升學生信息化技能，消除因知識結(jié)構(gòu)陳舊而導致的磨合期，達到高素質(zhì)人才的培養(yǎng)最終目標。

參考文獻

[1]泰勒.課程與教學的基本原理[M].中國輕工業(yè)出版社，2014.

[2]戰(zhàn)德臣，聶蘭順，徐曉飛.“大學計算機”——所有大學生都應(yīng)學習的一門計算思維基礎(chǔ)教育課程[J].中國大學教學，2011（4）：15-20.

[3]Wing J M. Computational thinking[J].Communications of the Acm，2006，49（3）：3.

[4]戰(zhàn)德臣，聶蘭順，張麗杰，等.大學計算機課程基于MOOC+SPOCs的教學改革實踐[J].中國大學教學，2015（8）.