新工科背景下的計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程建設(shè)

伍李春?李廉

摘 要：探討在新工科背景下，計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程建設(shè)的一些問題。對(duì)于計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程的地位、作用和意義進(jìn)行了討論，提出了必須建立新的計(jì)算機(jī)教學(xué)指導(dǎo)思想，徹底擺脫原有教學(xué)思想和教學(xué)內(nèi)容的束縛，以學(xué)生為中心，以社會(huì)需求為標(biāo)準(zhǔn)，以提升可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力和國(guó)家實(shí)力為目標(biāo)，大力推進(jìn)新一輪的計(jì)算機(jī)教育改革。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程基本要求》，從教學(xué)實(shí)踐層面討論了相應(yīng)的教學(xué)體系原則和課程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)對(duì)于使用MOOC推進(jìn)大學(xué)計(jì)算機(jī)課程建設(shè)，將新工科建設(shè)向廣度和深度發(fā)展提出了建議。

關(guān)鍵詞：新工科建設(shè)；計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程；計(jì)算思維；應(yīng)用能力；課程體系；MOOC

近期教育部高教司發(fā)布了新工科研究與實(shí)踐的文件，提出了對(duì)于工科建設(shè)的新目標(biāo)和新要求[1]?！缎鹿た平ㄔO(shè)復(fù)旦共識(shí)》中明確指出：“我國(guó)高等工程教育改革發(fā)展已經(jīng)站在新的歷史起點(diǎn)。國(guó)家正在實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、‘中國(guó)制造2025‘互聯(lián)網(wǎng)+‘網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)等重大戰(zhàn)略，為響應(yīng)國(guó)家戰(zhàn)略需求，支撐服務(wù)以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)、新模式為特點(diǎn)的新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，突破核心關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)筑先發(fā)優(yōu)勢(shì)，在未來全球創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)戰(zhàn)略制高點(diǎn)，迫切需要培養(yǎng)大批新興工程科技人才。我國(guó)已經(jīng)建成世界最大規(guī)模的高等工程教育，工程教育專業(yè)認(rèn)證體系實(shí)現(xiàn)國(guó)際實(shí)質(zhì)等效，國(guó)家統(tǒng)籌推進(jìn)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)，為加快建設(shè)和發(fā)展新工科奠定了良好基礎(chǔ)。”[2]作為計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程教育，我們自然更能夠切身體會(huì)到，信息技術(shù)對(duì)于整個(gè)社會(huì)進(jìn)步與人類生活帶來的顛覆性變化，以及在這場(chǎng)信息革命和社會(huì)轉(zhuǎn)型面前，對(duì)于計(jì)算機(jī)教育所提出的全新的目標(biāo)。本文就計(jì)算機(jī)教育的一個(gè)小的部分，也是非常重要的部分——計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程談一些看法。說它小，是因?yàn)檫@些課程只占了整個(gè)計(jì)算機(jī)教育的很小一部分；說它重要，因?yàn)檫@是計(jì)算機(jī)教育中覆蓋面最大的部分，所有的大學(xué)生都是通過這些課程來了解計(jì)算機(jī)的基本原理和應(yīng)用方法，因此這些課程決定了未來全體國(guó)民的信息素養(yǎng)。

本文中所談到的計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程，指的是在大學(xué)開設(shè)的面向所有學(xué)生的計(jì)算機(jī)課程，特別是第一門計(jì)算機(jī)導(dǎo)論性的課程。

一、社會(huì)轉(zhuǎn)型：課程內(nèi)容的再定義

當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展已經(jīng)越來越多地依賴于信息技術(shù)的發(fā)展，這是不爭(zhēng)的事實(shí)。2005年，美國(guó)總統(tǒng)信息技術(shù)咨詢委員會(huì)的報(bào)告《計(jì)算科學(xué)：確保美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)力》中寫道：“雖然計(jì)算機(jī)本身也是一門學(xué)科，但是具有促進(jìn)其他學(xué)科發(fā)展的作用。21世紀(jì)科學(xué)上最重要的、經(jīng)濟(jì)上最有前途的研究前沿都有可能通過熟練地掌握先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)和運(yùn)用計(jì)算科學(xué)而得到解決?！盵3]信息技術(shù)的浪潮不可避免地會(huì)沖擊教育領(lǐng)域，這是我們已經(jīng)切身感受到的事實(shí)。由于教育對(duì)于整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)具有超前性和全局性，自然應(yīng)該比其他行業(yè)更加關(guān)注這一新的社會(huì)轉(zhuǎn)型動(dòng)向。如果在未來的20～30年國(guó)家需要一批熟悉信息技術(shù)，能夠深刻理解和應(yīng)用計(jì)算機(jī)，承擔(dān)起國(guó)家富強(qiáng)民族振興歷史責(zé)任的官員、企業(yè)家、科學(xué)家和工程師，那么這批人目前就在或者即將在高校里學(xué)習(xí)。因此對(duì)于高等教育來說，我們更應(yīng)該對(duì)于這種技術(shù)進(jìn)步帶來的社會(huì)變革具有高度敏銳性，并為此積極進(jìn)行全面的教學(xué)改革，構(gòu)建適應(yīng)這一歷史機(jī)遇與使命的新的人才培養(yǎng)體系，這是新工科建設(shè)的重要內(nèi)容和挑戰(zhàn)問題。

大學(xué)計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程（這里主要指非計(jì)算機(jī)專業(yè)的第一門導(dǎo)論性課程）應(yīng)該從未來公民信息素養(yǎng)的要求，學(xué)生走向社會(huì)后的可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力，以及由此形成的國(guó)家發(fā)展實(shí)力這幾個(gè)角度來審視。過去三十多年以來，這些要求的變化是漸進(jìn)的，也是明顯的。從20世紀(jì)80年代將計(jì)算機(jī)作為一門工具，到21世紀(jì)之初計(jì)算機(jī)作為一種文化，直到當(dāng)前將計(jì)算機(jī)作為像語文和算術(shù)那樣的人的基本素質(zhì)[4]，由此帶來對(duì)于大學(xué)計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程新的理解和改革動(dòng)力。首當(dāng)其沖的是對(duì)于教材內(nèi)容的重新梳理，比如說，互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用可能是未來十年最大的經(jīng)濟(jì)與科學(xué)的增長(zhǎng)點(diǎn)和創(chuàng)新動(dòng)力，僅僅關(guān)注到互聯(lián)網(wǎng)在經(jīng)濟(jì)和生活各個(gè)方面的應(yīng)用，就充滿了許多新的內(nèi)容和技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)信息與文化，網(wǎng)絡(luò)政治與政府治理，網(wǎng)絡(luò)商業(yè)、產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)。這些內(nèi)容已經(jīng)成為走向社會(huì)的不可缺少的知識(shí)。因此在大學(xué)階段自然應(yīng)該講解這些內(nèi)容。然而原有的很多教材基本上不涉及這些內(nèi)容，或者很少涉及這些內(nèi)容。改革必然要對(duì)于原來的內(nèi)容進(jìn)行取舍，甚至大幅度的調(diào)整，重新審視原有教材內(nèi)容安排的科學(xué)性與必要性。

談到對(duì)于課程內(nèi)容的重新審視，首先需要明確在信息社會(huì)，決定學(xué)生適應(yīng)能力的最關(guān)鍵的內(nèi)容是什么。盡管計(jì)算機(jī)在各行業(yè)的應(yīng)用越來越多，越來越普及，其中涉及的具體知識(shí)也會(huì)根據(jù)專業(yè)的不同而十分繁雜。但是作為一門課程來說，其容量不可能隨之無限制的增長(zhǎng)，因此必須從這些繁蕪的具體內(nèi)容中經(jīng)過梳理，形成系統(tǒng)的和基礎(chǔ)性的知識(shí)體系，以此作為大學(xué)計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程的主要內(nèi)容，也就是要通過計(jì)算機(jī)各種應(yīng)用的熱鬧表面，提煉出其背后的思想和方法，給學(xué)生授之以漁，而不是授之以魚。計(jì)算機(jī)教育的改革從工具，到文化，到開發(fā)能力等經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的過程，隨著信息時(shí)代的來臨，這個(gè)問題有了新的答案，這就是在令人眼花繚亂的各種應(yīng)用背后具有本質(zhì)規(guī)律的計(jì)算思維。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算思維這一原本屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的概念也深刻地影響著其他學(xué)科的發(fā)展，計(jì)算物理、計(jì)算金融、計(jì)算生物學(xué)、計(jì)算社會(huì)科學(xué)這些新的研究領(lǐng)域的產(chǎn)生就是很好的實(shí)例。面向所有學(xué)生的、體現(xiàn)計(jì)算思維和方法論的教學(xué)內(nèi)容，是新工科背景下的計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程建設(shè)的基本問題。

計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程不是將學(xué)生培養(yǎng)成為計(jì)算機(jī)科學(xué)家，而是訓(xùn)練他們靈活應(yīng)用計(jì)算機(jī)的概念和方法解決專業(yè)問題，因此與數(shù)學(xué)的通識(shí)性課程一樣，基礎(chǔ)性與實(shí)用性才是計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程的靈魂。

為了進(jìn)一步說明這個(gè)問題，我們可以研究一下最近發(fā)布的2017年高德納技術(shù)成熟度曲

線[5]。從中我們可以看到智能微塵、智能工作空間、通用人工智能、互聯(lián)家庭、商業(yè)無人機(jī)等各式各樣的新興技術(shù)，這些技術(shù)都蘊(yùn)含了未來各個(gè)領(lǐng)域廣泛的發(fā)展空間，也是各專業(yè)與信息技術(shù)交叉的增長(zhǎng)點(diǎn)。但是我們不可能在計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程中講授這些具體的內(nèi)容（簡(jiǎn)單地提及是可能的），這是因?yàn)樵谝婚T課程的容量中無法涵蓋這些內(nèi)容，而且這些技術(shù)需要時(shí)間和市場(chǎng)的檢驗(yàn)，有些技術(shù)可能尚未成長(zhǎng)已被淘汰，大學(xué)的通識(shí)性課程不能跟隨這些技術(shù)的風(fēng)向而擺動(dòng)。學(xué)生在掌握了計(jì)算機(jī)應(yīng)用的基礎(chǔ)知識(shí)后，完全有能力通過自學(xué)或者深造解決在專業(yè)工作中的問題，包括上面提到的新興技術(shù)領(lǐng)域。我們既不可能事先設(shè)想學(xué)生畢業(yè)后會(huì)碰到什么問題，也不可能為每一個(gè)專業(yè)編寫單獨(dú)的教材，只能將計(jì)算機(jī)解決問題的共同特點(diǎn)，以及其中的基本思想和方法教給學(xué)生，使得在真正遇見問題時(shí)，可以綜合利用學(xué)到的知識(shí)來解決問題。大學(xué)的課程應(yīng)該講授推動(dòng)這些技術(shù)發(fā)展背后的源泉和動(dòng)力，也就是作為計(jì)算機(jī)科學(xué)的最基礎(chǔ)和最核心的知識(shí)。大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教指委在《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程基本要求》中把這些內(nèi)容概括為：計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、程序設(shè)計(jì)、算法、數(shù)據(jù)科學(xué)、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、專業(yè)應(yīng)用案例六個(gè)方面，這些最基本的內(nèi)容是學(xué)生在首次接觸計(jì)算機(jī)課程時(shí)應(yīng)該學(xué)習(xí)的。同時(shí)通過這些基本內(nèi)容的精煉，逐步形成穩(wěn)定的計(jì)算機(jī)課程內(nèi)容，就可以像普通物理和高等數(shù)學(xué)那樣，成為大學(xué)教學(xué)體系中不可替代的基礎(chǔ)性課程。

從這個(gè)角度來審視當(dāng)前的計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程的狀況，其改革的任務(wù)仍然十分巨大。在計(jì)算機(jī)教育歷史中，由于一開始就是把計(jì)算機(jī)作為一種工具來看待，因此將計(jì)算機(jī)課程作為一種輔助性課程，或者作為一種技能培養(yǎng)的思想是根深蒂固的。在這樣的認(rèn)識(shí)驅(qū)使下，經(jīng)常把非計(jì)算機(jī)專業(yè)的課程講成了計(jì)算機(jī)專業(yè)的簡(jiǎn)版或者濃縮版，學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容與專業(yè)完全脫節(jié)，無法得到在專業(yè)問題中如何應(yīng)用計(jì)算機(jī)的訓(xùn)練。或者將計(jì)算機(jī)課程變成工具訓(xùn)練，只是講授一些時(shí)髦的或者通用的軟件，學(xué)生對(duì)于計(jì)算機(jī)的理解囿于很窄的范圍，對(duì)于專業(yè)中如何創(chuàng)新應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決問題沒有任何思路。這兩種陳舊的教學(xué)觀念和現(xiàn)象在很多高校還是普遍存在，這種過去積淀的對(duì)于計(jì)算機(jī)的狹隘認(rèn)識(shí)如果不能徹底更新，培養(yǎng)的人才將無法適應(yīng)信息化社會(huì)的挑戰(zhàn)。在新工科建設(shè)中，需要通過改革措施，大刀闊斧的重新定義計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程的內(nèi)容，從工具應(yīng)用轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算思維，從對(duì)于計(jì)算機(jī)技術(shù)的狹隘理解轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)于信息化與專業(yè)化融合能力的培養(yǎng)。

二、計(jì)算思維是通識(shí)性課程的核心內(nèi)容

在關(guān)于計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程教學(xué)內(nèi)容的討論中，我們特別強(qiáng)調(diào)對(duì)于計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，這是決定計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力和水平的核心。

2014年，美國(guó)總統(tǒng)辦公室發(fā)布了《大數(shù)據(jù)：抓住機(jī)遇，保存價(jià)值》的報(bào)告，其中提到“我們正生活在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與技術(shù)革命之中。我們的通信、交際、休閑以及業(yè)務(wù)活動(dòng)已經(jīng)轉(zhuǎn)移到了互聯(lián)網(wǎng)上?；ヂ?lián)網(wǎng)又滲透我們的手機(jī)，蔓延在我們家園和城市中的設(shè)備中，進(jìn)入推動(dòng)工業(yè)經(jīng)濟(jì)的工廠中。其導(dǎo)致的數(shù)據(jù)爆炸和知識(shí)發(fā)現(xiàn)正改變著我們的世界”[6]。這就意味著，我們正在進(jìn)入由各種信息主導(dǎo)社會(huì)和生活的時(shí)代，面對(duì)這些新的變革，不僅提出了大學(xué)計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程的必要性，而且提出了如何組織教材內(nèi)容的挑戰(zhàn)性問題。新的教材應(yīng)該針對(duì)不同類型和層次，以及不同定位，具有面向社會(huì)需求的實(shí)用性和適應(yīng)性。計(jì)算機(jī)不等于編程序，不等于打字機(jī)，不等于計(jì)算器，這一點(diǎn)已經(jīng)取得大家的共識(shí)。

但是我們也看到，當(dāng)前很多學(xué)校在制訂教學(xué)計(jì)劃時(shí)，并沒有充分認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)課程對(duì)于學(xué)生適應(yīng)未來社會(huì)的基礎(chǔ)作用，而只是看作對(duì)于專業(yè)課程的一種補(bǔ)充和工具，因此對(duì)于計(jì)算機(jī)類的課程反而采取了壓縮的做法，有些學(xué)校非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程只有十幾個(gè)學(xué)時(shí)。這種現(xiàn)象表面看起來似乎很不可思議，但是仔細(xì)分析，這里面也確實(shí)有原來課程的內(nèi)容偏于陳舊，缺乏深度的問題。根本問題是對(duì)于當(dāng)前信息技術(shù)的特征和重要意義尚未有足夠的認(rèn)識(shí)，這種認(rèn)識(shí)上的不到位，既表現(xiàn)在我們的教師中，也表現(xiàn)在學(xué)校的教學(xué)管理部門。事實(shí)上，作為大學(xué)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)教育，本身就是一件需要認(rèn)真研究和積極推進(jìn)的事，它與計(jì)算機(jī)專業(yè)的教育有著不同的要求和目標(biāo)，因此大學(xué)計(jì)算機(jī)通識(shí)性教材不是計(jì)算機(jī)專業(yè)教材的簡(jiǎn)寫版或者濃縮版。在新工科建設(shè)的背景下，尤為重要的是強(qiáng)調(diào)對(duì)于計(jì)算機(jī)應(yīng)用的深刻理解和技術(shù)特征的很好把握，這是我們?cè)诜怯?jì)算機(jī)專業(yè)開設(shè)計(jì)算機(jī)課程所一直呼吁的。也是我們一直在推進(jìn)計(jì)算思維為導(dǎo)向的課程改革的基本依據(jù)。

計(jì)算思維作為一種國(guó)家戰(zhàn)略，由科學(xué)界推動(dòng)，最早體現(xiàn)在教育方面[7-10]。自計(jì)算思維的概念提出以后，不少學(xué)者對(duì)計(jì)算本質(zhì)進(jìn)行了深入的研究。Denning在Communications of the ACM雜志上發(fā)表了一組論文，對(duì)“計(jì)算”進(jìn)行了重新認(rèn)知，提出了“計(jì)算”是關(guān)于“自然與人工的信息處理”觀點(diǎn)，推廣了計(jì)算機(jī)科學(xué)僅僅是“圍繞計(jì)算機(jī)現(xiàn)象的研究”的觀點(diǎn)[11]。Karp則提出了計(jì)算透鏡（Lens）的觀點(diǎn)，即計(jì)算不僅是一門關(guān)于人工現(xiàn)象的科學(xué)，而且還是一門關(guān)于自然現(xiàn)象的科學(xué)[12]。

國(guó)內(nèi)，陳國(guó)良、王飛躍、徐志偉等專家學(xué)者最先注意到有關(guān)計(jì)算思維的動(dòng)態(tài)，將這些工作介紹到國(guó)內(nèi)，同時(shí)也發(fā)表了關(guān)于計(jì)算思維方面的研究和看法[13-19]。陳國(guó)良教授組織了多次專題討論，推動(dòng)有關(guān)計(jì)算思維理論、體系以及方法論的研究，提高計(jì)算機(jī)教育的水平，確保人們?cè)谝粋€(gè)合理和安全的框架中理解計(jì)算和使用計(jì)算機(jī)。

從2011年開始，連續(xù)兩屆的大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教指委致力于推進(jìn)以計(jì)算思維導(dǎo)向的計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程改革，從專業(yè)化與信息化融合能力培養(yǎng)的角度重新梳理了課程的內(nèi)容，從中產(chǎn)生了一大批體現(xiàn)新的思想和觀點(diǎn)的計(jì)算機(jī)教材。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前已經(jīng)出版的新教材有120多本，使用的學(xué)校已經(jīng)覆蓋了近300所。這些內(nèi)容對(duì)于原有的單純將計(jì)算機(jī)課程作為工具訓(xùn)練，或者作為計(jì)算機(jī)專業(yè)課程濃縮的講授方法產(chǎn)生了巨大的沖擊，使得教師真正思考什么樣的教學(xué)內(nèi)容才是學(xué)生最需要的，以及在當(dāng)今信息社會(huì)，學(xué)生最應(yīng)該具備的核心能力是什么。同時(shí)這樣舍棄原來講授的陳舊內(nèi)容，增加新的內(nèi)容，也為計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程騰出了空間，在一門課程時(shí)數(shù)的容量?jī)?nèi)，較好地完成教學(xué)任務(wù)。由于這些新的觀點(diǎn)和內(nèi)容改造了傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程，一些學(xué)校重新重視計(jì)算機(jī)課程的地位，并且成為與普通物理、高等數(shù)學(xué)同等重要的地位。這樣的轉(zhuǎn)變自然也為培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科交叉知識(shí)和信息技術(shù)應(yīng)用能力奠定了良好的基礎(chǔ)。

邏輯思維追求對(duì)于問題的精確和完美的解答，但是這種方法在社會(huì)問題和人類行為理解方面顯得十分脆弱。在計(jì)算思維的形式中，最具有代表性是關(guān)于現(xiàn)象之間關(guān)聯(lián)性的認(rèn)知模式，這一點(diǎn)是計(jì)算思維能夠解決各種復(fù)雜問題的獨(dú)到之處。著眼于現(xiàn)象之間的關(guān)聯(lián)性，而不是限制于因果關(guān)系和邏輯關(guān)系，使得我們?cè)谡J(rèn)知問題和解決問題的思路上有了極大的擴(kuò)展，這是計(jì)算機(jī)能夠應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的核心思想，也是計(jì)算機(jī)在處理社會(huì)問題，經(jīng)濟(jì)問題，以至于人類行為問題方面之所以取得如此巨大成功的根本原因。在解決自然問題和社會(huì)問題中，計(jì)算思維表現(xiàn)出了驚人的適應(yīng)性和有效性，它通過建立現(xiàn)象之間的關(guān)聯(lián)來尋求問題的解決，這種關(guān)聯(lián)可以是跨越學(xué)科領(lǐng)域的，跨越空間和時(shí)間的，甚至是跨越文化的。同時(shí)計(jì)算思維也開拓了學(xué)生對(duì)社會(huì)、人生、人與自然之間關(guān)系的更加包容和更加客觀的理解。因此計(jì)算思維及其方法論是理解計(jì)算機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的金鑰匙，對(duì)于計(jì)算思維能力的培養(yǎng)以及相應(yīng)的方法論的講授是計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程的靈魂。

三、關(guān)于計(jì)算思維的落地問題

相對(duì)于工具性的技能培養(yǎng)，計(jì)算思維能力的培養(yǎng)是一個(gè)新的課題。作為一種教學(xué)內(nèi)容，就不能僅僅停留在對(duì)于計(jì)算思維的概念上的討論，這種純哲學(xué)意味的討論無法解決具體的教學(xué)問題。因此在理清計(jì)算思維內(nèi)涵和意義的基礎(chǔ)上，還必須解決在實(shí)際的教學(xué)過程中，如何講授計(jì)算思維和如何培養(yǎng)計(jì)算思維能力的問題，甚至包括如何在規(guī)定的教學(xué)時(shí)數(shù)，面對(duì)各種不同要求的學(xué)生組織好教學(xué)的具體問題。換句話說，必須解決好計(jì)算思維能力培養(yǎng)在教學(xué)上的落地問題，形成與計(jì)算思維相關(guān)的知識(shí)體系，并在教學(xué)過程中逐步展開這個(gè)體系的各個(gè)層面，使得學(xué)生通過課堂講授和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐兩個(gè)環(huán)節(jié)真正掌握計(jì)算思維的相應(yīng)能力與方法。為此，大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教指委專門制訂了《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程基本要求》（以下簡(jiǎn)稱基本要求）[20]，對(duì)于計(jì)算思維能力培養(yǎng)的內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)做了描述，試圖從具體教學(xué)層面提供一個(gè)可操作的范本，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維能力培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)。

首先，基本要求對(duì)于培養(yǎng)目標(biāo)做了重新界定，計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生具備以下四點(diǎn)：認(rèn)知與理解計(jì)算系統(tǒng)和方法；掌握應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)分析解決問題的方法；正確獲取、評(píng)價(jià)與使用信息的素養(yǎng)；基于信息技術(shù)手段的交流與持續(xù)學(xué)習(xí)能力。

相比以前對(duì)于計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程的要求，當(dāng)前版本的基本要求更加突出了對(duì)于計(jì)算機(jī)應(yīng)用的理解和自學(xué)能力的培養(yǎng)。淡化了對(duì)于具體技術(shù)細(xì)節(jié)和編程技巧的訓(xùn)練。強(qiáng)調(diào)了對(duì)于通用的和基礎(chǔ)性方法的掌握和理解，通過互聯(lián)網(wǎng)獲取知識(shí)的能力訓(xùn)練，這些都是培養(yǎng)學(xué)生可以通過自己的努力解決碰到的各種專業(yè)問題。在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)達(dá)的今天，各種具體知識(shí)和資源都能夠方便的獲取，計(jì)算機(jī)應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)變得很長(zhǎng)，不可能也不必要一個(gè)人完成所有的開發(fā)環(huán)節(jié)，關(guān)鍵是源頭的創(chuàng)新，出想法，出思路，具體的開發(fā)可以委托計(jì)算機(jī)工程技術(shù)人員來完成，有些硬件和軟件模塊還可以從網(wǎng)上直接定制或下載。因此對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生而言，是否掌握了計(jì)算機(jī)技術(shù)的細(xì)節(jié)并不重要，重要的是對(duì)于計(jì)算機(jī)應(yīng)用背景的熟悉，對(duì)于已有案例的了解，以及對(duì)于應(yīng)用方法的掌握，這些內(nèi)容包括：計(jì)算機(jī)應(yīng)用存在什么樣的規(guī)律；這些應(yīng)用是如何被創(chuàng)造出來的；具有怎樣的特點(diǎn)和方法；對(duì)本專業(yè)有什么意義。

圍繞這樣內(nèi)容的講授，既可以使學(xué)生對(duì)于課程發(fā)生興趣，又可以培養(yǎng)學(xué)生舉一反三提高在本專業(yè)應(yīng)用計(jì)算機(jī)的意識(shí)和能力。我們必須讓學(xué)生了解到本專業(yè)應(yīng)用計(jì)算機(jī)的潛力和機(jī)遇，只有這樣才能使得他們對(duì)于本專業(yè)的發(fā)展有一個(gè)更加全面的認(rèn)識(shí)，也會(huì)滿懷興趣地將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于專業(yè)問題的解決。在這個(gè)要求下，需要對(duì)現(xiàn)有教材做根本性的改造，這個(gè)工作是當(dāng)前改革的重頭戲。實(shí)際上，經(jīng)過最近六七年的推進(jìn)，已經(jīng)有了一批好的教材在課堂上使用，這些教材一改過去的面貌，以全新的形式講授計(jì)算機(jī)應(yīng)用的各方面內(nèi)容，著眼于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和應(yīng)用能力。

為了進(jìn)一步方便在具體教學(xué)過程中，把握好計(jì)算思維能力培養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，基本要求提出了計(jì)算思維的42個(gè)核心概念，原則上講，如果在教學(xué)過程中，講授了這42個(gè)核心概念，就可以說從知識(shí)體系的角度講授了計(jì)算思維。這42個(gè)核心概念有75%～80%的內(nèi)容屬于必須講授的，這是計(jì)算思維的最基礎(chǔ)的內(nèi)容；有15%～20%的內(nèi)容是可以選講的，也就是根據(jù)不同的培養(yǎng)目標(biāo)選擇講授（例如程序設(shè)計(jì)類，網(wǎng)絡(luò)類，數(shù)據(jù)類等）；最后還有5%～10%的核心概念屬于擴(kuò)展講授的，應(yīng)用計(jì)算機(jī)比較多的專業(yè)需要擴(kuò)展課程內(nèi)容時(shí)可以選擇。這些分類可以根據(jù)不同的教學(xué)要求做調(diào)整，因此這些核心概念在三個(gè)分類中可能有重復(fù)和交叉。

核心概念的提出使得在組織教學(xué)時(shí)有一個(gè)具體的參照，也可以對(duì)編寫教材提供指導(dǎo)。當(dāng)然，由于這些核心概念本身也是一個(gè)發(fā)展的過程，基本要求提出的42個(gè)核心概念不是最后的版本，有些概念需要繼續(xù)推敲，甚至也不排除將來會(huì)有新的版本。但是有一個(gè)核心概念的框架總是需要的，可以有效推進(jìn)計(jì)算思維能力培養(yǎng)的落地。其中的不成熟部分可以在發(fā)展的過程中逐步完善。事實(shí)也說明，計(jì)算思維核心概念提出后，很快被高校的教師所接受，并且體現(xiàn)在課堂的教學(xué)中和教材的編寫中，起到了積極的作用。

有了知識(shí)內(nèi)容，基本要求對(duì)于課程體系也提出了指導(dǎo)性意見，這就是“4個(gè)領(lǐng)域×3個(gè)類型”的課程體系。4個(gè)領(lǐng)域分別是系統(tǒng)平臺(tái)與計(jì)算環(huán)境、算法基礎(chǔ)與程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)管理與信息處理、系統(tǒng)開發(fā)與行業(yè)應(yīng)用。3個(gè)類型分別是通識(shí)性課程、技術(shù)性課程以及交叉融合型課程。教師可以根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)選擇其中的一種類型組織教學(xué)。同時(shí)繼承了上一屆教指委提出的1+X的課程開設(shè)方案，這個(gè)方案強(qiáng)調(diào)開設(shè)好第一門的計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程，同時(shí)根據(jù)需要，再開設(shè)幾門計(jì)算機(jī)課程，例如程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)科學(xué)、人工智能、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等。與以前的框架相比，突出了系統(tǒng)開發(fā)與行業(yè)應(yīng)用這一領(lǐng)域，這也是對(duì)于計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程的新要求，將交叉融合放在了重要位置，希望在教學(xué)內(nèi)容組織上，關(guān)注計(jì)算機(jī)在本專業(yè)中的應(yīng)用案例，以此促進(jìn)學(xué)生真正理解計(jì)算機(jī)對(duì)于本專業(yè)發(fā)展的作用和意義。從教學(xué)過程來看，基本要求提出了系統(tǒng)的教學(xué)體系規(guī)范，其中包括知識(shí)體系，實(shí)驗(yàn)體系和課程實(shí)施方案。再次強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)課程在整個(gè)教學(xué)體系中的重要作用，特別是綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以及結(jié)合專業(yè)的學(xué)科交叉型、自主型、開放型實(shí)驗(yàn)。為了方便課程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的借鑒和交流，基本要求提供了14個(gè)具體課程的實(shí)施案例。這些案例從不同的角度詮釋了如何落實(shí)計(jì)算思維導(dǎo)向的課程內(nèi)容設(shè)計(jì)和組織形式，具有很好的借鑒性。

在新教材的編寫中，大體上有三種模式。第一種模式是對(duì)于原有教材的梳理和重新編排，使其在計(jì)算思維的角度進(jìn)行內(nèi)容上的重新整理，目前大多數(shù)教材采用這樣的改寫，其優(yōu)點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的平穩(wěn)過渡。第二種模式是按照基本要求的規(guī)范，重新撰寫教材，其內(nèi)容不再按照計(jì)算機(jī)學(xué)科的內(nèi)部順序展開，而是將計(jì)算機(jī)應(yīng)用最基本的內(nèi)容進(jìn)行組織，在一定程度上顛覆了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)課程的內(nèi)容安排，比如不講計(jì)算機(jī)組成和CPU的工作原理，甚至不講計(jì)算機(jī)代碼和計(jì)算的內(nèi)部流程，直接講授計(jì)算機(jī)應(yīng)用的內(nèi)容，例如程序、算法、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)等，這種模式不拘泥于技術(shù)細(xì)節(jié)，著眼于從整體上把握計(jì)算機(jī)科學(xué)中各分支之間的特點(diǎn)和聯(lián)系，建立綜合應(yīng)用這些知識(shí)解決問題的能力。第三種模式徹底撇開了計(jì)算機(jī)課程的傳統(tǒng)講授路線，從專業(yè)應(yīng)用的角度，直接通過精選的應(yīng)用案例講授計(jì)算機(jī)在這些領(lǐng)域應(yīng)用的特點(diǎn)和方法。這種模式著眼于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于本專業(yè)應(yīng)用計(jì)算機(jī)的深入理解，至于具體的實(shí)現(xiàn)方法和開發(fā)技巧可以在其他課程進(jìn)行完成（如果學(xué)生愿意這樣做的話）。這種模式的課程一經(jīng)推出就得到大家的重視，實(shí)際上非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生是否一定要知道計(jì)算機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行機(jī)制，一直是質(zhì)疑的問題。第三種模式在這個(gè)問題上做了有益的開創(chuàng)性探索，并且取得不錯(cuò)的效果。其中典型的有北京大學(xué)李曉明教授開設(shè)的“網(wǎng)絡(luò)、群體與市場(chǎng)”[21]，合肥工業(yè)大學(xué)安寧教授開設(shè)的“健康計(jì)算導(dǎo)論”[22]，一批類似的課程也在積極開發(fā)中，包括生物信息學(xué)和數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)。

《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程基本要求》是教指委對(duì)于計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程的指導(dǎo)意見，凝聚了眾多從事計(jì)算機(jī)教學(xué)的優(yōu)秀教師的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于新工科人才培養(yǎng)有著積極的意義。

四、利用信息手段加快改革進(jìn)度

在《新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目指南》（“北京指南”）中提到要更加注重模式創(chuàng)新，“探索工程教育信息化教學(xué)改革，推進(jìn)信息技術(shù)與工程教育深度融合，創(chuàng)新‘互聯(lián)網(wǎng)+環(huán)境下工程教育教學(xué)方法，提升工程教育效率，提高教學(xué)效果”[23]。在推進(jìn)計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程建設(shè)中，這一點(diǎn)尤為值得關(guān)注。根據(jù)我們幾年的實(shí)踐，由于地區(qū)之間發(fā)展的不平衡，以及高校之間教育資源配置的差別，通過互聯(lián)網(wǎng)和信息化技術(shù)推進(jìn)課程建設(shè)是十分必要的，往往可以收到事半功倍的效果，這個(gè)模式的具體載體就是“大規(guī)模在線開放課程”（以下簡(jiǎn)稱MOOC）。

從2013年開始，四個(gè)教指委（計(jì)算機(jī)類專業(yè)教指委，軟件工程專業(yè)教指委，大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教指委，動(dòng)畫、數(shù)字媒體專業(yè)教指委）聯(lián)合成立了“中國(guó)大學(xué)計(jì)算機(jī)MOOC聯(lián)盟”，該聯(lián)盟積極推進(jìn)MOOC形式的計(jì)算機(jī)教育，將優(yōu)質(zhì)的教育資源推送到各高校，特別是中西部一些資源相對(duì)匱乏的高校。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前參加聯(lián)盟的高校達(dá)到305個(gè)，有1 000多人次的教師得到培訓(xùn)。國(guó)內(nèi)高校教師用中文開設(shè)的計(jì)算機(jī)類MOOC近160門，選課人數(shù)累計(jì)超過600萬人次[24]。

在實(shí)施過程中，一些高校將MOOC教學(xué)模式與學(xué)校的教學(xué)體系結(jié)合，創(chuàng)造性地形成了具有特色的“1+M+N”模式[25]，1表示一個(gè)主講教師，M表示M所參與學(xué)校，N表示N個(gè)學(xué)生。這種模式通過學(xué)校有組織地以班級(jí)為單位參與MOOC學(xué)習(xí)，在教學(xué)中主講教師和輔導(dǎo)教師都可以隨時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，最后通過線上或者線下的測(cè)試以確定是否通過。而國(guó)外當(dāng)前主要是1+N模式，即一個(gè)主講教師直接面對(duì)社會(huì)上N個(gè)學(xué)習(xí)者，教師對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)無法了解，因此最后的通過率很低（一般不超過5%）。相比之下，國(guó)內(nèi)的這種模式更加適合高校，特別是解決了MOOC教學(xué)與高校自身教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃的融合問題，也保證了合理的課程通過率。同時(shí)還開發(fā)了基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，填補(bǔ)了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的空白，解決了部分高校實(shí)驗(yàn)條件欠缺，實(shí)驗(yàn)環(huán)境建設(shè)不足的問題。例如北京理工大學(xué)李鳳霞教授開發(fā)的網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，已經(jīng)有幾十所高校在使用[26]。為了解決MOOC教育面向眾多學(xué)校，而各學(xué)校的教學(xué)目標(biāo)、師資狀況和學(xué)生水平參差不齊的問題，各高校還開發(fā)了校本教學(xué)資源，通過對(duì)MOOC資源剪裁增刪，形成了適合本校的MOOC教學(xué)，其中一些MOOC片段由于內(nèi)容新穎，講授有特色，還進(jìn)入了MOOC資源庫，充實(shí)和完善了原有的MOOC教學(xué)內(nèi)容，真正實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)教育資源的共建共用。為了進(jìn)步一步保證學(xué)習(xí)效果，各高校的通過積極探索，創(chuàng)造出線上教授和線下輔導(dǎo)授課有機(jī)結(jié)合，MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂的新模式（SPOC是Small Private Online Courses的縮寫，是一種小范圍在線授課的形式），有效解決了MOOC課程內(nèi)容和不同高校學(xué)生水平差異的問題，實(shí)現(xiàn)了MOOC教育資源的本土化。2014以來以這種混合教學(xué)模式開設(shè)計(jì)算機(jī)類課程的高校達(dá)到150多所，開課學(xué)期逾400個(gè)，在校學(xué)習(xí)人數(shù)超過20萬人次?！?+M+N”和“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”是MOOC在中國(guó)的新發(fā)展，也是具有中國(guó)特色的MOOC教育模式。

目前計(jì)算機(jī)MOOC聯(lián)盟已經(jīng)組織了七八個(gè)這樣的MOOC教育聯(lián)合體，各高校圍繞一門或者幾門課程，遴選優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，共同建設(shè)，同步開課，互認(rèn)學(xué)分。其中特別是中西部高校MOOC合作項(xiàng)目，該項(xiàng)目選擇了哈爾濱工業(yè)大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、北京理工大學(xué)和浙江大學(xué)的計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程，在中西部40所學(xué)校進(jìn)行講授。這些高校有些處于西部偏遠(yuǎn)地區(qū)，有些不在省會(huì)城市，教育資源相對(duì)匱乏，如果按照傳統(tǒng)的模式，在這些學(xué)校推進(jìn)新工科建設(shè)、推進(jìn)計(jì)算思維導(dǎo)向的課程改革，首先師資隊(duì)伍就是瓶頸問題。現(xiàn)在通過MOOC這種新的教育模式，將名師名課引入高校，不僅解決了教學(xué)質(zhì)量的提高問題，更為重要的是通過優(yōu)質(zhì)教育資源的引進(jìn)，開拓了教師的視野，提高了教師的教學(xué)水平，為師資隊(duì)伍的建設(shè)展現(xiàn)了新的思路和途徑。試點(diǎn)學(xué)校稱之為“在教不在編”的教師，它的意義可能遠(yuǎn)超一兩門課程的開設(shè)。

中西部高校合作項(xiàng)目已經(jīng)運(yùn)行了三年，首批試點(diǎn)10所學(xué)校經(jīng)過積極的努力和探索，初步有了一些可復(fù)制和可操作的示范經(jīng)驗(yàn)。為了推廣他們的經(jīng)驗(yàn)，大學(xué)計(jì)算機(jī)MOOC聯(lián)盟組織了兩次現(xiàn)場(chǎng)會(huì)，分別對(duì)于河西學(xué)院和北方民族大學(xué)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了提煉、總結(jié)和宣傳[27-28]。在此基礎(chǔ)上，從去年開始，試點(diǎn)學(xué)校擴(kuò)大到40所，希望能夠在更大的范圍推進(jìn)MOOC教學(xué)模式，在新工科建設(shè)中探索適合中西部地方高校發(fā)展之路。

推進(jìn)信息技術(shù)與工程教育深度融合，是信息化時(shí)代新工科建設(shè)的新思路，也是解決高校之間資源不平衡、教學(xué)水平差距較大問題的具有現(xiàn)實(shí)意義的新手段。新工科建設(shè)是一項(xiàng)涉及教學(xué)改革方方面面的事情，借助信息技術(shù)提升教學(xué)水平，改善教育資源的均衡化，推進(jìn)師資隊(duì)伍建設(shè)依然有很多工作要做，在這個(gè)過程中MOOC本身還需要不斷完善，不斷深化，使其能夠發(fā)揮更大的作用。

新工科建設(shè)是落實(shí)國(guó)家一系列重大戰(zhàn)略部署，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)化，以及提升國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力和硬實(shí)力的重大舉措。在這個(gè)背景下，計(jì)算機(jī)通識(shí)性課程顯示了特殊的重要性。因此在這個(gè)關(guān)系未來人才培養(yǎng)的教育改革中，如果只是對(duì)原有課程進(jìn)行修修補(bǔ)補(bǔ)，或者隨意引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行一些新技術(shù)的學(xué)習(xí)，盡管不無益處，但這些根本不是通識(shí)性課程。我們需要對(duì)于計(jì)算機(jī)應(yīng)用共同面臨的那些基礎(chǔ)問題有著深刻的認(rèn)識(shí)和了解，才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的計(jì)算機(jī)通識(shí)性教育。

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[責(zé)任編輯：余大品]