大學(xué)計(jì)算機(jī)課程聯(lián)動(dòng)教學(xué)改革的研究

肖奕 劉傳平

[摘 要]大學(xué)計(jì)算機(jī)課程體系作為本科生通識(shí)教育的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)和計(jì)算思維的重要環(huán)節(jié)。本文結(jié)合大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)的現(xiàn)狀，闡述了基于計(jì)算思維的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程和程序設(shè)計(jì)課程聯(lián)動(dòng)教學(xué)改革的總體思路與教學(xué)實(shí)踐。

[關(guān)鍵詞]計(jì)算思維；大學(xué)計(jì)算機(jī)；教學(xué)改革

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2018）03-0004-04

計(jì)算思維曾經(jīng)是數(shù)學(xué)家、計(jì)算機(jī)科學(xué)家、軟件工程師等人的專利。然而隨著計(jì)算機(jī)的普及，其應(yīng)用領(lǐng)域的爆炸性發(fā)展，計(jì)算思維不再是這些專業(yè)人員的專屬，它逐漸普及成為所有大學(xué)生的必備技能。因此，計(jì)算機(jī)課程教育提出以計(jì)算思維作為大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育和課程改革的出發(fā)點(diǎn)，并就此開展了積極的討論、研究和實(shí)踐。教育部高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)在計(jì)算思維教學(xué)改革宣言中指出：以計(jì)算思維為導(dǎo)向的計(jì)算機(jī)教學(xué)改革，將在很大程度上提升中國大學(xué)生的思維水平和認(rèn)識(shí)境界，并以此提高整個(gè)社會(huì)對(duì)于現(xiàn)代技術(shù)的認(rèn)知和理解[1]。

一、我校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)現(xiàn)狀

我校作為一所多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的全國重點(diǎn)大學(xué)，以培養(yǎng)“品德優(yōu)良、基礎(chǔ)厚實(shí)、知識(shí)廣博、專業(yè)精深”的高素質(zhì)創(chuàng)新人才為己任。大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系是為全校大一學(xué)生開設(shè)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，內(nèi)容涉及計(jì)算機(jī)各領(lǐng)域概念和知識(shí)層面的內(nèi)容及大學(xué)生必不可少的應(yīng)用技能、思維能力。目前該課程體系在教學(xué)中存在不盡如人意之處，主要體現(xiàn)在以下方面：

（一）課程內(nèi)容

我校就大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程進(jìn)行了多次改革。早期開設(shè)計(jì)算機(jī)文化概論課程（大一一學(xué)期）和C語言程序設(shè)計(jì)課程（大一二學(xué)期），兩門課程的知識(shí)點(diǎn)幾乎完全分離：計(jì)算機(jī)文化概論的主要內(nèi)容為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，如Windows 7的使用、Office系列的操作、網(wǎng)絡(luò)基本知識(shí)和技術(shù)；C語言程序設(shè)計(jì)則注重學(xué)生編程操作。之后根據(jù)專業(yè)需要將課程重新設(shè)置，文理專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)和C語言程序設(shè)計(jì)：計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)保留計(jì)算機(jī)文化概論部分內(nèi)容，另外增加了算法和數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)知識(shí)；工科專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)導(dǎo)論和C++語言程序設(shè)計(jì)：計(jì)算機(jī)導(dǎo)論弱化了Office操作，內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、硬件原理、操作系統(tǒng)、算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫等，為后續(xù)的C++程序設(shè)計(jì)課程做了算法鋪墊，但計(jì)算機(jī)導(dǎo)論涉及的知識(shí)點(diǎn)多，基本上是該領(lǐng)域知識(shí)的濃縮版，因而在講述該課程的時(shí)候，知識(shí)點(diǎn)容易浮于表面，學(xué)生不能從更深層面理解計(jì)算機(jī)。

（二）學(xué)生基礎(chǔ)差異大

隨著計(jì)算機(jī)普及程度越來越高，部分學(xué)生在中小學(xué)階段已經(jīng)得到了相關(guān)信息技術(shù)知識(shí)和技能的培訓(xùn)，當(dāng)然也有部分學(xué)生是白紙一張。但教學(xué)以課程班為單位，一個(gè)課程班通常按專業(yè)由3到4個(gè)自然班組成，沒有按照學(xué)生計(jì)算機(jī)水平差異進(jìn)行分層次教學(xué)，使得基礎(chǔ)好的學(xué)生“吃不飽”，基礎(chǔ)差的學(xué)生“消化不了”，久而久之，導(dǎo)致學(xué)生只注重知識(shí)的背誦記憶以應(yīng)付考試，缺乏對(duì)計(jì)算機(jī)相關(guān)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力。

（三）教師教學(xué)方法單一

教學(xué)中多數(shù)老師采用案例教學(xué)法，案例雖然經(jīng)典，但知識(shí)更新較慢。各專業(yè)混合的課程班，在一定程度上阻礙了教師在專業(yè)層面上進(jìn)行內(nèi)容重組和案例、練習(xí)設(shè)計(jì)，同時(shí)也使教師難以根據(jù)學(xué)生能力分層設(shè)置案例和練習(xí)，因此，缺少對(duì)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

二、計(jì)算思維與分層教學(xué)

計(jì)算思維（Computational Thinking）是2006年由美國卡基梅隆大學(xué)周以真教授提出：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)值廣度的一系列思維活動(dòng)[2]。它代表著一種普遍的認(rèn)識(shí)和一類普適的技能，每個(gè)大學(xué)生都應(yīng)該掌握它的學(xué)習(xí)和應(yīng)用。因此，《九校聯(lián)盟（C9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》認(rèn)為，培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新人才的一個(gè)重要內(nèi)容就是要使他們逐漸養(yǎng)成一種新的思維方式——計(jì)算思維[3]。

計(jì)算思維不是計(jì)算機(jī)編程，不是要使學(xué)生像計(jì)算機(jī)那樣思考，而是建立在計(jì)算過程的能力和限制之上，由機(jī)器執(zhí)行，通過約簡、嵌入、轉(zhuǎn)換和仿真等方法，把復(fù)雜問題闡述成一個(gè)可解決的問題，使學(xué)生敢于去處理那些原本無法由個(gè)人完成的問題求解。

著名心理學(xué)家、教育家布盧姆提出“掌握學(xué)習(xí)理論”，即“給學(xué)生足夠的學(xué)習(xí)時(shí)間，同時(shí)使他們獲得科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，通過他們自己的刻苦努力，應(yīng)該都可以掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容”。學(xué)生在知識(shí)基礎(chǔ)和專業(yè)背景及需求上存在差異，比如物探專業(yè)、資勘專業(yè)的學(xué)生計(jì)算機(jī)編程能力較強(qiáng)，文管專業(yè)的學(xué)生更多的是進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，而珠寶、藝術(shù)專業(yè)的學(xué)生更多的是進(jìn)行多媒體數(shù)據(jù)的處理，不同的學(xué)生對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容的關(guān)注度和需求不同，所以就應(yīng)該采取分層教學(xué)的方法，在不同程度上培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)和計(jì)算思維。

三、大學(xué)計(jì)算機(jī)課程和程序設(shè)計(jì)課程聯(lián)動(dòng)教學(xué)方案

大學(xué)計(jì)算機(jī)課程與程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程之間有著密不可分的聯(lián)系。大學(xué)計(jì)算機(jī)課程中計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、軟硬件平臺(tái)與計(jì)算環(huán)境、算法與程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)處理和多媒體技術(shù)等培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)的理解，讓學(xué)生具有一定的計(jì)算思維；程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程則以具體計(jì)算機(jī)高級(jí)語言（如C、C++）強(qiáng)化學(xué)生求解具體問題的能力，鍛煉學(xué)生的編程實(shí)踐能力，幫助學(xué)生更深入地理解計(jì)算思維。

（一）教學(xué)內(nèi)容重組

2015 版《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》中指出大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程涉及的知識(shí)領(lǐng)域和知識(shí)單元如表1所示[4]。

其中，算法與程序開發(fā)的領(lǐng)域知識(shí)和程序設(shè)計(jì)課程的領(lǐng)域知識(shí)有部分重疊。這部分重疊的知識(shí)模塊同樣也是計(jì)算思維引入大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程之后的重點(diǎn)知識(shí)模塊。基于表1的要求，結(jié)合本校不同專業(yè)的需求，將大學(xué)計(jì)算機(jī)課程內(nèi)部分為A、B、C三級(jí)（總學(xué)時(shí)32 = 上課16 + 上機(jī)16）：A級(jí)面向?qū)幊袒A(chǔ)要求高的專業(yè)；B級(jí)面向普通理工科專業(yè)；C級(jí)面向外語等文科專業(yè)。其后續(xù)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程（總學(xué)時(shí)64=上課32+上機(jī)32）分為A、B兩級(jí)，如表2所示（注：兩門課程的實(shí)驗(yàn)課部分在此表中均沒有涉及）。

在不打破原有的行政班的基礎(chǔ)上，對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行重組分級(jí)，根據(jù)不同的專業(yè)要求和學(xué)生基礎(chǔ)重新組織教學(xué)內(nèi)容，確定與其專業(yè)相適應(yīng)又可以達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)，從而既降低了文科生的學(xué)習(xí)難度，又滿足了理工科學(xué)生擴(kuò)大知識(shí)面的需求。

（二）教學(xué)分層

在教學(xué)內(nèi)容分級(jí)的基礎(chǔ)上，考慮到有的學(xué)生在中小學(xué)階段已經(jīng)接受過計(jì)算機(jī)的相關(guān)培訓(xùn)，甚至參加過全國青少年信息學(xué)奧林匹克比賽（National Olympiad in Informatics），他們對(duì)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域知識(shí)的訴求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他大一新生?？稍谛律雽W(xué)周組織大一學(xué)生參加大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)摸底考試，考試內(nèi)容以2015 版《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》中要求大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程涉及的知識(shí)領(lǐng)域?yàn)樗{(lán)本，包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、多媒體技術(shù)、算法等基礎(chǔ)知識(shí)。通過考試將教學(xué)分為三個(gè)層次（見表3）：成績優(yōu)異的學(xué)生進(jìn)入高級(jí)班，成績中上的學(xué)生進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)班，其他學(xué)生則進(jìn)入普通班。

高級(jí)班的學(xué)生為已掌握了大學(xué)計(jì)算機(jī)課程A級(jí)的相關(guān)知識(shí)，對(duì)編程有興趣的學(xué)生，設(shè)置的授課內(nèi)容主要是計(jì)算機(jī)編程及算法，并結(jié)合程序設(shè)計(jì)加深學(xué)生對(duì)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的理解與應(yīng)用。

網(wǎng)絡(luò)班和普通班的教學(xué)內(nèi)容仍以《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》中規(guī)定的為主，只是在教學(xué)手段上有差異：網(wǎng)絡(luò)班主要采用互聯(lián)網(wǎng)視頻自學(xué)為主，老師小班輔導(dǎo)和討論為輔；普通班則采用傳統(tǒng)課堂教學(xué)為主，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)為輔。

在大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)結(jié)束后，組織大一學(xué)生進(jìn)行計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)摸底考試，成績優(yōu)異的學(xué)生進(jìn)入高級(jí)班學(xué)習(xí)，通過組織講座和參加比賽的方式加強(qiáng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)的理解，著重培養(yǎng)他們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力；其他大一的學(xué)生則進(jìn)入普通班，教師采用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)+課堂教學(xué)的混合式教學(xué)方式，培養(yǎng)他們對(duì)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域知識(shí)的理解能力和應(yīng)用能力；另外，針對(duì)往屆未能通過計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)考試的學(xué)生開設(shè)重修班，基于知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行輔導(dǎo)練習(xí)。

（三） 教學(xué)手段

在學(xué)時(shí)學(xué)分壓縮的背景下，必須在有限的課內(nèi)教學(xué)中要求學(xué)生掌握更多的領(lǐng)域知識(shí)，這必將將課內(nèi)學(xué)習(xí)延伸到課外自學(xué)，可借助于“MOOC+MOODLE”，推動(dòng)本校大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系教學(xué)改革實(shí)踐。

MOOC（massive open online course）大規(guī)模開放在線課程，向大眾提供中國知名高校的MOOC課程，實(shí)現(xiàn)了一種知識(shí)傳播。MOODLE是我校自行搭建的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境。我校在共享MOOC 課程資源（如北京理工大學(xué)的大學(xué)計(jì)算機(jī)課程）基礎(chǔ)上，考慮到本校學(xué)生基礎(chǔ)及分級(jí)、分層教學(xué)的需要，于是就某些內(nèi)容重新組織教學(xué)課件，并發(fā)布在校內(nèi)的MOODLE平臺(tái)上。各個(gè)教師可在MOODLE上對(duì)不同層級(jí)的學(xué)生布置不同的學(xué)習(xí)任務(wù)，提供不同的教學(xué)資源。學(xué)生通過MOOC和MOODLE在網(wǎng)上完成基礎(chǔ)內(nèi)容的自學(xué)和相關(guān)作業(yè)任務(wù)。利用MOOC和MOODLE，各個(gè)教師就可以獲悉學(xué)生的反饋，在線下課堂中講解重要知識(shí)點(diǎn)，組織學(xué)生進(jìn)行研討式學(xué)習(xí)、展示與點(diǎn)評(píng)式教學(xué)等?！癕OOC+MOODLE”的教學(xué)方式使得學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生可以學(xué)習(xí)到更多內(nèi)容，讓基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生通過反復(fù)觀看教學(xué)視頻而學(xué)習(xí)得更扎實(shí)。

（四）過程化考核機(jī)制

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系不僅要講授教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，還要培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、思維能力等。教學(xué)手段的改變也促進(jìn)了學(xué)生的成績考評(píng)機(jī)制的改變，傳統(tǒng)的以期末考試為主的考核方式向多維度的質(zhì)量評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)變，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的平時(shí)學(xué)習(xí)過程的考核，如圖1所示。

教師在課堂上可以根據(jù)學(xué)生層級(jí)及專業(yè)特點(diǎn)，開展課堂測驗(yàn)和討論，布置上機(jī)實(shí)踐任務(wù)，根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)計(jì)分。

課后在MOODLE和百科園考試平臺(tái)組織學(xué)生完成單元練習(xí)、月考和期中考試，檢驗(yàn)學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)效果，題目不僅包括選擇、判斷等客觀題，也包括工具操作類、程序設(shè)計(jì)類等應(yīng)用型題目。機(jī)器自動(dòng)閱卷能減少教師閱卷壓力的同時(shí)，還可以快速反饋學(xué)生存在的問題。在承認(rèn)人的發(fā)展有差異的前提下，對(duì)學(xué)生進(jìn)行多層次評(píng)價(jià)，是對(duì)每個(gè)學(xué)生的勞動(dòng)成果應(yīng)有的肯定。按知識(shí)單元組織的單元練習(xí)（允許多次答題，取最好成績?yōu)閱卧毩?xí)成績）和月考主要是對(duì)課堂內(nèi)容的檢測，一般來講，學(xué)生只要認(rèn)真聽就可達(dá)標(biāo)；期中考試和期末考試則是對(duì)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)有機(jī)結(jié)合的檢驗(yàn)。

綜合性作業(yè)主要包括開闊視野類的調(diào)研性學(xué)習(xí)題目、工程設(shè)計(jì)分析類應(yīng)用性題目、工具應(yīng)用實(shí)踐性題目等，學(xué)生4～6人為一組，各組完成題目的資料查閱、整理、總結(jié)、展示等，利用小組合作學(xué)習(xí)和成員之間的互幫互學(xué)形式，師生之間、學(xué)生之間充分互動(dòng)、互相激勵(lì)，為每個(gè)學(xué)生創(chuàng)造整體發(fā)展的機(jī)會(huì)。特別是學(xué)生間人際互動(dòng)，利用了學(xué)生層次的差異性與合作意識(shí)，協(xié)調(diào)發(fā)展了學(xué)生的多方面素質(zhì)。

（五）實(shí)踐型教學(xué)探索

計(jì)算思維的培養(yǎng)，不能將大學(xué)計(jì)算機(jī)課程變?yōu)閱渭兊墓ぞ邔W(xué)習(xí)和理論積累，也不應(yīng)只停留在對(duì)各種科學(xué)問題和工程問題的認(rèn)識(shí)與驗(yàn)證的層面，而是要努力培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新意識(shí)，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，更貼近科學(xué)研究，貼近工程實(shí)際。我校每年約有400萬元用于大創(chuàng)新項(xiàng)目，借助高校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目訓(xùn)練，組織學(xué)生團(tuán)隊(duì)完成對(duì)MOODLE平臺(tái)的開發(fā)和維護(hù)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)開展新知識(shí)的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，學(xué)以致用，提升實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。組織學(xué)生參加各種競賽，比如天梯賽、互聯(lián)網(wǎng)+、物聯(lián)網(wǎng)以及機(jī)器人、ACM等競賽，提升學(xué)生面向新經(jīng)濟(jì)、新工業(yè)等的創(chuàng)新和實(shí)踐能力。目前，我校MOODLE平臺(tái)的實(shí)際維護(hù)都是由大一和大二的學(xué)生完成，平臺(tái)訪問量已達(dá)到38萬余次，日均訪問量近千次。2016和2017兩年組織大一學(xué)生參加天梯賽均獲得參賽隊(duì)二等獎(jiǎng)、團(tuán)體三等獎(jiǎng)。

四、結(jié)束語

大學(xué)計(jì)算機(jī)課程作為本科生通識(shí)教育的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。計(jì)算思維的引入為大學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)改革帶來了機(jī)遇，也帶來更大的挑戰(zhàn)[5]。計(jì)算思維能力的培養(yǎng)不是一朝一夕就能完成的，需要我們把它融入大學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)的每一節(jié)課、每一個(gè)實(shí)驗(yàn)作業(yè)和每一次實(shí)踐任務(wù)中。隨著以計(jì)算思維為導(dǎo)向的大學(xué)計(jì)算機(jī)課程改革的不斷加強(qiáng)和深入，教學(xué)過程中總會(huì)遇到一些新的問題要解決，這是一個(gè)長期的過程，需要我們不斷探索和實(shí)踐。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 教育部高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì).計(jì)算思維教學(xué)改革宣言[J].中國大學(xué)教學(xué)，2013（7）：8-10，17.

[2] 周以真.計(jì)算思維[J].中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)通訊，2007（11）：83-85.

[3] 宋煥林.基于計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)方法研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2015（36）：85-86

[4] 教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì).大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程基本要求[M].北京：高等教育出版社，2015.

[5] 基于計(jì)算思維的大學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)研究[J].中國大學(xué)教育，2015（9）：55-58

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]