智能時代計算機通識教育的改革探索

郝興偉?張強

摘 要：培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新人才是新時代社會對高等學(xué)校人才培養(yǎng)的基本需求。在智能時代的各學(xué)科人才培養(yǎng)中，培養(yǎng)學(xué)生具備深厚的計算思維和計算機問題求解能力十分重要。對我國高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)的發(fā)展進行了總結(jié)，提出了面向?qū)W科交叉融合的計算機通識教育“1+N”課程體系設(shè)計方案，以及開放實驗室建設(shè)與產(chǎn)教融合的改革思路。

關(guān)鍵詞：智能時代;學(xué)科交叉融合;計算機通識教育;計算思維;開放實驗室;產(chǎn)教融合

進入21世紀(jì)，特別是近年來，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)飛速發(fā)展，社會數(shù)字化進程加快，人類正在向智能時代邁進。在智能時代，計算技術(shù)已成為推動科技發(fā)展最具創(chuàng)新活力的手段，各學(xué)科與計算的結(jié)合越來越廣泛、越來越深入，計算機學(xué)科知識在人才培養(yǎng)中的地位和重要性不斷提升。

作為各學(xué)科人才培養(yǎng)中的重要組成部分，計算機通識教育（公共教學(xué)）也必須不斷改革課程內(nèi)容，以適應(yīng)新時代社會發(fā)展的需要。因此，深入研究各學(xué)科對領(lǐng)域問題數(shù)字化及計算需求，設(shè)計科學(xué)、實用和前瞻性的計算機通識教育課程體系與教學(xué)內(nèi)容，對于培養(yǎng)適應(yīng)新時代發(fā)展需要的高層次復(fù)合型創(chuàng)新人才具有重要意義。

一、新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革推動高等教育改革

自20世紀(jì)40年代開始，隨著電子計算機的發(fā)明，人類社會進入信息社會。在信息社會，微電子技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展。進入21世紀(jì)，特別是近年來，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)飛速發(fā)展，人類社會正在經(jīng)歷一場新的科技和產(chǎn)業(yè)革命。

為應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的到來，各國紛紛制定國家戰(zhàn)略，2013年4月，德國提出《德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略》;2015年5月，我國發(fā)布《中國制造2025》;美國、英國、日本等工業(yè)發(fā)達國家也陸續(xù)發(fā)布了一系列重大戰(zhàn)略，其目標(biāo)就是要搶占國際競爭的制高點?？萍己徒逃偸蔷o密相關(guān)的，為配合一系列國家戰(zhàn)略的實施，2017年2月18日，教育部在復(fù)旦大學(xué)召開了高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會，形成了“復(fù)旦共識”，拉開了我國高校新一輪高等教育人才培養(yǎng)改革的序幕。

新工科建設(shè)經(jīng)過一年多的探索與實踐，2018年5月24日，“2018年教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目對接會”在北京會議中心召開。教育部高等教育司司長吳巖指出，高等教育創(chuàng)新發(fā)展勢在必行，要全面推進“新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科”等建設(shè)，為2035年建成高等教育強國、實現(xiàn)中國教育現(xiàn)代化提供有力支撐，標(biāo)志著為適應(yīng)新的科技革命的到來，我國高等教育新一輪全面改革已經(jīng)開始。

不管是新工科、新農(nóng)科、新醫(yī)科還是新文科，所謂“新”，就是要建立新的學(xué)科專業(yè)或?qū)鹘y(tǒng)學(xué)科專業(yè)進行改革和重構(gòu)，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，做到學(xué)科交叉、技術(shù)融合、產(chǎn)教結(jié)合，為學(xué)生提供綜合性的跨學(xué)科學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和適應(yīng)社會的能力，為迎接新的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革提供人才保證。

二、計算機通識教育的發(fā)展及在新時代人才培養(yǎng)中的重要性

我國的計算機通識教育或稱計算機公共教學(xué)最早開始于20世紀(jì)80年代，當(dāng)時隨著微型計算機（個人電腦）的出現(xiàn)，計算機在政府、企業(yè)、科研機構(gòu)的應(yīng)用日益廣泛，人們迫切需要掌握計算機的使用技能。在高校，面向計算機操作和應(yīng)用以及計算機編程的計算機公共課程開始出現(xiàn)。

1997年，教育部高教司頒發(fā)了《加強非計算機專業(yè)計算機基礎(chǔ)教學(xué)工作的幾點意見》（教高〔1997〕155號），簡稱“155號文”，提出了三個層次的計算機基礎(chǔ)教學(xué)課程體系，即計算機文化基礎(chǔ)、計算機軟件技術(shù)基礎(chǔ)、計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)，教育部正式把大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程列為高校重要的必修課，確立了計算機公共教學(xué)在高校人才培養(yǎng)中的地位[1]。

進入2000年，計算機公共教學(xué)在高等教育人才培養(yǎng)中已經(jīng)非常普及，成為像高等數(shù)學(xué)、大學(xué)外語一樣的公共基礎(chǔ)課程，計算機公共教學(xué)進入快速發(fā)展時期。2006年，教育部高等學(xué)校計算機科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會發(fā)布了《關(guān)于進一步加強高等學(xué)校計算機基礎(chǔ)教學(xué)的意見暨計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》（簡稱“白皮書”），提出了大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)的“4個領(lǐng)域×3個層次”的教學(xué)內(nèi)容總體框架和“1+x”的課程設(shè)置方案，即“大學(xué)計算機基礎(chǔ)+若干必修∕選修課程”[2]。

雖然，在“白皮書”中提出了從計算機公共教學(xué)三個層次到“1+x”課程的過渡路徑，但是由于高校師資等種種原因，以講解計算機操作系統(tǒng)+Office辦公軟件為主的計算機基礎(chǔ)教學(xué)依然是主流，這種“計算機工具論”的計算機基礎(chǔ)教學(xué)已經(jīng)越來越不能適應(yīng)時代需要，遭到了前所未有的質(zhì)疑和挑戰(zhàn)[3]。

2010年11月5日—7日，第六屆全國大學(xué)計算機課程報告論壇在山東濟南舉行，時任教育部高等學(xué)校計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會主任委員陳國良院士主持了一個計算思維與大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育改革座談會，受到與會專家的高度認可，拉開了以計算思維為導(dǎo)向的計算機基礎(chǔ)教學(xué)改革的序幕。面向計算思維培養(yǎng)的計算機基礎(chǔ)教學(xué)改革成為各高校開展計算機公共教學(xué)改革的主要切入點，特別是“985工程”建設(shè)高校，在教學(xué)內(nèi)容上進行了大膽的改革，徹底擯棄了傳統(tǒng)的“計算機工具論”教學(xué)理念，培養(yǎng)學(xué)生計算思維成為計算機基礎(chǔ)教學(xué)新的教學(xué)目標(biāo)。

近年來，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)快速發(fā)展，人類社會正在進入智能社會。技術(shù)的競爭本質(zhì)上是人才的競爭，從2017年開始的新工科建設(shè)，無疑就是為了配合新一輪科技革命的到來。未來社會是一個信息社會、一個數(shù)字化社會，計算科學(xué)必將處于社會發(fā)展的核心地位，運用計算思維來解決科學(xué)研究和生產(chǎn)生活各領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展問題已成為時代共識。

在現(xiàn)有的計算機基礎(chǔ)教學(xué)體系中，關(guān)于大數(shù)據(jù)、人工智能等內(nèi)容的課程還很少。雖然，作為計算機類專業(yè)來講，相關(guān)的專業(yè)課程已經(jīng)有多年的發(fā)展歷史，但這些課程的教學(xué)定位、教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容并不適合非計算機類專業(yè)的學(xué)生，因此，開展面向計算機通識教育（公共教學(xué)）的相關(guān)課程研究和建設(shè)，成為新一輪計算機基礎(chǔ)教學(xué)改革的重要方向。

三、面向?qū)W科交叉融合的計算機通識教育課程體系設(shè)計與開放實驗室建設(shè)

教育部“新工科”“新農(nóng)科”“新醫(yī)科”“新文科”等一系列高等教育教學(xué)改革的提出，對學(xué)科交叉和融合提出了更高要求。計算機通識教育作為高校人才培養(yǎng)的重要組成部分，現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容和課程體系已相對滯后。大學(xué)計算機通識教育應(yīng)適應(yīng)時代發(fā)展需要，樹立“計算+”的教學(xué)理念，以基礎(chǔ)學(xué)科思維強化多學(xué)科的交叉融合，更好地推進各學(xué)科復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)。

1.“1+N”計算機通識教育課程體系

以計算思維培養(yǎng)為核心，對傳統(tǒng)的“1+x”計算機公共課程體系進行改造，建立“1+N”大學(xué)計算機通識教育課程體系。

其中，“1”是指“計算思維”，為學(xué)校通識教育必修課程，教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)、計算思維以及幫助學(xué)生打下扎實的計算學(xué)科基礎(chǔ)知識，強化計算思維與學(xué)科交叉思維訓(xùn)練，提升學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

“N”是指根據(jù)教育教學(xué)改革需要開設(shè)的計算機系列課程，既包括面向全校學(xué)生開設(shè)的通識教育核心課程，也包括服務(wù)新工科、戰(zhàn)略新興學(xué)科、交叉學(xué)科和邊緣學(xué)科等建設(shè)而開設(shè)的前沿課程。其學(xué)時學(xué)分根據(jù)人才培養(yǎng)需要設(shè)置，教學(xué)目標(biāo)是為學(xué)生建立數(shù)字化、大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能等領(lǐng)域前沿的基礎(chǔ)知識架構(gòu)，增強學(xué)生主動運用計算科學(xué)分析問題、設(shè)計系統(tǒng)和解決領(lǐng)域問題的能力，為相關(guān)課程學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。主要課程包括“物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論”“大數(shù)據(jù)云計算導(dǎo)論”和“人工智能導(dǎo)論”等。

2.面向計算機通識教育與數(shù)字化創(chuàng)新，建設(shè)計算機開放實驗室

實踐教學(xué)是計算機公共教學(xué)的重要組成部分。傳統(tǒng)的計算機公共教學(xué)以微機機房為主，設(shè)備多為微型計算機和CPU服務(wù)器，現(xiàn)在已經(jīng)不能滿足新的計算機課程實驗教學(xué)的需要。從物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算到人工智能，所需要的運行環(huán)境都是建立在服務(wù)器集群、虛擬機以及GPU計算基礎(chǔ)上的，現(xiàn)有的微機和CPU服務(wù)器已經(jīng)完全不能支撐新課程的實驗教學(xué)任務(wù)，建設(shè)新的計算機實驗教學(xué)環(huán)境成為當(dāng)前計算機基礎(chǔ)教學(xué)改革的重要內(nèi)容。

和傳統(tǒng)的微機機房相比，服務(wù)器集群和GPU服務(wù)器投資較大，因此，在新的實驗環(huán)境建設(shè)中，可以充分考慮計算資源的最大限度共享，搭建一個面向計算機通識教育與數(shù)字化創(chuàng)新的開放實驗平臺，為課程實驗教學(xué)、學(xué)生科研訓(xùn)練、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)營造立體化、系統(tǒng)化的創(chuàng)新實驗環(huán)境。根據(jù)“1+N”計算機通識教育課程體系設(shè)計，需要建設(shè)的開放實驗室有：計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)開放實驗室、大數(shù)據(jù)與云計算開放實驗室、人工智能開放實驗室等。

3.加強產(chǎn)教融合，開設(shè)計算機前沿技術(shù)系列講座

由于現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展迅速，高校教學(xué)內(nèi)容相對滯后，特別是在大數(shù)據(jù)、人工智能等大規(guī)模應(yīng)用中，產(chǎn)業(yè)界技術(shù)明顯領(lǐng)先于學(xué)校教學(xué)。為此，依托業(yè)界領(lǐng)軍企業(yè)，和高校一起開設(shè)計算機前沿技術(shù)系列講座，對于促進高校人才培養(yǎng)供給側(cè)與產(chǎn)業(yè)需求側(cè)結(jié)構(gòu)要素全方位融合具有積極意義。

圍繞物聯(lián)網(wǎng)、5G通信、大數(shù)據(jù)與云計算、人工智能、網(wǎng)絡(luò)空間安全等前沿技術(shù)，可以每學(xué)期開設(shè)一期前沿技術(shù)系列講座，講師來自業(yè)界各領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，每期一個主題，分為10周左右，每周一講，由一個企業(yè)負責(zé)。每一次講座內(nèi)容分為宏觀和具體兩個層面，宏觀層面由企業(yè)負責(zé)研發(fā)的技術(shù)總監(jiān)講授，立足國際視野介紹相關(guān)技術(shù)的發(fā)展動態(tài)和國際前沿;具體層面由企業(yè)高級架構(gòu)師層面的專家講授，介紹關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)等企業(yè)相關(guān)內(nèi)容。

參考文獻：

[1] 馮博琴.計算機基礎(chǔ)教育新階段的教學(xué)改革研究[J]. 中國大學(xué)教學(xué)，2004（9）：7-10.

[2] 教育部高等學(xué)校計算機科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會. 關(guān)于進一步加強高等學(xué)校計算機基礎(chǔ)教學(xué)的意見暨計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求（試行）[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[3] 郝興偉，徐延寶，王憲華. 我國高校計算機教學(xué)情況調(diào)研與分析[J]. 中國大學(xué)教學(xué)，2014（6）：81-86.

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