基于工程教育專業(yè)認證的計算機專業(yè)導論課程教學改革與實踐

張曉明，魏戰(zhàn)紅

（北京石油化工學院 信息工程學院，北京 102617）

0 引言

計算機專業(yè)導論是計算機專業(yè)第一學期的專業(yè)基礎課，必修類型。作為專業(yè)導論課，該課不同于大學計算機基礎課程，也不同于學科前沿講座，更不是專業(yè)核心課程的簡版介紹。在引興趣、打基礎和問方向等方面，人們賦予了該課程許多期待，使得該課程的定位比較難以把握，教學內容差異大。為此，人們在課程教學中提出了許多思路，也設計了許多不同的目標。文獻[1]針對MOOC平臺上大學計算機基礎相關課程做了分析，特別是比較了11門課程的5個方面內容，包括基本情況、開課情況、參考資料、授課大綱和考核方式。在教學大綱方面，這7門課程主要包含計算機和計算思維、數制和信息編碼、計算機系統(tǒng)組成、操作系統(tǒng)、算法和程序設計、數據庫、計算機網絡等模塊。在考核方式上，約73% 的課程采用多元化的考核評價體系，成績由單元測驗、單元作業(yè)、考試、課堂討論等構成，而其中的計算機專業(yè)導論MOOC課程[2]的定位較高，其教學內容包括了10講，分別是①計算機、計算與計算思維；②符號化、計算化與自動化；③馮·諾依曼計算機；④現代計算機；⑤由機器語言到高級語言；⑥程序與遞歸：組合—抽象—重復—構造；⑦算法—程序與計算系統(tǒng)之靈魂；⑧難解性問題求解——遺傳算法示例；⑨計算機科學與技術學科；⑩計算機科學與技術專業(yè)。同時，選擇Python語言，給出了3次實踐編程內容。文獻[3]針對計算機大類招生、分流培養(yǎng)的背景，提出了計算機雙導論課的改革思路，建立了計算機大類導論課和基于C的單片機系統(tǒng)應用特色專業(yè)導論課，其基于Arduino開發(fā)套件的學習興趣導向做法值得借鑒。文獻[4]針對當前導論課程的教學困難，提出采用以虛擬實驗方法輔助“教”和“學”的課程改革方案，學生能夠選修11個虛擬實驗進行自我訓練。文獻[5]將課程分為課堂教學和實踐教學兩個部分，各占 32 個學時。課堂教學分為計算機基礎、學科知識及課程體系、學科典型問題、學科方法論、社會和職業(yè)道德5個模塊，實踐教學則以計算機基礎操作為主，主要分為 Windows 操作系統(tǒng)的使用、辦公自動化套裝軟件的使用、電子郵件軟件的設置和使用及在國際互聯(lián)網（Internet）上瀏覽查找信息的操作、常用應用軟件的使用4個模塊。每個模塊分為必做項目和提高項目，以針對不同基礎的學生開展實驗教學活動?？梢娖湔n堂教學內容清晰豐富，但實踐教學偏操作型實驗，缺乏設計能力的訓練。

1 課程規(guī)劃設計

按照2018版培養(yǎng)方案的總學時要求，計算機專業(yè)導論課程一共只有32學時，占2學分，其中授課20、實驗12學時。本課程在學科領域、核心課程體系、能力素質要求、技術發(fā)展等方面都需要給新生鋪墊，既有理論教學，也有實踐教學和企業(yè)認識實習。

1.1 課程目標設計

基于調研分析和學生畢業(yè)要求，設計以下能力作為課程目標。

（1）通過計算機專業(yè)領域知識學習，培養(yǎng)專業(yè)興趣，具有互聯(lián)網環(huán)境下計算機系統(tǒng)的綜合認知能力。

（2）通過學習計算機技術標準規(guī)范以及實踐訓練，能夠具有良好的計算機職業(yè)素養(yǎng)，并增強計算機系統(tǒng)保護和信息安全防范意識。

（3）通過課堂學習和企業(yè)認識實習，能夠追蹤計算機領域發(fā)展動態(tài)和行業(yè)需求，并不斷適應發(fā)展需要，增強自我學習能力。

同時，本課程所承載的畢業(yè)要求指標點分布在1.5、8.3、12.2這3方面，其與課程目標的關系見表1。

表1 畢業(yè)要求指標點和課程目標的對照表

導論課程以課堂講授、實驗、企業(yè)認識實習和課外作業(yè)等教學方式，采用多媒體手段輔助教學，并輔以課堂問答和練習、小組發(fā)言等互動模式。

此外，本課程另有附加8學時，組織學生去往中關村軟件園開展企業(yè)認識實習。以我校為例，基于我校與中關村軟件園共同建立的國家級工程實踐教育中心，為了培養(yǎng)大一新生的職業(yè)體驗感和專業(yè)興趣，經過校企雙方形成的長期合作協(xié)議，我們每年都在導論課后期組織全體計算機專業(yè)大一學生，到軟件園開展認識實習，通過觀摩軟件園前沿技術、參觀園區(qū)企業(yè)、聆聽主題講座和撰寫認識實習報告等活動，以響應課程目標3的要求。

1.2 課程教學內容設計

計算機專業(yè)導論課程的教學內容設計是個難點，在符合課程目標的前提下，一定要考慮學生的成果獲得感和專業(yè)興趣點。如何設計這些教學內容，并采用合適的教學方式，使所有學生通過一定的努力都能夠達到畢業(yè)要求。

在本課程所分配的3個畢業(yè)要求指標點中，重點難點之一是“8.3 具有良好的計算機工程職業(yè)素養(yǎng)”。按中國知網，職業(yè)素養(yǎng)定義為：“職業(yè)素養(yǎng)是指職業(yè)內在的規(guī)范和要求，是在職業(yè)過程中表現出來的綜合品質，包含職業(yè)道德、職業(yè)技能、職業(yè)行為、職業(yè)作風和職業(yè)意識等方面。”很多企業(yè)界人士認為，職業(yè)素養(yǎng)至少包含2個重要因素：敬業(yè)精神及合作的態(tài)度。計算機工程職業(yè)素養(yǎng)需要落實到計算機工程領域的知識、能力和素質方面，通過課堂教學、課外作業(yè)和實驗等多方面，讓學生們耳濡目染。

進一步，針對指標點“12.2 能夠追蹤計算機領域發(fā)展動態(tài)和行業(yè)需求，有不斷學習和適應發(fā)展的能力”進行分析。其內容包括2個方面：一是“能夠追蹤計算機領域發(fā)展動態(tài)和行業(yè)需求”，二是“有不斷學習和適應發(fā)展的能力”，需要落實到具體教學環(huán)節(jié)中。

（1）在課堂教學中，通過學科專業(yè)來介紹課程體系、數據庫技術、多媒體技術、最新計算機技術等。數據庫技術將涵蓋關系型和非結構化數據庫內容，多媒體技術將覆蓋音視頻技術應用設計和虛擬現實技術的了解。

（2）通過布置網絡MOOC課程作業(yè)，讓學生學習現代計算機系統(tǒng)、大數據技術、非結構化數據庫、人工智能技術等最新內容。此外，通過企業(yè)實習，讓學生親自接觸企業(yè)環(huán)境、觀摩軟件園企業(yè)的最新產品，在職業(yè)發(fā)展和專業(yè)學習上形成明確的目標和真實的動力。

最后是網絡應用技術，面對廣泛應用的微信等社交媒體軟件，作為導論課程，就應該及早地為學生普及網絡知識，并通過學生自身的網絡應用和網頁設計訓練，去更好地應用網絡環(huán)境，從而響應畢業(yè)要求指標點1.5的要求。

課堂教學內容見表2。

表2 計算機專業(yè)導論課教學內容設計

1.3 實驗項目設計

實驗項目的設計既要滿足課程目標要求，激發(fā)學生的設計興趣，又要具有先導性，為后續(xù)課程服務。面對3個畢業(yè)要求指標點目標，可以設計3個實驗項目：個人網頁設計、計算機應用系統(tǒng)模型設計和多媒體制作，分別對應指標點1.5、8.3和12.2，都是4學時的設計性實驗。除基本的4學時外，實驗項目2和3都需要學生在課外繼續(xù)完成。

具體實驗順序、工具軟件和主要實驗內容安排如圖1所示。

1）計算機應用系統(tǒng)模型設計。

圖1 計算機專業(yè)導論課程的實驗項目方案

對于計算機專業(yè)而言，繪制流程圖、功能框圖和網絡結構圖等模型是基本功，在后續(xù)許多涉及算法設計、程序設計和網絡應用的課程中，都需要學生能夠熟練計算機建模。此外，許多程序設計和軟件類課程，都離不開界面需求分析和設計。因此，在導論課程中培養(yǎng)學生的應用建模能力，形成基本的職業(yè)技能素養(yǎng)就顯得非常必要。

2）多媒體制作。

該實驗容易引發(fā)學生的設計興趣，并通過更新工具軟件鍛煉學生的自行設計能力。實驗要求學生制作自己的音頻、視頻、圖像等多媒體素材，最終形成不超過30秒的個人視頻介紹文件，且要有背景音樂，從而形成音頻錄制和處理、圖像編輯處理和視頻制作的能力。鼓勵學生不斷使用最新技術和合理的展現方式，去制作自己的多媒體宣傳作品。

3）個人網頁設計。

本實驗以學生個人信息為背景，通過網頁設計，展現學生個人信息、愛好特長和家鄉(xiāng)風貌等內容，培養(yǎng)學生的網絡應用和交流能力；同時，通過挖掘個人信息和家鄉(xiāng)特色，懂得熱愛家鄉(xiāng)，完善自我。

1.4 學生學習效果評價

為了實現課程目標，設計“3個作業(yè)、3個實驗、1個測驗、1個實習”的考核方式，簡稱“3311”。具體教學環(huán)節(jié)與畢業(yè)要求指標點的對應關系見表3。

表3 計算機專業(yè)導論課程與畢業(yè)要求的關系

（1）課外作業(yè)。課外作業(yè)的主題比較豐富，供學生選擇，比如計算機系統(tǒng)、大數據技術、非結構化數據庫、網絡技術等。通過網絡環(huán)境，包括購建的私有云大數據實驗教學系統(tǒng)，以及阿里云、高校邦和慕課平臺，學生自行在課外學習所選定的課程并提交學習報告。

（2）課堂測驗。教師通過藍墨云網絡平臺，提前設置好題庫，以客觀題為主。在課堂上稍作安排好座位，就可以組織學生隨堂測試，通過手機限時答題。學生通過手機得到的考題順序是隨機的，且題量比較大，所以學生只能自行作答。一旦測試時間完成，教師能夠立即獲得測驗結果及其成績分布情況，并及時反饋問題所在。

（3）實驗考核。在建模實驗中，最吸引學生的是界面設計，采用墨刀工具軟件，能夠高效率地進行各種軟件界面設計。

在多媒體制作實驗中，音頻錄制和處理模塊對絕大多數新生來說是陌生的。從實驗效果看，學生們通過Audition工具進行錄音和裁剪等處理，表現出極大的興趣。在個人網頁設計方面，要求學生至少設計 5 個頁面。由于網頁的布局和多媒體鏈接等影響因素較多，所以該實驗需要綜合考核學生網頁的設計思路、展示特點和瀏覽效果。在實驗中，教師應通過示例設計和網頁模板引入等方式，幫助學生盡快形成整體設計效果。

（4）認識實習。作為本課程的考核環(huán)節(jié)之一，每年通過校企合作方式，我們統(tǒng)一組織全體計算機專業(yè)的大一新生，前往中關村軟件園開展企業(yè)認識實習。經過周密安排，會組織學生分別參觀軟件園展廳、大學生創(chuàng)業(yè)園和園區(qū)企業(yè)，感受IT先進技術和企業(yè)群氛圍。隨后，全體聆聽講座，師生互動。實習內容豐富，生動活潑，引人入勝，得到大家的一致好評。在隨后的認識實習報告中，學生們能夠很好地表達出真實感受，并對專業(yè)的認識和行業(yè)發(fā)展有更加清晰的了解。這種認識和思想轉變的效果，的確在企業(yè)現場會比在學校教室好得多。

2 結語

我校計算機科學與技術專業(yè)定位是高素質應用型人才培養(yǎng)，2018年通過了教育部工程教育專業(yè)認證。幾年來針對計算機專業(yè)導論課程做了比較全面的改革和實踐。從課程目標上，沒有照搬國外大學的學術型教學內容，而是以學生學習成果為導向，在教學內容、教學方式、評價方式等方面不斷改進，建立了理論與實踐相結合、學校和企業(yè)相結合的綜合教學機制?；趯I(yè)認證標準進行計算機專業(yè)導論課程改革，緊緊圍繞著OBE理念，為學生提供了3方面能力指標的綜合教學實踐。按照4種評價類型和“3311”教學方式，有力地支撐了所分配指標的實現，教學模式已趨于成熟。課程達成度計算結果達到了0.80，為不斷持續(xù)改進提供了可靠的保證。