新工科背景下大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程改革研究

陳歡 劉濤 陶奉春

摘要：以計(jì)算思維為導(dǎo)向的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革逐漸走向深人，將該課程建設(shè)成為與大學(xué)英語(yǔ)、高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理等同樣地位的基礎(chǔ)課程具有至關(guān)重要的意義。在分析大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的現(xiàn)狀后，遵循以學(xué)生為中心的“互聯(lián)網(wǎng)+協(xié)同教育”理念，將MOOC、思維導(dǎo)圖與翻轉(zhuǎn)課堂等相融合以改善教學(xué)成效，提出基于"MOOC+思維導(dǎo)圖+翻轉(zhuǎn)課堂”的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革方式。期望這種線上線下互動(dòng)混合式教學(xué)新方法能為各高校新工科建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)，使該課程能適應(yīng)人才培養(yǎng)的需要。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維;互動(dòng)混合式教學(xué);新工科建設(shè);思維導(dǎo)圖;翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）13-0145-03

1引言

新工科建設(shè)由2017年開始被教育部大力倡導(dǎo)，很多高校對(duì)此極為關(guān)注，繼而陸續(xù)開展了有關(guān)新工科建設(shè)的研究討論，主要有“復(fù)旦共識(shí)”、“天大行動(dòng)”和“北京指南”等。結(jié)合各高校特色的新工科建設(shè)方案與實(shí)施計(jì)劃被相繼提出，同時(shí)一些高校已快速開展行動(dòng)。由于人才培養(yǎng)目標(biāo)導(dǎo)向是新工科建設(shè)與工程教育的基本原則，所以適應(yīng)新技術(shù)、新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)發(fā)展的人才需求和人才培養(yǎng)目標(biāo)，是討論新工科建設(shè)與人才培養(yǎng)時(shí)需著重關(guān)注的內(nèi)容。如今由新一代信息技術(shù)導(dǎo)向的新經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展急需新型工科人才的支撐，因此針對(duì)當(dāng)前形勢(shì)與未來(lái)發(fā)展培養(yǎng)創(chuàng)新人才成為一項(xiàng)重要任務(wù)。在新工科建設(shè)和人才培養(yǎng)階段中，關(guān)鍵之處是教育教學(xué)模式改革與創(chuàng)新。

近年來(lái)，作為一門面向高校非計(jì)算機(jī)類專業(yè)的通識(shí)教育課程，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)在人才培養(yǎng)中發(fā)揮的作用越來(lái)越顯著，這與通信技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能的快速發(fā)展緊密相關(guān)，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)也成為信息時(shí)代培養(yǎng)大學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力必不可少的重要課程。所以在新工科建設(shè)的背景下，如何能更好地開展大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)，達(dá)到工程教育目標(biāo)，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，是需要深人研究的課題。

2大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程發(fā)展與現(xiàn)狀

作為非計(jì)算機(jī)類各專業(yè)本科生學(xué)習(xí)的第一門計(jì)算機(jī)課程，它由“計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)”、“計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)”再發(fā)展到“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”，這種變化不僅在于課程名稱的改變，而是課程具有了不同的內(nèi)涵。《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》在2010年旗幟鮮明地提出“把‘計(jì)算思維能力的培養(yǎng)作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)”嘲，2012年7月“第一屆計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)改革研討會(huì)”在西安交通大學(xué)召開，會(huì)上提出今后大學(xué)計(jì)算機(jī)課程應(yīng)以計(jì)算思維培養(yǎng)作為切入點(diǎn)來(lái)進(jìn)行深化改革和提高質(zhì)量，由此可見計(jì)算思維能力培養(yǎng)的重要性。計(jì)算思維的概念是2006年由美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)Jeannette M.Wing教授提出的，該教授認(rèn)為計(jì)算思維是應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及人類行為理解等涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。計(jì)算科學(xué)已經(jīng)和理論科學(xué)、實(shí)驗(yàn)科學(xué)并列成為推動(dòng)人類文明進(jìn)步和科技發(fā)展的三大支柱所以用計(jì)算思維改革大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的方針和原則是顯而易見的。

現(xiàn)在一些學(xué)校的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)是將計(jì)算機(jī)作為工具教學(xué)生如何使用，即“狹義工具論”的問(wèn)題。結(jié)合筆者所在高校實(shí)際教學(xué)總結(jié)出，一個(gè)教學(xué)班人數(shù)較多，多為100人左右，專業(yè)多而雜，工學(xué)、理學(xué)、管理學(xué)等全都涉及，甚至出現(xiàn)一個(gè)班級(jí)有十幾個(gè)專業(yè)的情況，而且大學(xué)新生的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)參差不齊，有些學(xué)生計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)很好，有些學(xué)生則相對(duì)較弱。所以怎樣真正做到“以學(xué)生為中心，因材施教”是需要我們著重考慮的問(wèn)題。

針對(duì)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的發(fā)展?fàn)顩r和以上現(xiàn)狀，本文從以下兩個(gè)方面著手課程改革：

（1）為適應(yīng)新工科的發(fā)展，分析研究大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程應(yīng)該怎樣設(shè)置教學(xué)內(nèi)容，即“教什么”，以此來(lái)解決“狹義工具論”的問(wèn)題。

（2）充分結(jié)合信息技術(shù)轉(zhuǎn)變教學(xué)模式，由“教師將知識(shí)傳授給學(xué)生”向“讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造知識(shí)”轉(zhuǎn)變，從以“教”為中心向以“學(xué)”為中心轉(zhuǎn)變，即“如何教與學(xué)”，以此來(lái)滿足“以學(xué)生為中心，因材施教”的需求。

3面向計(jì)算思維的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該從以下幾方面考慮設(shè)置：（1）中小學(xué)信息技術(shù)課程的普及使得大學(xué)計(jì)算機(jī)教育不再是從零開始;（2）大學(xué)計(jì)算機(jī)教育不能受限于熟練操作，而要融入計(jì)算思維，加強(qiáng)學(xué)生知識(shí)、能力和素質(zhì)的全面培養(yǎng);（3）在計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程可分為三個(gè)層面：一是知識(shí)結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定的課程內(nèi)容;二是知識(shí)結(jié)構(gòu)更新相對(duì)較快的動(dòng)態(tài)課程內(nèi)容;三是近年來(lái)發(fā)展的新技術(shù)。

經(jīng)過(guò)課程組多年的建設(shè)與實(shí)踐，已形成了較豐富完整的課程資源，包括教學(xué)大綱、授課計(jì)劃、教學(xué)課件、習(xí)題與解答、試題庫(kù)等，并在實(shí)踐過(guò)程中不斷加以完善。針對(duì)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程內(nèi)容可按如圖1結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織教學(xué)。

我們認(rèn)為大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程應(yīng)包含六個(gè)部分的內(nèi)容：計(jì)算機(jī)硬件;計(jì)算機(jī)軟件;算法思維;數(shù)據(jù)表示與組織;信息素養(yǎng);新技術(shù)簡(jiǎn)介。

4課程教學(xué)改革方式

為了更好地滿足“以學(xué)生為中心，因材施教”的需求，結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+協(xié)同教育”理念，本文提出一種基于“MOOC+思維導(dǎo)圖+翻轉(zhuǎn)課堂”的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革方式。

M00C（Massive Open Online Course）為解決基礎(chǔ)一內(nèi)容一學(xué)時(shí)的矛盾提供了有效手段，通過(guò)短視頻網(wǎng)上在線學(xué)習(xí)，可令學(xué)生不受時(shí)間、空間、師資等方面的局限，隨時(shí)隨地重復(fù)觀看視頻以加深課程內(nèi)容的理解。

思維導(dǎo)圖又稱心智導(dǎo)圖，是一種表達(dá)發(fā)散性思維的直觀圖形思維工具。思維導(dǎo)圖采取圖文并重的方式，用相互隸屬與相關(guān)的層級(jí)圖表現(xiàn)出各級(jí)主題之間的關(guān)系，建立主題關(guān)鍵詞與圖像、顏色等的記憶鏈接，并通過(guò)符號(hào)、圖像、顏色把思維過(guò)程“畫出來(lái)”，將一連串枯燥的信息變?yōu)椴噬摹⒁子谟洃浀?、有高度組織性的圖，抽象的思維過(guò)程便可以形象地展示出來(lái)。在繪制出來(lái)發(fā)散性思維過(guò)程的同時(shí)，不但可以幫助人們改善思維，理清思維方式，還可使學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)效率得到提高。

翻轉(zhuǎn)課堂作為一種新型的教學(xué)模式，是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的大翻轉(zhuǎn)嘲，學(xué)生首先在課前通過(guò)觀看視頻自學(xué)知識(shí)、發(fā)現(xiàn)并記錄問(wèn)題，然后再在課堂上相互交流與探討達(dá)到對(duì)知識(shí)的內(nèi)化與吸收，課后則對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行總結(jié)反思和實(shí)踐應(yīng)用。

學(xué)生們?cè)贛OOC學(xué)習(xí)過(guò)程中，可以記錄關(guān)鍵詞和核心知識(shí)點(diǎn)，在完成MOOC學(xué)習(xí)之后，學(xué)生們按照自己的理解繪制思維導(dǎo)圖，通過(guò)對(duì)知識(shí)點(diǎn)有效的組織與構(gòu)建形成知識(shí)樹，從而將新知識(shí)同化到自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)中。學(xué)生們通過(guò)MOOC學(xué)習(xí)和繪制思維導(dǎo)圖后對(duì)新知識(shí)有了自己的理解與認(rèn)知，然后任課教師在課堂上組織他們進(jìn)行討論，相互交流獲取的知識(shí)與制作的思維導(dǎo)圖等內(nèi)容。為了讓所有學(xué)生都能參與、充分調(diào)動(dòng)他們的學(xué)習(xí)積極性、培養(yǎng)他們主動(dòng)思考的習(xí)慣，教師組織的研討以小班模式進(jìn)行。

下面以課程體系中的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)部分為教學(xué)內(nèi)容展開說(shuō)明。

任課教師在課前給學(xué)生指定相關(guān)MOOC資源，督促學(xué)生及時(shí)進(jìn)行在線學(xué)習(xí)，并將學(xué)習(xí)者網(wǎng)上學(xué)習(xí)情況納入平時(shí)成績(jī)中。學(xué)生在自主學(xué)習(xí)以后，將已經(jīng)學(xué)習(xí)的課程內(nèi)容思維導(dǎo)圖繪制出來(lái)，進(jìn)而對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行歸納整理。圖2為利用XMind軟件來(lái)制作計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容的思維導(dǎo)圖：

學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)對(duì)課程內(nèi)容有了逐步認(rèn)識(shí)后，教師利用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式組織學(xué)生進(jìn)行研討。目前大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程采用大班授課，要想做到因材施教，以學(xué)生為中心，首先教師需將學(xué)生按專業(yè)大類分為若干個(gè)研討班（此為筆者所在高校的實(shí)踐方法，別的高?？煽紤]其他規(guī)則），小班人數(shù)在20-30人為宜，也可根據(jù)需要再進(jìn)行小班內(nèi)的分組。學(xué)生們經(jīng)過(guò)獨(dú)立思考和交流分享可以進(jìn)一步加深對(duì)課程內(nèi)容的理解，掌握重難點(diǎn)知識(shí)，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

通識(shí)教育課程應(yīng)重點(diǎn)訓(xùn)練學(xué)生的思維方式，由培養(yǎng)計(jì)算思維能力統(tǒng)一專業(yè)需求的差異，通過(guò)建立完善的課程體系，采用多樣化的教學(xué)模式與課程形式，結(jié)合MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂、思維導(dǎo)圖訓(xùn)練等，有效設(shè)計(jì)課程內(nèi)容，更高質(zhì)量地給學(xué)生提供計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育。

5結(jié)語(yǔ)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，中國(guó)大學(xué)MOOC等網(wǎng)絡(luò)課堂提供了很好的學(xué)習(xí)資源，大學(xué)生群體應(yīng)充分利用碎片化時(shí)間進(jìn)行在線學(xué)習(xí)。實(shí)踐表明將思維導(dǎo)圖和翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合應(yīng)用到大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中，學(xué)生可以在了解課程整體框架的基礎(chǔ)上，理清知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系，并能利用關(guān)鍵詞對(duì)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)想記憶，順利完成復(fù)習(xí)和總結(jié)，取得較好的學(xué)習(xí)效果。

雖然本文提出的課程教學(xué)改革方式已經(jīng)取得了較好的教學(xué)效果，但在金課背景下，我們還需進(jìn)一步努力，將大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程建設(shè)成為一流課程，為我國(guó)一流本科教育和一流人才培養(yǎng)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。