面向非計算機專業(yè)的《大學計算機基礎》教學研究

何騰蛟，楊昌霖，姜 彬

(1.暨南大學 信息科學與技術學院，廣東 廣州 510632；2.中原工學院 計算機學院，河南 鄭州 450007；3.國家留學基金管理委員會 信息資源部，北京 100044)

《大學計算機基礎》是面向非計算機專業(yè)學生開設的計算機基礎課程。旨在通過本課程的學習，使學生全面了解計算機科學領域的基礎知識，掌握編程技能，具備通過計算機科學領域的基本方法，解決本學科科學問題的能力，從而輔助相關專業(yè)學生更好地從事后續(xù)專業(yè)課程的學習和科研活動。近年來，隨著我國科技與經(jīng)濟水平的高速發(fā)展，學科間的融合不斷加大，各行業(yè)對計算機的使用需求與日俱增，使得非計算機專業(yè)的計算機基礎教育顯得愈發(fā)重要。目前，各高校針對非計算機專業(yè)學生的計算機基礎教育進行了不同程度的改革，教學內(nèi)容及方法日趨穩(wěn)定。但是，該課程的教學工作仍然存在一些問題，需要進一步優(yōu)化。本文將根據(jù)筆者在非計算機專業(yè)學生的大學計算機基礎教學實踐中遇到的實際問題，進行深度分析?；谶@些分析，將從課程內(nèi)容、競賽導向和師資培訓等三個方面提出改進方案，旨在加強教學效果，促進學科間的交叉融合，提高學生使用計算機方法解決自身專業(yè)科學問題的能力。

一、當前問題分析

當前，面向非計算機專業(yè)學生的《大學計算機基礎》課程存在以下問題。

(一) 教學模式陳舊與知識框架單一

多數(shù)高校對該課程的教學采用“課堂教學+上機實驗”的方式。圖1展示了該課程的知識框架。理論知識主要包括：計算機硬件基礎知識、系統(tǒng)模型、數(shù)據(jù)的表示和邏輯基礎、操作系統(tǒng)的基本概念、算法基礎、程序設計語言、數(shù)據(jù)庫、計算機網(wǎng)絡等內(nèi)容。實驗為基于Python語言的程序設計，主要內(nèi)容包括：基礎語法、控制結構、函數(shù)的定義和調(diào)用、高級數(shù)據(jù)類型、面向?qū)ο缶幊?、算法實現(xiàn)、第三方庫的使用等內(nèi)容。然而，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術的快速發(fā)展，目前的《計算機基礎》課程內(nèi)容過于陳舊。一方面，缺少以上高新熱點內(nèi)容的引入，無法支持“新工科”建設的相關需求[1]；另一方面，由于缺少對于這些高新技術的了解，學生缺乏使用這些技術的實踐創(chuàng)新能力[2]，今后將難以使用這些技術解決本學科的實際問題。

圖1 《大學計算機基礎》知識框架

(二) 教學內(nèi)容缺乏與相關專業(yè)的交叉融合

2018年5月2日，習近平總書記在北京大學發(fā)表重要講話：“要下大氣力組建交叉學科群和強有力的科技攻關團隊，加強學科之間協(xié)同創(chuàng)新，加強對原則性、系統(tǒng)性、引領性研究的支持?！庇纱丝梢?，學科交叉已經(jīng)成為國家層次的重要戰(zhàn)略。然而，各個高校針對《大學計算機基礎》的學科交叉內(nèi)容設計依然存在空白[3]。目前，大學計算機基礎課程按專業(yè)大體可分為三個方向：理工專業(yè)方向，經(jīng)管專業(yè)方向和人文專業(yè)方向。理工專業(yè)方向主要包括生物醫(yī)學、力學建筑等專業(yè)；經(jīng)管專業(yè)方向主要包括新聞，公共管理等專業(yè)；人文專業(yè)方向主要包括歷史、藝術等專業(yè)?；诓煌瑢I(yè)之間的學生特點和知識需求，該課程針對不同專業(yè)提出了不同的技能要求。例如：理工專業(yè)學生需要掌握一定的程序設計技能用于后續(xù)專業(yè)課程的學習及科研工作；經(jīng)管專業(yè)學生需要具備一定的數(shù)據(jù)分析能力及Excel的基本使用方法；人文專業(yè)學生則需要掌握Word軟件的基本操作。然而，以上分類過于粗放，缺少基于學科交叉融合這一政策前提下的細致劃分。例如，廣告學專業(yè)的學生在《計算廣告學》課程中，也需要進行程序算法的設計，結合大數(shù)據(jù)等計算機技術，完成個性化廣告推薦[4]。這就需要學生在《大學計算機基礎》課程中學習Python語言程序設計。由此可見，在設計《大學計算基礎》的課程內(nèi)容時，除了考慮各個專業(yè)的傳統(tǒng)需求以外，還需要結合當前的行業(yè)發(fā)展以及課程體系的更新，服務于相關專業(yè)的后續(xù)課程。

(三) 學生對該課程重視程度不夠

《大學計算基礎》在各個高校中定位為大一新生的大學公共基礎課程。相比于專業(yè)課程，學生普遍對該課程的重視程度不夠[5]。造成這種現(xiàn)象的原因主要包括三個方面。第一，各個高校的大一學生要進行多種公共課及專業(yè)課的學習，課業(yè)負擔較重，學習計算機基礎知識及應用技能的時間及精力十分有限，相比于專業(yè)課程，該課程自然難以引起學生的重視。第二，非計算機專業(yè)的學生之后會面臨計算機等級考試，對于知識點的學習往往僅限于死記硬背，難以融會貫通，從而造成學會理論卻無法實踐的情況。與此同時，以等級考試為目的的計算機學習也降低了學生們對計算機科學領域進行深入探索的動力。第三，部分學生在大學之前沒有接觸過計算機，對于所涉及的全新概念缺少學習的興趣與方法。

二、教學新模式探究

針對以上在非計算機專業(yè)學生中的計算機基礎教育存在的問題，本文提出以下方法，并根據(jù)實際教學過程，介紹這些方法，為未來可行的課程優(yōu)化提供參考。

(一) 豐富課程知識內(nèi)容，促進學科間交叉融合

基于當前計算機技術的發(fā)展，需要在理論環(huán)節(jié)加入物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等主題的基本概念及應用案例。在教學方式方面，可通過雨課堂等平臺，采用線上線下相結合的方式[6]。教師在課堂講授的過程中穿插課堂習題以及背景知識介紹等，方便學生了解相關知識的基本內(nèi)容。此外，教師在課后也可通過雨課堂等線上平臺督促學生完成課后作業(yè)，鞏固所學的知識。在實驗設計方面，主要學習基于Python語言的程序設計方法，實驗內(nèi)容需貼近學生的當前專業(yè)。例如，針對生物醫(yī)學專業(yè)，可在實驗中引入部分生物信息學課程的內(nèi)容，從而使學生解決本專業(yè)的具體問題。其次，引導學生正確使用網(wǎng)上資源，加強其自主使用計算機解決問題的意識及能力。在學科交叉方面，教師應在授課過程中為學生樹立大學科觀念，使學生了解單一學科局限性，通過為學生展示學科交叉案例，培養(yǎng)學生學科交叉的思維方式[7]。

參照以上方法，筆者目前在課程初期根據(jù)學生自身學科，展示計算機學科最新技術、相關結合案例和企業(yè)招聘需求，使學生了解學科交叉的重要性，以及計算機在學科交叉中所占據(jù)的重要地位。根據(jù)學生課堂表現(xiàn)及課后反饋，該方法在一定程度上提升了學生對于計算機學科的學習熱情。但是，由于筆者缺少相關學科背景知識，針對不同學科設計計算機實驗還存在不足。

(二) 以大作業(yè)及競賽為導向，增強學生實戰(zhàn)能力

培養(yǎng)具備使用計算機技術解決自身學科領域的實際問題是大學計算機基礎教育的核心需求。因此，為提升學生使用計算機解決實際問題的能力，本文提出以大作業(yè)和競賽為導向，培養(yǎng)學生獨立解決問題的意識，提升學生學習計算機的興趣。其中，大作業(yè)是指將3～5名學生分為一組，模擬軟件開發(fā)過程，通過分工合作，使用Python語言來完成一些具有特定功能的程序，從而提升學生的計算機應用能力[8]。除此以外，大作業(yè)還將采用項目答辯的形式，鼓勵學生走上講臺，展示小組的“項目產(chǎn)品”。與此同時，教師還可以引導學生積極參加學科競賽，培養(yǎng)學生對于學習計算機的興趣[9]。通過團隊攻堅，以賽代練，提升學生自主學習并解決難題的能力，為學生今后解決自身學科的科學問題積累實戰(zhàn)經(jīng)驗[10]。

筆者目前已在教學過程中采用大作業(yè)及項目答辯方式。以所教授的生物醫(yī)學方向班級為例，全班共計78人，學生通過自由結合的方式組成22支項目小組。各小組成員基于所學的Python程序設計方法進行自由選題，然后將課題進行任務分工，主要任務包括：代碼編寫、PPT制作以及項目展示介紹。經(jīng)過一個月的準備，各個小組將進行答辯，介紹程序架構并展示項目功能。然而，筆者在實踐過程中發(fā)現(xiàn)以下不足。第一，項目得分來自教師個人判斷，難免混入個人喜好，缺乏公平性。第二，學生自由選題會造成選題難度不一，所選項目包含知識點不夠全面。因此，針對以上兩點不足，今后可采用各小組選派一名評委的方法對各個項目進行打分，提高評分公平性及合理性。此外，筆者將為大作業(yè)設計多個難度相似、包含知識點均衡的課題供學生選擇。

(三) 培養(yǎng)具備跨學科知識背景的師資力量

當前，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術的快速發(fā)展，以及學科交叉融合的需求日漸增大，這就對該課程教師的知識儲備、教學能力等方面提出了更高的要求，需要建設具備跨學科知識背景的教師隊伍[11]。這給面向非計算機專業(yè)的《大學計算機基礎》的教學工作提出了新的挑戰(zhàn)。一方面，當前從事非計算機專業(yè)的大學計算機基礎的教師需要不斷鉆研新興的計算機知識和技術，不斷更新自身的知識儲備。教師們可以通過積極參加學術會議，追蹤前沿熱點期刊，開展學術報告等方式，保持自身計算機知識儲備的先進性。另一方面，也需要教師針對不同學科特點研究應用案例，學習所授專業(yè)的部分專業(yè)知識，引導學生使用計算機專業(yè)的相關方法，解決本學科的科學問題。這就需要教師們積極與所授專業(yè)的教師開展討論，通過交叉聽課等方式，學習計算機在所授專業(yè)的應用范圍及典型案例。

三、結 語

當前，不同專業(yè)間的學科交叉融合趨勢愈發(fā)明顯，非計算機專業(yè)學生使用計算機專業(yè)的科學方法解決其自身專業(yè)科學問題的需求也日益增強。這為當下非計算機專業(yè)的計算機教育帶來了新的挑戰(zhàn)。因此，教師需要保持自身知識的先進性，主動使用多媒體資源，豐富課程內(nèi)容及教學案例，通過競賽和大作業(yè)等方式，提升學生對計算機的學習熱情，不斷提高其使用計算機科學方法解決本專業(yè)科學問題的能力。