面向留學生的大學計算機基礎(chǔ)教學探索與改革

李炳超 李俊生 張藝凡

摘要：針對大學計算機基礎(chǔ)課程的教學模式不適合留學生培養(yǎng)的現(xiàn)狀，該文分析了留學生群體學習能力的優(yōu)缺點，以探索計算機奧秘為主線將計算機基礎(chǔ)知識進行串聯(lián)來激發(fā)留學生的學習興趣，培養(yǎng)留學生對計算機系統(tǒng)的深度理解;在課程中添加中國計算機元素，增強留學生對中國的認同感，堅定留學生來中國求學的信心;采用課堂測試、翻轉(zhuǎn)課堂、課堂討論并構(gòu)建在線資源平臺來建立多元教學形式，加強對留學生的過程考核。將上述改革應(yīng)用于中國民航大學留學生的教學實踐，取得了良好的教學效果。

關(guān)鍵詞：大學計算機基礎(chǔ);留學生;教學改革

中圖分類號：G642.0? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）21-0139-03

開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

1 引言

隨著我國國際地位的不斷攀升和國際化程度的不斷提高以及《留學中國計劃》的實施，來華留學生規(guī)模持續(xù)擴大[1]。國際學生人數(shù)已成為高等教育國際化程度的重要指標之一[2]，來華留學工作也已成為傳播中國文化、構(gòu)造國際友好關(guān)系的重要途徑[3]。并且，“一帶一路”倡議的提出為學生來華留學提供了良好的契機，同時也對我國留學生的培養(yǎng)提出了更高的要求[4]。大學計算機基礎(chǔ)作為一門公共基礎(chǔ)課，是非計算機專業(yè)學生學習和認識計算機基本概念、原理，掌握計算機基本技能及應(yīng)用的重要途徑[5]。

2教學現(xiàn)狀總結(jié)：問題與優(yōu)勢共存

中國民航大學的留學生主要來自東南亞、中亞、南亞、西亞以及非洲等“一帶一路”沿線的發(fā)展中國家，分為工商管理和通信工程兩個專業(yè)，近兩年每屆共50人左右。大學計算機基礎(chǔ)作為留學生的必修課，采用英文授課，共計36課時。

在大學計算機基礎(chǔ)的教學過程中主要存在以下問題：（1）知識點分散，缺少主線。大學計算機基礎(chǔ)涉及的內(nèi)容較廣，缺少主線將計算機的各部分內(nèi)容串聯(lián)起來，難以激發(fā)留學生對計算機的認知興趣。（2）行為習慣偏向自由化。留學生在課堂上比較自由散漫，紀律性較差，遲到現(xiàn)象嚴重，課堂上有問題喜歡群體交流，容易影響老師授課節(jié)奏。（4）在線教學資源匱乏。留學生的中文水平薄弱，大多數(shù)人的中文基礎(chǔ)為零，而目前MOOC上面的大學計算機基礎(chǔ)課程全部為中文課程，從而無法實施MOOC背景下的先修課模式[6]或系統(tǒng)型混合式教學[7]。

另一方面，留學生也具有不同于中國學生的一些特點，具體如下：（1）敢于回答問題。樂于參與課堂互動，對老師提的問題愿意也敢于積極主動回答，不會因為害怕答錯而逃避問題。（2）更加注重成績。因留學生群體的多項工作、活動需要以成績作為評定標準，所以留學生以成績驅(qū)動的學習能力較強，對和成績掛鉤的活動會非常重視。（3）表現(xiàn)欲望較強。留學生大都性格比較外向，喜歡展現(xiàn)自己，善于交流，具有較強的自信心，心態(tài)不易緊張。

針對上述面向留學生的大學計算機基礎(chǔ)課程存在的問題，結(jié)合留學生自身的特點，采取以下措施對大學計算機基礎(chǔ)進行探索與改革。首先，對大學計算機基礎(chǔ)的教學內(nèi)容進行包裝，以探索計算機奧秘為主線，將數(shù)據(jù)、硬件、軟件以及網(wǎng)絡(luò)進行串聯(lián)，激發(fā)留學生的學習興趣，培養(yǎng)留學生對計算機系統(tǒng)知識的理解;其次，在課程中引入中國在計算機相關(guān)領(lǐng)域取得的突出成就，以此來提高留學生對中國以及對來中國留學的認可度，堅定在中國求學的信心，感受中國魅力，傳播中國聲音。最后，采用課堂測試、翻轉(zhuǎn)課堂和課堂討論相結(jié)合的方式對教學方法進行改革，提高留學生的學習主動性，并借助中國民航大學智慧學習空間搭建線上學習平臺，提供線上學習資源，為后續(xù)面向留學生的SPOC課程建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

3 知識故事串聯(lián)：計算機基礎(chǔ)知識的系統(tǒng)化教學

本文將計算機基礎(chǔ)課程內(nèi)容進行梳理并將其分成四部分，如圖1所示，并在教學過程中將各部分分散的知識系統(tǒng)化、抽象的知識形象化，最終使留學生形成一個計算機系統(tǒng)的概念。第一部分為計算機數(shù)據(jù)類知識，包括數(shù)制系統(tǒng)及其相互轉(zhuǎn)換、不同數(shù)據(jù)類型在計算機中的存儲方式以及數(shù)據(jù)運算。第二部分為計算機硬件，融合第一部分內(nèi)容，主要介紹馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)以及指令集架構(gòu)相關(guān)概念。第三部分為計算機軟件，融合第二部分內(nèi)容，主要內(nèi)容為操作系統(tǒng)相關(guān)知識。前三部分的學習能夠帶領(lǐng)學生從數(shù)據(jù)、硬件、軟件三個方面逐步探索計算機更層級的奧秘，使學生系統(tǒng)地掌握一個簡單的計算機是如何工作的。第四部分為計算機網(wǎng)絡(luò)，以多臺計算機為背景，介紹TCP/IP模型架構(gòu)。

第一部分教學內(nèi)容的核心目標，是使留學生從數(shù)學層面理解數(shù)據(jù)在計算機中的存儲方式和運算。此時涉及的運算步驟是由人控制的，如何將人為控制升級為自動執(zhí)行？該問題在第二部分得以解決。通過第二部分的學習，將運算從數(shù)學層面移植到硬件層面，掌握硬件如何控制上述數(shù)學運算一步一步運行，從而加深對馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的理解。以計算c=a+b為例，假設(shè)a和b分別對應(yīng)存儲器中地址為addr_a和addr_b的存儲單元并且其值已設(shè)定完畢。第一步，CPU中的控制器通過LOAD指令將a的值從addr_a中通過總線傳送到CPU內(nèi)的寄存器Ra中。第二步，CPU中的控制器通過LOAD指令將b的值從addr_b中通過總線傳送到CPU內(nèi)的寄存器Rb中。第三步，執(zhí)行加法指令將Ra和Rb兩個寄存器中的數(shù)據(jù)發(fā)送到運算器中執(zhí)行加法操作，并將a+b的結(jié)果從運算器中通過總線保存到寄存器Rc中。第四步，控制器調(diào)用STORE指令將Rc中的值寫到存儲器中地址為addr_c的存儲單元。然后以此為基礎(chǔ)，思考如何通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)并將結(jié)果保存到輸出設(shè)備。為了進一步說明Cache的作用，可假設(shè)a和b位于同一數(shù)據(jù)塊內(nèi)。當?shù)谝粭lLOAD指令將a從存儲器搬運到寄存器Ra中時，此時Cache發(fā)生缺失，于是將a所在的整個數(shù)據(jù)塊全部搬運到Cache中。控制器在執(zhí)行第二條LOAD指令旨在將b從存儲器搬運到Rb中時，由于b所在的數(shù)據(jù)塊已經(jīng)在執(zhí)行第一條指令時從存儲器轉(zhuǎn)移到Cache中，所以此時數(shù)據(jù)可直接從Cache中獲取。通過以上案例，可使學生對計算機的各個主要硬件部件有更加深刻的認識，如CPU內(nèi)部的運算器、控制器、寄存器，以及CPU外部的內(nèi)存、Cache、輸入/輸出設(shè)備等，從而對計算機有一個系統(tǒng)化的認識。在第三部分，操作系統(tǒng)開始介入到程序的執(zhí)行，此部分在第二部分的基礎(chǔ)上，使用兩個程序來詳細說明操作系統(tǒng)如何通過內(nèi)存管理、進程調(diào)度來控制程序在硬件上的運行，進而使學生對一個包含數(shù)據(jù)、硬件和操作系統(tǒng)的簡單但是完整的計算機系統(tǒng)有一個系統(tǒng)化的認識。

第四部分主要介紹TCP/IP模型，本文基于案例采用自下向上的方法，從網(wǎng)絡(luò)規(guī)模發(fā)展的角度介紹TCP/IP模型中的各層及其作用。（1）最初只有兩臺計算機需要進行通信，此時將兩臺計算機進行直連即可，為物理層連接;（2）多臺計算機之間通過集線器構(gòu)成局域網(wǎng)進行互聯(lián)，此時的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為星型網(wǎng)絡(luò)，并且信息以廣播的形式傳播，此時仍為物理層;（3）多臺計算機通過交換機構(gòu)成局域網(wǎng)絡(luò)進行互聯(lián)，引入物理地址的概念，此時工作在數(shù)據(jù)鏈路層;（4）兩個局域網(wǎng)通過路由器互聯(lián)，此時引入IP地址、子網(wǎng)掩碼以及默認網(wǎng)關(guān)的概念，此時工作在網(wǎng)絡(luò)層;（5）信息達到目的計算機之后，還需要知道是哪個進程需要使用該數(shù)據(jù)，此時引入端口號的概念，工作在傳輸層;（6）應(yīng)用程序接收信息，此時工作在應(yīng)用層。通過這種自下向上的方法，以網(wǎng)絡(luò)發(fā)展為主線，使學生能夠更好地理解各層的作用和關(guān)系。各層確定好之后，再以自上向下的方法，以實際的應(yīng)用為例（訪問中國民航大學主頁），從應(yīng)用層出發(fā)，介紹如何訪問域名系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)是如何通過傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層以及物理層進行打包和傳輸?shù)?。通過上述兩種方法，將計算機網(wǎng)絡(luò)中抽象的知識形象化，從而使學生能夠系統(tǒng)地理解計算機網(wǎng)絡(luò)的工作原理。

4 深挖思政元素：通過計算機感知中國

留學生來自不同國家，具有不同文化背景和思維方式[8]，對中國的認知也存在較大的差異。尤其是近兩年，由于疫情原因，多數(shù)留學生并不能來到中國學習，缺少進一步體驗中國的機會。本課程通過觀看紀錄片與教師講解相結(jié)合的方式，為留學生介紹中國在相關(guān)計算機領(lǐng)域取得的突出成就，展現(xiàn)中國的飛速發(fā)展，感受中國魅力。例如在人工智能領(lǐng)域中，圖像識別技術(shù)在各個場景中的應(yīng)用，對中國社會治安起到的重要作用，移動支付對生活方式的改變，超級計算機在中國的發(fā)展，以及大數(shù)據(jù)在中國疫情防控中起到的重要作用等。該部分的學習不僅可以使留學生認識到更多的計算機前沿知識，更重要的是使留學生更加深入地認識中國，增強對中國的認同感和對來中國留學的認可度，堅定來中國求學的信心，讓學生感受到中國力量和中國溫度，傳播中國聲音[9][10]。

5 多元教學形式：教學方法改革與實施

針對留學生自身的特點，制定適合留學生的教學方法。本文對大學計算機基礎(chǔ)的考核方式進行改革，利用留學生特別注重成績的特征，在平時成績的管理中增加課堂測試、翻轉(zhuǎn)課堂，并將平時成績的比重增加到50%（課堂小測試15%，作業(yè)10%，翻轉(zhuǎn)課堂25%）。另外，在課堂上增加開放話題討論來發(fā)揮留學生敢于回答問題的優(yōu)勢。

5.1課堂測試

課下通過釘釘在線布置一道或若干道小測試，測試內(nèi)容可以放在課堂開始，用于回顧上節(jié)課的講課內(nèi)容，也可以放在課堂中間，對本次課講授的內(nèi)容進行鞏固練習，題目難度應(yīng)較簡單。根據(jù)課程進度，適時在線發(fā)布小測試，使學生在設(shè)定的時間內(nèi)提交。首先，課堂小測試可以使學生更加重視課堂，提高課堂出勤率;其次，老師可以根據(jù)測試結(jié)果迅速掌握學生的知識掌握情況。最后，題目難度較低，可以使大多數(shù)學生在練習過程中獲得成就感，提高留學生的學習熱情。

5.2 翻轉(zhuǎn)課堂

利用留學生喜歡展現(xiàn)自己的特點以及不喜歡傳統(tǒng)說教式教學方式的問題，采用翻轉(zhuǎn)課堂來發(fā)揮留學生學習的積極性。翻轉(zhuǎn)課堂采用分組形式，每組限定4～6人，組員自由組合。老師根據(jù)課程進度設(shè)計翻轉(zhuǎn)課堂話題，話題內(nèi)容主要為介紹性知識。例如，在第七章操作系統(tǒng)中設(shè)置兩個話題供學生自由選擇：操作系統(tǒng)發(fā)展史，操作系統(tǒng)類型。第十章設(shè)置三個話題：云計算，大數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)。相比中國學生，留學生對翻轉(zhuǎn)課堂的態(tài)度更加積極，表現(xiàn)更為多樣。每組在對所選題目進行講授時，組內(nèi)每個成員都會進行講解。由于全球疫情原因，翻轉(zhuǎn)課堂采用線上的方式進行。來自全球多個國家并且從未謀面的學生自由組隊，克服部分學生家里沒有電腦的困難。在講授時，每組一名學生共享屏幕PPT并控制翻頁，與其他學生的講授形成了很好的銜接，說明課下進行了大量的練習。翻轉(zhuǎn)課堂增加了留學生之間在學習上的交流，鍛煉了學生的信息檢索和總結(jié)的能力。

5.3 課堂討論

相比于中國學生的相對內(nèi)斂，留學生性格比較活躍，敢于回答問題并且不怕說錯，尤其是來自南亞和西亞的學生。利用留學生的這個特征，在課堂上進行開放話題討論，使學生發(fā)散思維。所設(shè)置的話題如表1所示。課堂討論不僅調(diào)動了學生學習的積極性，還能夠使留學生對計算機相關(guān)概念有更深刻的理解。

5.4 在線資源學習平臺建設(shè)

利用中國民航大學的網(wǎng)絡(luò)智慧學習空間，正在為留學生構(gòu)建SPOC在線學習平臺。目前，已錄制線上全英文視頻供后續(xù)留學生年級線上觀看。此外，該平臺還能夠布置線上作業(yè)和習題，匯總知識點，提供在線答疑及互動，統(tǒng)計學生學習情況。該平臺的建設(shè)能夠為留學生提供課下自主學習資源，解決在線學習資源匱乏的問題，使留學生在課下能夠方便地進行學習，逐步養(yǎng)成課下學習的習慣。同時，也便于老師對留學生的學習情況進行更深入的了解。

6 改革初具成效：考核結(jié)果統(tǒng)計與分析

近兩年受全球疫情影響，留學生的課程均采取線上授課方式。對近兩年的出勤率和成績進行了分析比較，結(jié)果分別如圖2和圖3所示。

圖2展示的出勤情況為14次統(tǒng)計數(shù)據(jù)，可以看出2021年的出勤率明顯高于2020年的出勤率，兩年的平均出勤率分別為89%和75%。出勤率的提高是由多方面的因素造成的，一方面2020年大學計算機基礎(chǔ)的上課時間均為北京時間上午，這對于中亞、西亞和非洲國家的學生造成了極大不便，而2021年的上課時間均為北京時間下午，該時間幾乎對班里所有國家的學生都比較適合;另一方面，本學期增加的課堂小測驗也對學生的出勤起到了一定的督促作用。

圖3統(tǒng)計了近兩年的期末考試各個分數(shù)段的人數(shù)比例以及平均分。可以看出，2021年的卷面不及格比例得到了明顯的下降，僅為4.6%，并且[90-100]的高分段比例從2020年的37.8%提高到了53.5%，平均分則從79提高到了85，與圖1所示的出勤率呈現(xiàn)正相關(guān)。兩次期末考試的題型一樣，2021年期末考試的難度甚至更大一些。由此可見，通過教學內(nèi)容和教學方式的改進，學生對知識的掌握和理解有了提高。

7 結(jié)語

中國經(jīng)濟和實力的飛速發(fā)展將會吸引越來越多來自世界各國的學生來中國留學，而大學計算機基礎(chǔ)作為一門計算機類的公共基礎(chǔ)課將會成為多數(shù)留學生的必修課之一。大學計算機基礎(chǔ)的內(nèi)容涉及面廣，既有實踐性較強的數(shù)值操作，也有比較抽象的計算機概論類知識。為了使留學生更好地掌握和理解計算機的基礎(chǔ)知識，避免抽象化和分散化，從宏觀上用一條主線將知識點串聯(lián)起來，并基于案例教學法將抽象的知識形象化，將分散的知識系統(tǒng)化，最終使留學生形成一個計算機系統(tǒng)的概念。為了增強留學生對中國的認同感以及對來中國留學的強烈需求，在課程中增加中國在計算機相關(guān)領(lǐng)域的突出成就的介紹。在教學方法層面，結(jié)合留學生的特點，揚長避短，將教學方法多樣化，提高留學生的學習興趣。結(jié)果表明，以上措施獲得了良好的教學效果。最后，本課程已構(gòu)建在線資源學習平臺，錄制課程教學視頻，為留學生提供課下線上自主學習資源。

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【通聯(lián)編輯：朱寶貴】