一流課程背景下立體化教材建設(shè)

劉添華　劉宇陽　楊茹

摘? ? 要：在一流課程建設(shè)背景下，文章針對目前傳統(tǒng)《大學計算機》教材中存在的內(nèi)容更新不快、可讀性較差的問題，在內(nèi)容組織上融入了大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能和信息安全等內(nèi)容，在學習方式上增加了“二維碼”掃描互動學習平臺。建設(shè)完成的“計算思維+人工智能”新形態(tài)立體化教材，貫徹以學生為中心理念，強化“計算思維”，融入思政要素，實現(xiàn)了計算機教學形式的互動性、內(nèi)容的擴展性、閱讀的靈活性以及育人的融入性，是夯實計算機教學的“新基建”。

關(guān)鍵詞：立體化教材;一流課程;計算思維;課程思政

中圖分類號：G641? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2022）05-0037-03

教材作為知識傳播的主要載體，是教育教學的根本依據(jù)，也是教學活動的重要工具，因此教學改革改到實處是教材。教材是人才培養(yǎng)的主要“劇本”，以計算機課程為例，大多數(shù)強調(diào)內(nèi)容的基礎(chǔ)性和知識的邏輯性，這雖然能從基本原理上清晰反映本學科體系，但不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，難以調(diào)動學術(shù)主觀能動性[1]。結(jié)合高校應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標，建設(shè)“計算思維+人工智能”新形態(tài)的《大學計算機》立體化教材，對促進我國高校計算機基礎(chǔ)教學改革具有重要意義和實踐價值[2]。

一、一流課程提出的背景及建設(shè)目標

如果把育人全過程比作修房造屋，那么建造房屋的圖紙就是人才培養(yǎng)方案，對房屋起主要支撐作用的梁和柱相當于課程體系，而填充在梁柱間數(shù)量龐大的砌塊和磚頭就是課程。課程是育人大廈中的最小單元和細胞。其質(zhì)量高低決定著整個育人體系的質(zhì)量和完整性。每一門課程都需要高質(zhì)量建設(shè)。一流課程就是高質(zhì)量課程，即“金課”[3]。

建設(shè)一流課程要注重以下幾個方面：一是課程內(nèi)容組成上要體現(xiàn)“兩性一度”，即高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度;二是課程教學形式上要體現(xiàn)新技術(shù)與傳統(tǒng)教學方式的深度融入，要考慮時代發(fā)展和學生訴求;三是在課程標準上要體現(xiàn)特色性和多樣化，不拘一格，不能千校一面或千課一面[4]?？傊涣髡n程就是教師教得好、學生愿意學、教學效果優(yōu)的課程。

二、一流課程對教材建設(shè)提出的新要求

教材是課堂教學的“劇本”，是貫穿教學全過程的重要載體，是匯聚一門課程全部知識點的權(quán)威讀本。一本好教材既是課堂教學的有力支撐，也是學生學習的重要抓手[5]。它對于一流課程建設(shè)起到重要的支撐作用，與一流課程建設(shè)相輔相成。從一流課程的建設(shè)內(nèi)容看，體現(xiàn)“兩性一度”，注重新技術(shù)運用以及突出特色是其核心要義，那么作為課程的“劇本”——教材該如何體現(xiàn)這些方面呢？離開內(nèi)容的高階性和時代性，離開教與學的融入式和體驗感，離開對學生學習習慣乃至價值取向的關(guān)心和引領(lǐng)，無法推出一部滿足一流課程要求的好教材。因此，通過分析現(xiàn)有教材建設(shè)中存在的問題，并以此為導向結(jié)合一流課程需要，以滿足“兩性一度”、新技術(shù)融入和突出特色及個性化為目標的新形態(tài)立體化教材，是新時代教材建設(shè)的主要任務(wù)和努力方向。

立體化教材是一個由紙質(zhì)教材、雙語課件庫、微視頻庫、練習題庫、典型案例庫、教案庫及其他各種輔助教學資料，通過信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)加以整合，為多元化智慧教學服務(wù)的新形態(tài)教材。

這里的新形態(tài)指的是與時俱進、突出創(chuàng)新以及反映時代呼聲。這里的立體化主要體現(xiàn)在與一流課程建設(shè)內(nèi)涵相對應(yīng)的三個維度：第一，內(nèi)容維度。即在內(nèi)容組成上，不僅要體現(xiàn)傳統(tǒng)知識點和思維邏輯，更要融入與“兩性一度”相對應(yīng)的在計算思維統(tǒng)領(lǐng)下的現(xiàn)代信息技術(shù)內(nèi)核，如人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)均要有所涉及，跟蹤高階性，體現(xiàn)創(chuàng)新性，達成挑戰(zhàn)度。第二，方法維度。要體現(xiàn)新技術(shù)運用，要體現(xiàn)線上、線下相結(jié)合，要通過智慧樹等慕課平臺擴展教學資源、延展思維領(lǐng)域、豐富教學內(nèi)容，通過課上、課下相結(jié)合方式，在更大范圍的學習時空內(nèi)實現(xiàn)互動，達成效果。第三，特色維度。盡管基本原理和知識點相對固定，但價值融入、院校特色、文化傳承以及面對參差不齊的受眾群體，教學、考核和質(zhì)量標準都要體現(xiàn)多樣化和特色化。

三、當前教材建設(shè)中存在的主要問題

（一）“兩性一度”缺失

傳統(tǒng)教材僅包含了計算機科學領(lǐng)域核心的基礎(chǔ)知識體系，未能兼顧到信息技術(shù)的前沿領(lǐng)域，特別是大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的最新成果，提供的知識陳舊，不能有效激發(fā)學習興趣。在編寫計算機教材時，應(yīng)結(jié)合學生所學專業(yè)，以及各專業(yè)對計算機應(yīng)用水平的不同要求，注重計算思維能力和動手實踐能力的培養(yǎng)。但上述這些方面在現(xiàn)有計算機教材中很難得到體現(xiàn)。

（二）表述方法單一

一方面，傳統(tǒng)教材僅包含基礎(chǔ)理論知識，知識容量基本固定，教學內(nèi)容不易更新和動態(tài)擴展，表述方式及信息渠道單一，這在一定程度上限制了新知識動態(tài)更新，而這一點對于瞬息萬變的計算機技術(shù)而言影響是致命的。另一方面，作為網(wǎng)絡(luò)“原住民”的當代大學生更喜歡學習的互動性和知識的新穎性，也習慣利用時間碎片隨時隨地學習，應(yīng)充分利用慕課平臺、云端資源與實驗指導微視頻等方式完成知識講解和內(nèi)容拓展。

（三）特色不夠鮮明

隨著計算機普及發(fā)展，“大學計算機基礎(chǔ)”課程從知識體系到教學方式均發(fā)生了根本性變化，而教材建設(shè)步伐顯然沒有及時跟進，顯得有些滯后。如沒有考慮學生知識起點的差異性，無法做到分層教學，讓學生各有所得;缺少對學生學習潛力的激發(fā)，尤其缺少對其計算思維和解決問題能力的訓練。紙質(zhì)載體的限制使得許多帶有個性化的知識點和教學案例無法呈現(xiàn)，沒有特色是“大學計算機基礎(chǔ)”課程教材建設(shè)中的問題。

四、本教材的撰寫思路及主要內(nèi)容

為解決以往《大學計算機》教材在內(nèi)容深度及廣度上的不足，本文從全面提升大學生信息素養(yǎng)出發(fā)，體現(xiàn)“從應(yīng)用，到知識，再到思維，最終到能力”的教學思路。“應(yīng)用”為驅(qū)動，“思維”隨著“知識”的講解而融通，“能力”隨著“思維”的理解而提高。

本教材的主要編寫思路是：（1）“推創(chuàng)新”，抓好人才培養(yǎng)的“新基建”。教材從計算思維視角出發(fā)，確定了該課程目標為培養(yǎng)學生的“計算思維”，注重求解方法，培養(yǎng)學生利用計算機技術(shù)解決問題的能力，體現(xiàn)“兩性一度”。（2）“融思政”，奠定“立德樹人”基礎(chǔ)。教師結(jié)合課堂教學進行潤物細無聲的思政教育，將我國計算機領(lǐng)域的跨越式發(fā)展自然融入課堂教學，實現(xiàn)德育與智育協(xié)同育人的效應(yīng)。（3）“拓形態(tài)”。引導學生利用信息化手段學習最新知識，將傳統(tǒng)紙質(zhì)教材和多形態(tài)的立體化教材結(jié)合起來體現(xiàn)完整的“教材鏈”。按此思路編撰的教材將使不同學習基礎(chǔ)的學生都能從中受益，為不同專業(yè)、培養(yǎng)目標迥異的學生量身打造個性化學習方案，讓教材建設(shè)體現(xiàn)以生為本。

該立體化教材有以下幾方面特色：以計算思維為導向，注重應(yīng)用和創(chuàng)新能力培養(yǎng);融入課程思政理念，奠定立德樹人基礎(chǔ);建立依托產(chǎn)業(yè)需求培養(yǎng)模式，并涵蓋計算機發(fā)展最新技術(shù);增設(shè)思維創(chuàng)新欄目，實現(xiàn)教育賦能。

本教材的主要內(nèi)容：以滿足新工科專業(yè)應(yīng)用型、復合型、 創(chuàng)新型高級專門人才需求，體現(xiàn)“兩性一度”?；诖耍窘滩膹挠嬎闼季S視角入手，對以“計算思維”“系統(tǒng)思維”“0和1的思維”“算法與程序思維”“數(shù)據(jù)思維”“網(wǎng)絡(luò)化思維”“信息與倫理思維”為代表的計算思維進行了多角度、全方位介紹。教材注重實踐導向，融入專業(yè)工程背景和思政元素。內(nèi)容主要安排了四個實驗環(huán)節(jié)，從不同側(cè)面提升學生應(yīng)用計算機解決實際問題的能力，包括排版、程序初步認識、數(shù)據(jù)庫基本應(yīng)用及網(wǎng)頁制作等。本教材內(nèi)容的思維導圖如圖1所示。

《大學計算機》立體化教材主要通過“強思政”“推創(chuàng)新”“拓形態(tài)”“高定位”“OBE（成果導向教育）”五個方面的相互融合，完善了教材內(nèi)容，面向人才培養(yǎng)的《大學計算機》教材如圖2所示。

（一）以計算思維為視角

《大學計算機》教材從七個計算思維視角進行編

寫，引導學生建立正確的計算思維，著重培養(yǎng)他們獨立思考、分析和解決問題的能力。在解決問題過程中逐步培養(yǎng)學生形成信息及專業(yè)素養(yǎng)，并學會運用計算思維和計算機優(yōu)勢解決與所學專業(yè)相關(guān)技術(shù)問題。

（二）融入思政元素

思政元素的融入是實現(xiàn)“三全育人”的現(xiàn)實需要，用計算機課程這個優(yōu)秀“食材”來融進思政要素的“食鹽”。要巧妙融入，潤物無聲。本教材每一章節(jié)后均設(shè)置了“擴展閱讀”版塊二維碼，經(jīng)掃描后便可了解到大量融進思政要素的計算機知識。如“我國計算發(fā)展中標志性事件和關(guān)鍵過程”“國產(chǎn)操作系統(tǒng)”“國產(chǎn)編程軟件”、中國科學技術(shù)大學“九章”量子計算機等。讓數(shù)字有溫度，讓信息有情懷。

（三）新形態(tài)立體化教材

立體化教材內(nèi)容靈活、表現(xiàn)形式多樣、注重學生個性發(fā)展，是我國教材發(fā)展和改革的趨勢，是高校傳統(tǒng)教材改革的重大突破。新形態(tài)立體化教材如圖3所示。

1.新形態(tài)。建設(shè)新形態(tài)的《大學計算機》立體化教材，集多媒體、多形態(tài)、多用途及多層次的教學資源和多種教學服務(wù)為一體。新形態(tài)教材添加可視性強的二維碼微視頻，補充更新實踐案例，拓展內(nèi)容可滿足學生個性化特點，體現(xiàn)融合性、關(guān)聯(lián)性、開放性、交互性，強化育人功能，打破紙質(zhì)教材的局限。

2.廣思路。內(nèi)容更全面，包含主體知識、案例及案例分析、習題、試題庫及答案、教案、課件及其他內(nèi)容。外在形式更加豐富，包含主教材、配套電子資料、教學網(wǎng)站（智慧樹慕課）和網(wǎng)絡(luò)出版物等。教學目標更明確，圍繞著“教”與“學”兩個側(cè)重點，教學相長，既可為教師提供教學參考，又可為學生提供學習指導。

3.云教材。云教材優(yōu)勢在于能夠更好地整合教學資源、加強師生互動、提高學生學習興趣、促進學生的個性化發(fā)展、提高教學質(zhì)量等。經(jīng)過課程團隊的不懈努力，“大學計算機——計算思維視角”慕課已在智慧樹上線，被評為2019年度黑龍江省線上、線下混合式一流課程。該慕課課程作為云教材，對教師課堂教學活動起到了重要的補充作用，成為學生課后自主學習的主要形式之一。

4.重應(yīng)用。對于應(yīng)用型本科院校，應(yīng)在合理培養(yǎng)目標的基礎(chǔ)上，從教材改革入手，培養(yǎng)學生綜合應(yīng)用能力。課程團隊編寫了通俗易懂、貼近實際生活的案例，經(jīng)反復討論、論證和篩選，選取了具有應(yīng)用價值和代表性的作為實驗案例，幫助教師更好地傳授知識，提高學生的學習興趣。

5.拓視野。以二維碼的形式在教材中增設(shè)了“擴展資源”“賦能加油站”版塊，學生可隨時隨地利用移動互聯(lián)網(wǎng)進行學習，如同教師進行一對一教學，可以讓教育變得鮮活，給課程帶來生命，拓寬了學生的學習視野，提高了學生的學習興趣。

6.強時效。教材內(nèi)容選取重視基礎(chǔ)教學內(nèi)容，同時適當介紹最新發(fā)展動態(tài)，保證學生的學習能跟得上計算機技術(shù)的發(fā)展。本教材內(nèi)容涵蓋了人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等新技術(shù)，以及時下流行的3D打印、AR和網(wǎng)絡(luò)安全等新內(nèi)容，充分保證了教材內(nèi)容的先進性和教材建設(shè)的可持續(xù)性。

本教材秉持以“學生中心”的理念，針對當前計算機基礎(chǔ)類教材存在的主要問題，從一流課程對教材的新需求出發(fā)，在新編教材中體現(xiàn)“兩性一度”、新技術(shù)應(yīng)用及個性化學習內(nèi)涵。注重計算思維能力和工程能力培養(yǎng)，注重價值引領(lǐng)和賦能擴展，注重從“教師傳授”向“學生主動學習”轉(zhuǎn)變。本教材自2020年9月出版以來已發(fā)行7 000余冊，被10余所應(yīng)用型本科院校和高職高專院校選用，使用效果反饋良好。下一步，立體化教材還需要在豐富案例庫上做更多工作。

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