新工科背景下低代碼平臺在“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程中的應(yīng)用

張思萌 姜丹 王輝

摘要：針對新工科背景下“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程實際教學(xué)中的學(xué)生動手能力弱的問題，提出了課程配套的基于低代碼平臺的實驗教學(xué)方法，并將云計算、人工智能模型等新興技術(shù)引入課堂，介紹了該套實驗課程的詳細(xì)內(nèi)容，闡述了其教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：低代碼平臺；軟件開發(fā)；高校教育；計算機教學(xué)

中圖法分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

１ 引言

２０１７ 年，相關(guān)部門提出“新工科”計劃，目標(biāo)是為新興的工科產(chǎn)業(yè)提供人才儲備。自該計劃推出以來，以“新工科”為核心的課程建設(shè)成為各大高校改革發(fā)展的重要方向［１～２］ 。在近幾年的新興技術(shù)中，云計算、大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)安全等技術(shù)百花齊放，成為計算機時下最熱的發(fā)展方向，而這些技術(shù)的共同點是發(fā)展速度快、技術(shù)壁壘高，需要技術(shù)積累和沉淀，顯然這些新興的發(fā)展方向給高校的計算機教學(xué)帶來了一定的挑戰(zhàn)。

２ “新工科”計劃與“ 大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程融合現(xiàn)狀

“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”是一門計算機公共基礎(chǔ)課程，主要內(nèi)容是學(xué)習(xí)計算機基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學(xué)生建立良好的計算思維［３］ ?！按髮W(xué)計算機基礎(chǔ)”課程一般面向非計算機專業(yè)學(xué)生［４］ ，學(xué)生的共同特點是計算機基礎(chǔ)薄弱、沒有清晰的計算思維的概念。通過對學(xué)生學(xué)習(xí)情況調(diào)查顯示，學(xué)習(xí)“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程，使學(xué)生掌握了計算機的基礎(chǔ)理論知識，能夠?qū)⒑唵螁栴}抽象化，然后通過編程解決，但是其動手能力相對較弱，無法獨立完成應(yīng)用開發(fā)，導(dǎo)致很多學(xué)生無法將計算思維落地，實現(xiàn)交互性更強的可視化應(yīng)用軟件，進(jìn)而造成理論強、實踐弱的結(jié)果。所以，如何通過學(xué)習(xí)“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程，讓學(xué)生建立對等的實踐能力，是目前“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程研究的重點。尤其是在“新工科”的背景下，新興技術(shù)層出不窮，其高壁壘的學(xué)習(xí)路徑難以與“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程結(jié)合，如何將二者進(jìn)行更好的融合是高校計算機教學(xué)研究和探索的重要方向［５］ 。

３ 低代碼平臺特性

在實際應(yīng)用中，傳統(tǒng)的軟件開發(fā)需要大量的計算機知識積累，并涉及多方人員的溝通和配合，開發(fā)流程漫長，所以市場產(chǎn)生了對于“低代碼”的需求。２０１４年，Ｆｏｒｒｅｓｔｅｒ 提出低代碼的概念，隨后各大科技公司如微軟、ＩＢＭ 等相繼推出低代碼解決方案，并稱其為低代碼平臺（Ｌｏｗ Ｃｏｄｅ Ｐｌａｔｆｏｒｍ， ＬＣＰ）［６］ 。低代碼平臺的出現(xiàn)給軟件開發(fā)帶來了新的定義，使開發(fā)人員從重復(fù)勞動中解放出來，極大地賦能了業(yè)務(wù)人員和沒有計算機知識積累的人員［７］ 。

低代碼平臺是近年來計算機應(yīng)用的新興發(fā)展方向，其算力一般由云計算平臺提供支持，實現(xiàn)了計算資源的彈性可擴展。低代碼平臺還提供了大量的人工智能模型接口，如微軟Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｔｆｏｒｍ 平臺提供了ＡＩ Ｂｕｉｌｄｅｒ 模塊，以及文本識別、實體提取、文本翻譯、預(yù)測等人工智能模型，這些都可以供低代碼平臺直接訓(xùn)練調(diào)用。除此之外，低代碼平臺在數(shù)據(jù)的安全性上也提供了極大的保障，在權(quán)限管理中，可通過基于角色的權(quán)限進(jìn)行權(quán)限分割，在數(shù)據(jù)傳送上，低代碼平臺可借助云計算的可搜索加密技術(shù)確保數(shù)據(jù)的安全性。

綜上所述，低代碼平臺是集合了眾多新興技術(shù)為一體的典型的“新工科”新興技術(shù)。

與其他新興技術(shù)不同，低代碼平臺通過短時間的學(xué)習(xí)即可輕松上手。低代碼平臺采用“搭積木”的方式進(jìn)行組建，開發(fā)過程所見即所得。該平臺提供了大量常見的圖形化組件，如確定按鈕、工具按鈕等。每個組件還配備多種相應(yīng)動作，如跳轉(zhuǎn)、彈出等動作。開發(fā)人員只需梳理應(yīng)用業(yè)務(wù)流程，即可在低代碼平臺上快速實現(xiàn)并發(fā)布部署應(yīng)用。低代碼平臺因其特有的敏捷的開發(fā)模式，非常適合初學(xué)計算機課程的學(xué)生，在建立一定的計算思維后，學(xué)生可在低代碼平臺上快速實現(xiàn)應(yīng)用的搭建，從而強化動手能力和計算思維。筆者結(jié)合低代碼平臺的特性，綜合考慮“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程的特點，設(shè)計了與該課程配套的實驗課程，可加強學(xué)生的計算思維，提升學(xué)生的動手能力。

４ 基于低代碼平臺的“ 大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程配套實驗課程設(shè)計

４．１ 教學(xué)大綱設(shè)計

“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程的內(nèi)容多、方向廣，如圖１ 所示。左側(cè)為課程內(nèi)容的組成部分?！按髮W(xué)計算機基礎(chǔ)”課程以計算工具與計算思維為核心，同時以Ｐｙｔｈｏｎ 編程為基礎(chǔ)，既把Ｐｙｔｈｏｎ 當(dāng)作學(xué)習(xí)的對象，又將其作為實踐工具，強化計算思維。為滿足以后的學(xué)習(xí)工作需要，教學(xué)內(nèi)容還應(yīng)覆蓋基礎(chǔ)的Ｗｉｎｄｏｗｓ 和Ｏｆｆｉｃｅ 操作。

４．２ 課程教學(xué)實例

為提升學(xué)生的動手能力，加強學(xué)生的計算思維，本文設(shè)計了一套基于低代碼平臺的教務(wù)成績管理系統(tǒng)的實驗流程。該實驗可在課程的后期作為配套實驗展開授課，在授課前，學(xué)生應(yīng)先掌握圖１ 左側(cè)的所有內(nèi)容，在實驗課程展開期間，將對①～⑧的所有內(nèi)容進(jìn)行綜合實踐應(yīng)用，每個實驗所包含的知識點均歸類于圖１ 右側(cè)實驗進(jìn)度的下方。實驗所使用的平臺為微軟的Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｔｆｏｒｍ，以及Ｐｙｔｈｏｎ 環(huán)境和Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ３６５。以下是實驗進(jìn)度的詳細(xì)組成信息。

（１）進(jìn)度一：低代碼平臺介紹。

進(jìn)度一的教學(xué)目標(biāo)著重于在應(yīng)用設(shè)計中感受計算思維的應(yīng)用，通過動手實踐，了解最新的軟件開發(fā)技術(shù)。

實驗初期，可以直接引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實踐，使其感受開發(fā)流程。低代碼平臺中，應(yīng)用的搭建是由多個有內(nèi)容的頁面堆疊而成的，并通過響應(yīng)動作關(guān)聯(lián)成動態(tài)的應(yīng)用。課程講授可以考慮從平臺提供的大量頁面模板直接入手，如空白界面、日歷界面等，這些模板界面已經(jīng)配備了完整的ＵＩ 設(shè)計，進(jìn)行內(nèi)容填充即可使用。低代碼平臺采用控件形式開發(fā)，在每個頁面中，可根據(jù)實際需要，直接添加包裝好的圖形化控件，還可以設(shè)置控件的可見性、大小，以及其關(guān)聯(lián)的動態(tài)動作。

（２）進(jìn)度二：建立數(shù)據(jù)模型。

進(jìn)度二的教學(xué)目標(biāo)著重于加強學(xué)生對數(shù)據(jù)模型三要素的理解，通過建模，學(xué)生能夠掌握常見輕量級數(shù)據(jù)庫的建模和使用方法。

進(jìn)度二以教務(wù)成績管理系統(tǒng)的建立為出發(fā)點，第一步，引導(dǎo)學(xué)生從建立概念數(shù)據(jù)模型的角度入手，進(jìn)行現(xiàn)實世界的抽象建模，設(shè)計教務(wù)系統(tǒng)的Ｅ?Ｒ 圖，主要實體應(yīng)包括教師、學(xué)生、班級、課程等，隨后補全實體所包含的屬性和聯(lián)系。第二步，將概念數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為邏輯數(shù)據(jù)模型，即關(guān)系表模式。第三步，介紹某一數(shù)據(jù)庫軟件的使用方法，如小型數(shù)據(jù)庫Ａｃｃｅｓｓ 等。

最后，介紹Ｐｏｗｅｒ Ａｐｐｓ 對數(shù)據(jù)庫的接入方法，及對接入的數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，配置相應(yīng)的功能，如數(shù)據(jù)的增刪改查等。

（３）進(jìn)度三：擴展實驗。

進(jìn)度三采用組隊學(xué)習(xí)的方式，選擇感興趣的專題進(jìn)行擴展學(xué)習(xí)，提供以下４ 個方向進(jìn)行研究學(xué)習(xí)．方向一：基于角色的權(quán)限控制。在應(yīng)用中，通常會涉及不同權(quán)限的角色，而每個角色應(yīng)具有不同的權(quán)限，如訪問、數(shù)據(jù)操作等。在教務(wù)成績管理系統(tǒng)中，主要涉及的角色有學(xué)生、教師等。每個角色的權(quán)限范圍是不一樣的，如學(xué)生能看到自己的成績，其具有訪問權(quán)，但無權(quán)修改；教師可以瀏覽選其課程的學(xué)生列表，填入學(xué)生的成績。如何賦予每個用戶足夠的權(quán)限是一個重要的問題，最常被開發(fā)者使用的模型是基于角色的權(quán)限控制模型（ Ｒｏｌｅ?Ｂａｓｅｄ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ，ＲＢＡＣ），該模型可以根據(jù)角色劃分不同的權(quán)限，每個用戶可以集成其角色所擁有的權(quán)限，達(dá)到權(quán)限控制的目的。在此實驗中，可引入ＲＢＡＣ 模型，實現(xiàn)精準(zhǔn)的權(quán)限劃分。

方向二：人工智能模塊。低代碼平臺通常具有很高的集成性，可以引入訓(xùn)練好的人工智能模型，從而優(yōu)化應(yīng)用的運行。在教務(wù)系統(tǒng)中，試卷成績的錄入，可通過訓(xùn)練文字識別模型（ Ｏｐｔｉｃａｌ ＣｈａｒａｃｔｅｒＲｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，ＯＣＲ）得以實現(xiàn)。除了ＯＣＲ 模型之外，還可以采用聚類算法對學(xué)生的成績進(jìn)行聚類評估，構(gòu)建更精準(zhǔn)的教學(xué)評價體系。

方向三：機器人流程自動化。機器人流程自動化（Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＲＰＡ）是低代碼技術(shù)的衍生技術(shù)之一，ＲＰＡ 可以通過模仿用戶操作計算機的方式，實現(xiàn)流程的自動化運轉(zhuǎn)和處理。而ＲＰＡ 和低代碼平臺的結(jié)合，給了流程自動化和批量操作更多的可能。比如，在應(yīng)用程序的按鈕上，可以關(guān)聯(lián)自動運轉(zhuǎn)的操作流，當(dāng)點擊成績的提交按鈕后，將觸發(fā)成績發(fā)布審批流程，實現(xiàn)成績的自動發(fā)布。

方向四：云計算。低代碼平臺的算力依靠云計算提供支撐。在教務(wù)成績管理系統(tǒng)中，考慮到學(xué)生信息、學(xué)生成績等通常需要存儲若干年，并且對數(shù)據(jù)的安全性有一定的要求。對于數(shù)據(jù)的存儲，可以考慮借助云計算的存儲資源實現(xiàn)，從而提高應(yīng)用的可靠性。

（４）進(jìn)度四：小組匯報。

在學(xué)習(xí)拓展方向后，通過組隊的方式，自主探索應(yīng)用搭建主題，實現(xiàn)完整應(yīng)用的落地。匯報內(nèi)容應(yīng)包括需求分析文檔、詳細(xì)設(shè)計文檔、應(yīng)用展示等。

５ 課程實施情況

課程的首次開展采用Ｏｎｅ?ｄａｙ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ 報名的形式，共計３０ 名學(xué)生。考慮到低代碼平臺敏捷的開發(fā)特性，限定每小組３～４ 人進(jìn)行組隊開發(fā)。最終匯報結(jié)果如表１ 所列。

根據(jù)匯報情況可得出，低代碼平臺平均開發(fā)時長為６．６４ 小時，相較于傳統(tǒng)的軟件開發(fā)技術(shù)，開發(fā)周期大幅縮短。在所用技術(shù)統(tǒng)計中可以發(fā)現(xiàn)，進(jìn)度三的選做實驗均得到了有效的利用。從匯報結(jié)果上看，其作品完成度高，交互性強。對選課學(xué)生進(jìn)行隨訪后發(fā)現(xiàn)，低代碼平臺成為很多學(xué)生開發(fā)的主要選擇，在需要快速搭建業(yè)務(wù)雛形時，學(xué)生多數(shù)會主動選擇低代碼平臺進(jìn)行實踐，該課程的開設(shè)大幅提高了學(xué)生對于計算機課程的興趣。在各項計算機大賽和建模比賽中，利用低代碼開發(fā)的應(yīng)用都取得了良好的名次。

６ 結(jié)束語

低代碼平臺憑其上手快、易理解、易擴展的特性，成為近兩年國內(nèi)開發(fā)市場的大熱產(chǎn)品。其開發(fā)理念敏捷高效，十分適合“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”課程中的實作訓(xùn)練，學(xué)生可以快速構(gòu)建屬于自己的應(yīng)用并進(jìn)行發(fā)布，既鍛煉學(xué)生的計算思維，又使得應(yīng)用構(gòu)想得到快速驗證和落地。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：張思萌（１９９５—），碩士，助教，研究方向：數(shù)據(jù)挖掘與分析、低代碼平臺開發(fā)。