學科競賽驅(qū)動下計算機導論課程教學改革研究

張佳樂　孫小兵　李斌

關鍵詞： 計算機導論；學科競賽；課程改革；混合教學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）21-0162-03

以計算機技術為驅(qū)動的信息化時代，創(chuàng)新型人才培養(yǎng)至關重要。其勢必會推動國家、民族、社會的長遠發(fā)展，提高國家核心競爭力。計算機作為高等教育體系中的熱門專業(yè)，更加注重學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)。但從實際發(fā)展情況來看，國內(nèi)高校仍采用理論化、教條化的授課方法，難以激發(fā)學生的創(chuàng)新熱情和自主學習能力[1]。計算機導論是面向計算機專業(yè)本科生開設的第一門學科基礎課，也是培養(yǎng)學生認知計算體系、建立計算思維、提升創(chuàng)新能力的利器[2]。為此，文章結(jié)合高等院校計算機專業(yè)學科競賽，以創(chuàng)新人才培養(yǎng)、激發(fā)創(chuàng)新熱情為導向，探究計算機導論課程教學改革新思路。

1 計算機導論課程概述

計算機導論是計算機領域?qū)W生學習計算機知識的敲門磚。通過該課程的學習，學生能夠初步、系統(tǒng)地了解計算機相關基礎知識，為日后學習專業(yè)知識奠定基礎；同時學習該課程還可培養(yǎng)學生計算思維，提高發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，培養(yǎng)良好的學習習慣[3]。對于本課程的教學，知識點涉及廣泛，不僅僅包含簡單的計算機基本概念，還包含了人工智能、軟件開發(fā)、計算機網(wǎng)絡等知識點。為了讓計算機導論課程更好地適應社會發(fā)展，真正發(fā)揮導論課程的作用，為專業(yè)課程筑牢扎實的地基，現(xiàn)在需要對本門課程進行教學改革。

2 課程現(xiàn)狀及存在問題

2.1 學生基礎存在差異

目前，大一新生的計算機基礎起點已經(jīng)得到了提高，但由于不同高中院校對計算機基礎知識重視程度不同、地域發(fā)展、高考體系不同等差異的存在，導致學生基礎差異較大。學生來自省內(nèi)不同的高中，甚至不同的省份，同一專業(yè)學生的計算機基礎知識和操作水準差異較大。課程多采用大班教學，難以滿足全部學生的個性化學習需求，更談不上因材施教。教學效果不理想的其中一個原因正是學生基礎的差異性，導致教學難度增加。

2.2 培養(yǎng)模式循規(guī)蹈矩

現(xiàn)在的本科院校學生接受的教育多為應試教育[4]。老師將書本上的內(nèi)容、答題高分的技巧傳遞給學生，學生被動地接受知識。這種填鴨式的教育導致學生遇到問題的時候，缺乏思考，創(chuàng)新思維能力薄弱。而造成這種現(xiàn)象的原因則是傳統(tǒng)教育考核方式是書面教育與答題，這直接導致學生只會答題，卻很少通過自己動手做實驗獲取知識，致使學生動手能力差。

2.3 教學內(nèi)容過于單一

由于計算機導論這門課程是計算機專業(yè)的第一門專業(yè)基礎課程，所以課程內(nèi)容設定較為廣泛，基礎理論知識比重大且知識點分散。課程為學習計算機學科的學生后期學習專業(yè)課打下基礎。但單一的理論內(nèi)容的教學，使得學生在學習知識的過程中感覺枯燥乏味，從而產(chǎn)生了學生對知識點掌握較差的現(xiàn)象。

3 計算機導論課程教學改革與實踐

3.1 計算機專業(yè)學科競賽

結(jié)合實際情況來看，計算機專業(yè)所涉及的學科競賽主要包含以下五個方面：“互聯(lián)網(wǎng)+”、中國高校計算機大賽、“挑戰(zhàn)杯”、程序設計類以及機器人大賽[5]，如表1所示。

1）“ 互聯(lián)網(wǎng)+”

中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，目的是提升大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，加快培養(yǎng)創(chuàng)業(yè)型人才。參賽團隊通過登錄全國大學生創(chuàng)業(yè)服務網(wǎng)進行報名。賽事主要采用校級初賽、省級復賽、總決賽三級賽制。層層選拔后產(chǎn)生若干個優(yōu)秀項目入圍總決賽。大賽設金獎、銀獎、銅獎和各類單項獎；另設高校集體獎、省市組織獎及若干獎項等。

2） 中國高校計算

機大賽中國高校計算機大賽（簡稱C4） 主要有：大數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)賽、團體程序設計天梯賽、移動應用創(chuàng)新賽、網(wǎng)絡技術挑戰(zhàn)賽和人工智能創(chuàng)意賽，由教育部高等學校計算機類專業(yè)教學指導委員會等主辦。賽事主要采用資格賽、選拔賽、挑戰(zhàn)賽三級賽制。C4賽事因其“服務教學、推動教改、促進融合、引領創(chuàng)新”的辦賽理念，在高校群體中產(chǎn)生了廣泛而深遠的影響。

3）“ 挑戰(zhàn)杯”

由共青團中央、教育部、中國科協(xié)、全國學聯(lián)主辦的“挑戰(zhàn)杯”比賽是國內(nèi)大學生最關注最熱門的全國性競賽，包含全國大學生課外學術科技作品競賽以及中國大學生創(chuàng)業(yè)計劃大賽兩大賽事。兩個項目的全國競賽交叉輪流開展，每個項目每兩年舉辦一屆。全國大學生課外學科技術競賽簡稱“大挑”，更注重于參賽作品在學術科技發(fā)明創(chuàng)作方面帶來的實際意義與特點。中國大學生創(chuàng)業(yè)計劃大賽俗稱“小挑”，更注重參賽作品市場與技術服務的結(jié)合，商業(yè)性更強。

4） 程序設計類

程序設計類大賽有ACM-ICPC國際大學生程序設計競賽、藍橋杯全國軟件和信息技術專業(yè)人才大賽和“中國軟件杯”大學生軟件設計大賽。程序設計類比賽考察了學生編程、團隊合作、創(chuàng)新力等綜合能力。藍橋杯全國軟件和信息技術專業(yè)人才大賽面向全國所有在讀學生，中小學生可參加青少年創(chuàng)意編程組比賽，而研究生、本科生、高職高專、中職中專學生可報名參加除青少年創(chuàng)意編程組外的其他各類比賽。

5） 機器人大賽

機器人大賽有中國機器人大賽、RoboCup機器人世界杯中國賽、中國機器人及人工智能大賽、中國高校智能機器人創(chuàng)意大賽以及全國大學生機器人大賽。大賽不僅僅培養(yǎng)了學生綜合運用知識的能力，還培養(yǎng)了學生提出問題解決問題的能力，同時比賽還更具有趣味性。正因如此，激發(fā)了學生參與比賽的積極性，從而助力了機器人領域以及人工智能領域的人才培養(yǎng)。

3.2 結(jié)合學科競賽重構(gòu)教學內(nèi)容

為了更好地激發(fā)學生參與競賽的積極性與創(chuàng)造力，結(jié)合各種競賽所需具備的知識基礎，對教學內(nèi)容進行優(yōu)化調(diào)整，優(yōu)化后的教學內(nèi)容分為八大知識單元，如表2所示。

根據(jù)調(diào)整后的教學內(nèi)容，按照競賽類別與理論知識的關系設定教學任務，并引導學生選擇參加適合自己的競賽類別。

前四個單元教學內(nèi)容，主要是培養(yǎng)學生建立計算思維，了解基本計算機知識體系。后四個單元的教學內(nèi)容則是為了學生后期參加各類別學科競賽建立專業(yè)知識基礎。例如，對于軟件工程這個單元的教學內(nèi)容則是軟件工程全生命周期知識體系，著重培養(yǎng)學生對軟件開發(fā)和維護的理解能力，從而可以去參加程序設計類競賽；計算機網(wǎng)絡與安全這塊知識單元則是重點講解計算機網(wǎng)絡基本概念和架構(gòu)，培養(yǎng)學生對計算機信息安全體系結(jié)構(gòu)的理解能力，繼而可以參加“挑戰(zhàn)杯”、中國高校計算機大賽和“互聯(lián)網(wǎng)+”類別的競賽；人工智能概述這一單元的知識旨在培養(yǎng)學生應用人工智能理論解決工程問題的思維模式，為學生參加機器人大賽打下基礎；Python程序設計教學單元的設定目的在于培養(yǎng)學生編程思想與程序設計能力，可以激勵學生參與程序設計類競賽。

3.3 實行“線上+線下”混合教學模式

互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，不僅僅給人類生活帶來了便利，還為現(xiàn)代化教學帶來了便利。對于MOOC網(wǎng)的出現(xiàn)，可以更好地讓學生把握學習的進度[6]。如圖1所示，課程以中國大學MOOC網(wǎng)為依托，進行了“線上+ 線下”混合教學模式，在一定程度上可以緩解學生基礎所帶來的差異性，同時也培養(yǎng)了學生自學能力、思考能力以及團隊合作的能力。

課程開始之前，同學們可以從MOOC網(wǎng)進行課程線上預習。若遇到不理解的知識點提出問題，反復觀看課程去思考問題。如果沒有獲得問題的答案，可以嘗試通過小組討論將知識點理解。

課中教師進行理論教學，提出問題供學生討論。學生分組完成課堂任務，并分組進行匯報，不同小組之間互相點評，最后由教師進行點評。同時也會請參加過競賽的學生交流競賽經(jīng)驗，展示競賽項目，這樣不僅僅能讓學生更了解競賽同時還能激發(fā)學生參與競賽的熱情。

課后學生們根據(jù)自己感興趣的競賽方向進行進階知識的自學。課后可以通過線上和線下相混合的方式發(fā)布作業(yè)，學生自由分組相互協(xié)作完成作業(yè)，遇到問題可以通過線上的方式和教師進行交流。

通過進行“線上+線下”相結(jié)合模式的教學，不僅僅讓學生汲取知識的時間更加自由，還可以反復推敲知識點，使得基礎知識學得更扎實。同時競賽項目的分享，更能讓學生深入了解各大競賽內(nèi)容，激發(fā)學生創(chuàng)造力，自主學習力。教學過程中，分小組去完成教師布置的任務，需要每一位小組成員參與其中，不僅僅提升了學生的責任心、動手能力同時還提升了學生之間團隊合作能力。

3.4 多維度考核方式

考慮到學生多方面發(fā)展，將考核方式進行改革，采取多維度考核方式?？荚嚨目偝煽冇善綍r成績和卷面成績兩個部分組成，分別占比40%和60%。而平時成績又由MOOC網(wǎng)學習成績，課堂作業(yè)以及作品展示三個部分組成，如圖2所示。

測試成績30%、討論30％與作業(yè)30％共同構(gòu)成MOOC學習成績，其占平時成績的30％。MOOC網(wǎng)在每個知識單元視頻后，發(fā)布單元測試題，旨在考查學生通過觀看MOOC網(wǎng)視頻對主要知識的掌握。同步開放討論區(qū)，可以讓學生互相提問、互相解答問題，學生通過互相學習互相講解將知識理解更透徹，平臺根據(jù)學生的參與情況進行打分。不僅如此，平臺可根據(jù)教學內(nèi)容布置單元綜合作業(yè)若干題，學生需在平臺上將作業(yè)完成并提交，參與作業(yè)的自評以及同學之間的相互評價，MOOC系統(tǒng)自動生成作業(yè)得分。

課堂作業(yè)則是考查學生在課堂中知識掌握的情況，以檢驗學生課堂中的學習能力對于知識的汲取程度。

作品展示則是為了考查學生分組完成任務的情況，這一部分在平時成績占比為40%，主要包含作品（40%） ，匯報（30%） 以及問答（30%） 三個部分。分組作業(yè)的方式更能考驗學生團隊合作能力，作品的展示以及課堂中對于作品的問答體現(xiàn)了小組成員的知識能力。課堂匯報鍛煉了學生的表現(xiàn)力，為日后參與競賽打下基礎。

期末考試則是采用無紙化、智能化線上考試系統(tǒng)?？荚嚂r間為120分鐘，題型為：基礎題（40分）和操作題（60分）?；A題主要是填空題和選擇題，主要考查學生對基礎理論的掌握，而操作題則是更能反映學生對知識的運用能力。

4 結(jié)束語

信息化、智能化的時代背景對高校創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提出了更高要求，課程教學改革與創(chuàng)新顯得至關重要。計算機導論作為計算機專業(yè)學生入學的第一門基礎性課程，在培養(yǎng)學生認知計算體系、建立計算思維、提升創(chuàng)新能力上發(fā)揮重要作用。結(jié)合高等院校計算機專業(yè)學科競賽，以創(chuàng)新人才培養(yǎng)、激發(fā)創(chuàng)新熱情為導向，對教學內(nèi)容進行優(yōu)化與重構(gòu)，加強了課程內(nèi)容與學科競賽的深度融合。此外，利用MOOC平臺開展“線上+線下”混合教學模式，開展多維度考核方式改革工作，積極引導學生學研并重、勇于創(chuàng)新，為新時代計算機領域培養(yǎng)優(yōu)秀人才。