面向计算思维的非计算机专业大学计算机基础课程改革探析

[摘 要]本文分析当前大学计算机基础教育的教学现状与行业需求之间的矛盾,结合计算思维,就如何提高教学效果、培养学生的应用能力,提出关于非计算机专业的大学计算机课程的改革思路.从教学目标、教改指导思想、新的教学模式的组成等几个方面论述了新的教学模式和改革,力争提高计算机基础课程的教学质量和教学效果,以适应创新型社会的人才需求.

[关 键 词]计算思维非计算机专业大学计算机基础课程改革

引言

社会信息化不断向纵深发展,各行各业的信息化进程不断加速.电子商务、电子政务、数字化校园、数字化图书馆等己向我们走来.用人单位对大学毕业生的计算机能力要求有增无减,计算机成为衡量大学生业务素质与能力的突出标志.

高等学校的计算机教育有两类不同的范畴：一种是指计算机专业的学科教育即计算机专业教育；另一种是指面向全体大学生的计算机基础教育.非计算机专业的学生占全体学生数量的90%,高等学校计算机基础教学是为非计算机专业学生提供的计算机知识、能力与素质方面的教育,旨在使学生掌握计算机、网络及其它相关信息技术的基本知识,培养学生利用计算机分析问题、解决问题的意识与能力,提高学生的计算机素质,为将来应用计算机知识与技术解决自己专业实际问题打下基础.

但随着新形势的变化,很多高校计算机基础教育出现了颇多问题,无法真正满足素质教育的要求.因此,有必要对当前存在的问题进行分析,对教学目标、教学模式、教学思想等方面进行相应的改革,以满足社会对人才、知识和技能的需求,增强学生的就业信心和实力.

一、出现的问题

(一)基础不同,学习需求各有差异的问题

本科院校的生源通常来自不同地方,使得学生间的计算机基础存在较大的差异.我们连续三年在昆明理工大学做过问卷调查,在入学前学生掌握的计算机知识多限于网络的初步应用,比如收发邮件和聊天,但是基础知识仍然未达到大学计算机教学的目标.随着中小学信息技术教育的普及,目前,大学的计算机基础教育中计算机文化层次的教学内容已经逐步下移到中小学.但由于各地区发展的不平衡,在今后一段时间,新生入学的计算机水平会呈现出更大的差异.目前我校教学中出现的情况是,计算机基础较好的同学感觉课堂内容简单重复,学习兴趣降低；计算机基础较差的同学往往从零学起,希望能放慢授课进度.

(二)内容繁杂,兴趣不大逃课率大的问题

大学计算机基础的教材,名称很多,诸如入门、文化等等,都被认为是计算机基础课的教材.内容基本上是Windows操作系统、Office软件、Inter基础知识、数据库基本知识等有关领域的浓缩版.教学突出了实用性,但给学生有操作培训的感觉.教学内容也没有针对不同专业进行区分,让学生觉得和后续本专业的课程没有太大关联,导致的后果就是：学生进入大学后,对第一门计算机课程兴趣不大,逃课率较高.

(三)教学滞后,教学目的与社会需求不一致的问题

应用型本科院校对非计算机专业的大学计算机课程教学的目的是不以学习纯理论的课程为目的,而是作为应用技术来掌握.因此教师在讲授内容时大都结合具体软件,注重训练学生使用计算机的技能.尽管学生掌握了几款软件的使用方法,但在毕业后进入各自行业工作中,学生将面对不得不学习新的版本的境况；同时不同行业对信息或数据处理的需求是不同的,这不是使用几款软件的经验就可以胜任的.

二、计算思维的思想

2006年3月,美国卡内基·梅隆大学周以真教授清晰系统地阐述了计算思维,2010年10月中国科学技术大学陈国良院士在“第六届大学计算机课程报告论坛”倡议将计算思维引入大学计算机基础教学以后,计算思维得到了国内计算机基础教育界的广泛重视.然而,在具体的执行过程中遇到了许多问题,既由于认识上的不足,又由于大学计算机基础教学的特殊性.如何在计算机基础教学中,培养大学生的计算思维,使大学生学会用计算思维去思考问题和解决问题,对提升计算机基础教学水平、培养卓越人才具有重要的意义.教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会颁布的《关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见》、《计算机基础课程教学基本要求》等有关文件虽然没有明确提出计算思维,但是贯穿了计算思维思想.《关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见》提出；计算机基础教学的目标是培养学生掌握一定的计算机基础知识、技术与方法,以及利用计算机解决本专业领域中问题的能力.大学计算机基础的课程目标是“使他们在各自的专业中能够有意识地借鉴、引入计算机科学中的一些理念、技术和方法等利用计算机、认识并处理计算机应用中可能出现的问题”.简单地说,是使用计算机科学技术和方法处理问题,这是计算思维的目标.

三、改革措施

首先,我们应当探索实施以计算思维为导向的教学方案.原则上分类实施：分为理工类、综合类和人文艺术类.主要区别是前两者增加程序设计算法要求,后者增加办公软件高级应用.

理工类、综合类的专业的教学方案如下：弱化Office软件课堂讲解,强化实践和自主学习；保持原来网络、数据库、多媒体基本要求,精简了在后继课程中涉及的多媒体制作；腾出6周时间开展计算思维和程序设计算法教学.其中：

①利用1周（2学时）开展计算思维基础知识专题教学.主要内容包括；

科学思维；三大科学思维、计算思维及其主要内容、计算思维的作用.

计算理论；冯·诺依曼计算机、存储程序,图灵机、停机问题、图灵猜想,可计算性问题、计算复杂性、P&NP问题.

大学计算机基础由于教学对象是非计算机专业大学生,因此计算思维基础知识教学必须有别于专业学生.在计算机专业中,某些知识点就是一门课程,如可计算性理论.在大学计算机基础中,开展计算思维基础知识教学要注意：对三大科学思维、计算思维及其主要内容、计算思维的作用、冯·诺依曼计算机、存储程序等问题简明扼要地阐述清楚；停机问题、图灵猜想、可计算性问题、P&NP问题等本身没有答案,仅仅是像公理一样的命题,只需要简单举例提出并说清楚即可,不需展开.②利用5周（10学时）讲授程序设计基本知识和训练算法基本功.让学生明白计算机抽象、自动执行的道理,掌握基本编程的能力.更有利的是学生根据各自情况,利用检测期可更深入地自主学习程序设计内容,拓展第二课堂的学习渠道.

“大学计算机基础”课程中充满着大量的计算思维案例.例如,全面展示计算机的应用,实质上起了培养计算思维意识的作用；从算盘到计算机的发展过程是计算思维内容不断拓展的过程：计算机系统是用抽象和分解来控制庞杂的任务和设计复杂的系统；数据在计算机中的表示是表示问题的方法；操作系统是用计算思维思想解决了计算机自身问题的案例；使用办公软件是一种基本的、低级的计算思维；网上检索、网上购物、网上开店是典型有别传统思维的计算思维活动；设计一个数据库就是抽象和分解的过程；设计一个动画,可以看成是一个建模和仿真的问题.

从计算思维的角度来讲解计算机基础概念和原理知识.例如；通过展示计算机科学的最新成果,了解计算机能做什么.思考计算科学的两个基本问题；什么事计算机比人做得好,什么事人比计算机做得好?计算机有没有智能?从而培养计算思维意识.讲授操作系统基础时首先提出“车辆追尾问题所在?正常情况下公交车不来,责任在谁”等问题,说明操作系统解决此问题的方法和思想.又如Cache是一个预置和缓存问题,其思想是一个典型的计算思维案例.以前,可能仅仅讲解Cache起什么作用；从计算思维的角度来说,则需要讲解如何起作用.

(三)实施问题驱动式的教学方法,提高学生的学习兴趣

计算机课程都是实践性很强的课程,只有多上机、多实践才能真正掌握课堂讲授的知识.我们在平时的教学中,按1：1：1的比例来组织教学,在安排与理论课学时相当的课内上机学时的基础上,还为学生无偿提供了同样多的课外免费机时,给学生提供了充分的实践机会.

很多同学都是在入学后的第一门课《大学计算机基础》开始对计算机产生兴趣的,因此我们加强了应用和实践这个环节,除了要求学生在上机时间完成作业外,还布置了大量的课外大型作业,另外还为学生创造了参与实际工作的机会.比如指导学生参与我校“数字化校园网”的设计和开发、“网络教学平台”的建设等一系列的实践任务.通过亲自动手,同学们尝到了“我能创造,我能成功”的滋味,也提高了学习计算机课程的兴趣.

计算机技术的内容浩瀚无比,学生的兴趣又各不相同,按步就班地统一教学无法满足多样化的需求.为此,针对不同的专业,我们引入了一些具体的运用,如：“Unix操作系统在金融业中的应用”、“存储技术”、“计算机系统结构的最新进展”、“数字信号传输规范发展的新趋势—由并行到串行”、“Oracle系统分析”、“超级计算机现状和发展趋势”、“信息安全技术在金融业中的应用”等,以扩充课堂教学内容,丰富学生的知识面,激发学生的学习兴趣.

(四)与时俱进,更新教学手段

计算机课程是实践性很强的课程,计算机知识与能力的培养在很大程度上有赖于学生上机的实践与钻研.我们应该不能只有课堂教学,在现形势下,网络的应用给我们的实验教学提供了很好的平台.我们在学校的校园网上建立了“大学计算机基础”课程的在线教育平台,教学中的高层次的需求在网络中得到极大的补充.在线教育平台的建设包含讲义、实验指导书、课堂教学录像、网络课程,还应该包含自学需要的素材库、试题库,以及可以开发出考试系统等丰富的教学资源和软件,它们各自自成体系又相互关联,各种教学形式互相补充又充分发挥了各自的优势,满足了各专业不同层次学生的需求.

计算机基础教学应该是课堂教学、实验教学、网络教学三位一体,相互促进,各方面全面培养学生的上机动手能力、独立分析问题和解决问题能力、知识综合运用能力.强化学生的计算机实践能力,以教师为主导、学生为主体的教育思想,深入探索自主学习、探究式学习、协作学习等多种先进的教学方法,注重对学生能力与素质的培养.探索各种教学模式混合的新式教学手段.

(五)创新教学观念,完善教学内容

认识了当前计算机基础教育面临的形势和任务、针对高等学校具体的实际情况,我们要建立新的教学模式和进行教学改革,这就是：将多媒体教室教学和网络辅助教学相结合,加强教师的主导作用,强调实践环节,以培养学生能力为中心,提高学生的计算机基本素质和实践能力,以及应用计算机解决实际问题的能力.进一步确定了计算机基础系列课程的教学内容及各门专业课程之间的相互关系,保证计算机系列课程的科学性和先进性.计算机基础教育课堂教学着重讲授计算机技术中的一些重要概念和方法,培养学生对基础知识掌握和方法,主要的技能知识内容放在实验教学环节,积极采用视频教学的方式,充分利用网络的优点,完善课堂教学.

同时充分考虑学生的兴趣以及就业的前景需求,计划内的计算机教学已经不能满足需要,应该有选修计算机课程；该课程又是针对非计算机专业设计,因此,也要突出课程内容的实用性.总之,各专业的计算机课程按照重基础、强实践,突出综合应用能力的原则建立了大学计算机基础教育课程体系.

(六)改革教学考核手段

为了保证计算机教学质量、促进计算机教学改革,同时应该改革计算机教学的考核手段非常重要.对教师而言,重点在于对学生计算机知识与能力的培养,是否符合白皮书和蓝皮书大纲的要求.我们着手改革学生成绩的评定,将学生的期末成绩转换为上机成绩、平时成绩和笔试成绩的有机结合,笔试成绩侧重于理论知识的掌握,上机成绩是操作技能的表现,平时成绩是对学生的严格要求.这样可以避免学生盲目追求高分采取死记硬背的方法学习计算机,激励学生创新追求全面的知识.为了提高学生的综合能力,每个计算机课程后都设置有一个综合设计的课程设计,这样学生自主创新能力可以大大加强,同时学生有很强的成就感.

(七)建立促进学生参与的激励机制

鼓励学生积极参与各类学科竞赛、创新教育项目,通过多种渠道培养学生信息素养与计算机应用能力.凡是通过全国计算机等级考试、云南省计算机等级考试,获得等级证书,可按学校的规定获得“课外教育学分”；凡参加全国、省级计算机竞赛获奖的都给以表彰并记“课外教育学分”.

四、结束语

大学计算机基础是本科学生,尤其是非计算机专业学生接触到有关计算思维的第一门课程,其教学内容和体系仍在不断完善与发展.中科院院士陈国良教授在2011年7月举办的计算机科学前沿高端学术论坛（HPCChina2011）上呼吁：要提倡计算思维,要提倡计算思维在教育和科学中的作用,要把这种思维普适化、大众化,真正融入到人类的一切活动中.因此,作为应用型本科院校的教师,应该积极主动地与时俱进,及时调整教学的模式、手段和内容,培养学生实践能力和计算思维能力,使所培养的学生能适应行业发展新需要.

项目来源：云南省高校质量工程教改项目“Inquirylearning体系在程序设计中的运用”（云教高[2010]96号）.

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（作者单位：昆明理工大学计算中心云南昆明）