“計算機導論”的教學內容改革探討

袁 方 王 兵 李繼民

摘要:本文在分析課程定位和傳統教學內容不足的基礎上,討論了“計算機導論”的教學內容改革問題,提出教學內容的選取和敘述要體現知識面廣、層次淺顯、內容新穎、通俗易懂、激發興趣和引導思考等特點。教學內容主要包括計算機發展簡史、計算機專業知識體系、計算機組成知識、操作系統與網絡知識、程序設計知識、軟件開發知識、計算機系統安全知識與職業道德、計算機領域的典型問題和計算機學科方法論等。

關鍵詞:計算機導論;課程定位;教學內容改革

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1課程定位

“計算機導論”是學習計算機知識的入門課程,是計算機專業(包括計算機科學技術、軟件工程、網絡工程等專業)的核心課程之一,是計算機專業完整知識體系的緒論。通過本課程的學習,可以使學生對計算機的發展簡史、計算機專業的基本知識及知識體系、計算機學科方法論及計算機專業人員應具備的能力素質和職業道德有一個基本的掌握,并了解計算機科學技術的最新進展和發展趨勢。為大學四年的知識學習、能力提高、素質培養和日后的科學研究、技術開發、經營管理等工作奠定良好的知識和思維基礎。

“計算機導論”教學由理論教學和實驗教學組成,具有5個方面的作用:了解計算機的發展簡史,激發學習興趣和學習動力;掌握計算機的基本知識,構建專業知識體系框架;熟練掌握常用軟件的操作技能并初步具備系統的組裝與維護能力,提高計算機應用能力;跟蹤計算機科學技術的最新進展及發展趨勢,促進研究性學習;培養計算思維,強化創新意識和創新能力。

2傳統教學內容的不足

近幾年,大多數高校的計算機專業都開設了“計算機導論”課程,也出版了一批計算機導論教材。在內容選取和敘述上各有一定的特色,基本適應了不同學校的教學要求。但從計算機科學技術的快速發展和高素質計算機專業人才培養的需求來看,在教學內容的選取和敘述上也存在一些不足。

2.1計算機發展簡史的介紹過于簡單

介紹國內外計算機發展簡史的目的是讓學生了解計算機科學技術及軟硬件產品的發展歷程、生產廠商的經營策略和專家學者的重要貢獻。作為計算機專業的學生,概括性地了解計算機科學技術及產品的歷史發展是很有必要的,從成功的經驗中啟發思路,從失敗的事件中汲取教訓,從科學家工程師們獻身科學技術的奮斗中獲得力量,從而激發出學習計算機專業知識的興趣和動力,如果這部分內容介紹過于簡單,就難以達到預期目的。

2.2內容相對陳舊

“計算機導論”的教學,不但使學生了解計算機的歷史發展,還應使學生跟蹤到計算機科技術的最新進展和發展趨勢,這對于提高教學質量和教學的有效性、提高學生的學習興趣是非常必要的。否則,會使學生感覺教學內容落后于自己在實際生活中接觸到的概念和產品,影響其學習積極性。把計算機科學技術和產品的最新進展及時融入到教學中,可以通過兩個主要步驟來實現。一是教材的編寫要盡可能吸收最新的內容,二是教師備課時把由于教材出版時間等因素一時不能及時寫入的最新發展補充進來。

2.3不容易理解

對于計算機知識的介紹(如計算機基本組成、操作系統、計算機網絡、數據庫、軟件工程、程序設計、數據結構、計算機安全等),有些內容介紹的太多太細太深入,而有些內容又介紹的太少太簡單,各部分內容在層次和深度的把握上不平衡、在前后呼應上不協調。有的內容介紹成了相關課程的簡單壓縮版本,敘述方式上沒有考慮大學新生的知識背景和理解能力,學生難以真正理解,不符合“計算機導論”的教學需要。這些容易使學生產生畏難情緒,影響其后續課程的學習。

3理論教學內容改革

作為計算機專業的入門性和緒論性課程,“計算機導論”的理論教學內容選取與敘述應體現6個字的特點:廣、淺、新、易、趣、思。即知識面廣、層次淺顯、內容新穎、通俗易懂、激發興趣和引導思考。

3.1知識面廣

作為計算機專業的引導性課程,“計算機導論”要包括計算機專業知識體系和計算思維的各個主要方面。學生學完該課程,應初步具備計算機專業學生的知識素養和思維素養,對電視、互聯網、報紙等日常媒體中常見的專業術語與產品有一定程度的理解或了解;初步建立起計算機專業知識體系的框架,在日后的學習逐漸豐富和完善這個框架,最后形成內容豐富翔實的完整知識體系。

基于對傳統教學內容的分析,在借鑒有關文獻中關于“計算機導論”內容選取的基礎上,我們確定“計算機導論”教學內容包括9個部分:計算機發展簡史、計算機專業知識體系、計算機組成知識、操作系統與網絡知識、程序設計知識、軟件開發知識、計算機系統安全知識與職業道德、計算機領域的典型問題和計算機學科方法論。這是一種全面系統的內容選取模式,每部分內容都有其獨特的作用,能夠較好地適應“計算機導論”的課程定位。

讀史使人明智。學習計算機發展簡史,可以從中吸取成功的經驗和創業的啟示。

計算機專業知識體系的介紹,使學生進入大學后盡快了解計算機專業學生應具備的知識結構和能力與素質要求,初步了解將要學習的主要專業課程的基本內容,重視操作技能、實踐能力和創新能力的提高。

計算機組成、操作系統、計算機網絡、程序設計、數據結構、編譯原理、數據庫、軟件工程、計算機系統安全等是計算機專業的核心內容,通過對這些知識的概括性介紹,可以使學生初步建立起計算機專業知識體系的框架。

職業道德與有關計算機安全法律法規的介紹,使學生不僅要有保護自己所用計算機系統安全的意識,而且要遵守法律法規及職業道德,不做破壞他人計算機系統安全的事情。

通過對計算機領域典型問題的介紹和分析,能夠使學生清楚所學課程的重要作用,了解計算機學科中一些重要問題的解決思路和方法。

學習計算機學科方法論,能夠使學生更好地掌握計算機學科的本質,了解數學知識和系統科學知識在計算機學科中的重要作用,使其重視數學知識、系統科學知識的學習,有利于數學思維、系統觀及計算思維的培養,既有利于大學階段的專業知識學習和能力提高,也有利于日后從事計算機領域的相關工作。

3.2層次淺顯

由于大多數剛進入大學的學生所掌握的計算機知識是非常有限的,對計算機知識的理解和思維方式還不適應,所以對每一部分內容的介紹應從宏觀層面上進行,不宜深入,把握到高級科普的層次。作為導論課程,不可能把所有專業知識都講深講透,可以留給學生一些思考和想象的空間,這樣有利于增加學生對后續課程的期待和學習興趣。

對于計算機基本組成、操作系統、計算機網絡、程序設計、數據結構、編譯原理、數據庫、軟件工程、計算機安全等方面的知識,要結合現實應用以合適的切入點深入淺出地進行介紹,廣度優先、控制難度和深度,使學生理解相關課程的基本知識及課程的作用即可,深入的、細節性的原理內容留待后續的相關課程中介紹。

基本知識的介紹要避免兩種傾向,一是內容多且深入,二是內容雖少但深度不減。內容多且深入,或許是想把更多的內容告訴學生,但由于受教學時數及學生知識背景與理解能力的限制,難以達到預期效果,也沒有必要,因為學生日后還要學習相關課程。內容雖少但深度不減,這或許是一種省事的做法,把相關課程的內容簡單壓縮后介紹給學生,最大的可能是把學生講糊涂,還不如不開設導論課程。

3.3內容新穎

計算機科學技術的發展是迅速的,新的概念和術語不時在互聯網、電視和廣播等媒體中出現,新型電子產品不時推出并不斷更新換代。“計算機導論”課程中介紹的內容要能反映計算機科學技術和產品的最新發展,使學生了解相關概念和術語的基本含義及新型電子產品的基本原理和功能。新穎的教學內容,才能激發學生的學習興趣和探求原理的強烈愿望。

我們在計算機發展簡史部分,從最初的手指記數一直介紹到目前世界上最先進的計算機——IBM公司研制的運算速度超過1000萬億次每秒的Roadrunner,對未來可能的生物計算機、量子計算機及光計算機也作了簡要介紹。

在計算機專業知識體系部分,我們介紹了考研的最新規定。從2009年開始,計算機科學與技術一級學科(包括計算機應用技術、計算機軟件與理論和計算機系統結構3個二級學科專業)的研究生入學考試,在原來政治、外語、數學全國統考的基礎上,計算機學科專業基礎綜合也實行全國統考。計算機學科專業基礎綜合考試內容包括數據結構、計算機組成原理、操作系統和計算機網絡。

在計算機網絡部分,介紹了近幾年流行的博客、網格、云計算、IP地址、域名、電子商務、電子政務、B2B、B2C、C2C等術語,并說明了Ipv6與Ipv4的主要區別。

計算機系統安全部分,在介紹計算機病毒知識的基礎上,簡明扼要地介紹了近幾年比較流行的黑客、網絡釣魚、防火墻、入侵檢測、數據加密、數字簽名等術語和相關技術及產品。

其他部分也都介紹到了近幾年的最新技術進展。如U盤、DDR內存、小體積大容量硬盤基于的巨磁阻效應、動畫、虛擬現實、超線程技術、多核技術、Windows Vista、面向對象軟件開發方法、面向對象程序設計、UML、分布式數據庫、XML、數據倉庫、數據挖掘、智能機器人等。

3.4通俗易懂

對教師來說,經過多年的專業知識學習和實踐經驗積累,“計算機導論”課程中的內容都會覺得容易理解。但是,如何才能使大學新生真正理解所介紹的內容?這需要教師對內容的敘述和講解要深入淺出、形象生動、通俗易懂,要適合一年級大學生的知識背景和其對計算機知識的理解能力與思維方式,這是每一位教師需要思考解決的問題。教師對各部分專業知識的介紹,要以合適的角度切入,力戒成為相關課程的簡單壓縮(內容少而深度不減),否則學生是難以理解的,不僅導論課程的教學質量不能保證,還會使學生產生畏難情緒,影響后續相關課程的學習。

在計算機組成部分,我們簡化了對計算機組成部件特性的介紹,充實或增加了一些新內容和宏觀層面內容的介紹。如充實了對主板和總線功能的介紹;改寫了對字符型數據及漢字的編碼表示;對按層次組織文件的優點、刪除文件的含義及文件恢復原理等進行了更為明晰的敘述等。

在程序設計知識部分,我們簡化了對程序設計語言、數據結構、算法設計與分析和編譯原理具體內容的介紹;強化了對程序設計語言發展的介紹,讓學生了解機器語言、匯編語言、高級語言、結構化程序設計語言、面向對象程序設計語言、可視化程序設計語言、人工智能程序設計語言的不同特點及各自的適用領域;強化了對程序設計語言、數據結構、算法設計與分析和編譯原理知識在培養程序設計能力上各自所起作用的介紹,為今后更好地學習掌握這些知識作出鋪墊。

在軟件開發知識部分,我們簡化了對有數據庫與軟件工程具體內容的介紹,概括性地介紹數據庫和軟件工程的知識,使學生在剛入門計算機專業時,就認識到數據庫技術在軟件(特別是應用面最廣的信息處理類軟件)開發中的作用,認識到開發大型軟件只有好的程序設計能力是不夠的,要有科學的軟件開發方法指導才能高效率地開發出高質量的中大規模軟件。

3.5激發興趣

“計算機導論”課程總的作用是把學生引入計算機科學技術的殿堂,即起引導入門的作用。如果通過本課程的學習,能夠激發起學生對計算機專業知識的興趣,該課程內容的選取和教學就是成功的,有了興趣才能更主動地學習,才能把后續課程學好。一些學生報考計算機專業是出于自身的興趣,但更多的學生可能是考慮到就業或受家長、親友的影響才選學的計算機專業,通過計算機導論課程培養這些同學對計算機專業的興趣尤為重要。

在計算機發展簡史部分,我們介紹了計算機領域著名的公司和科學家,包括計算機之父——圖靈和馮? 諾伊曼、ACM圖靈獎獲得者、IEEE-CS計算機先驅獎獲得者及國內計算機領域的國家最高科學技術獎獲得者。著名公司的發展歷史及杰出科學家們的工作給有志于在計算機領域成就一番事業的計算機專業學生很好的激勵作用。

各主要知識領域主要是介紹其發展歷程一直到最新進展并與實際應用相聯系,這也能很好地激發學生的學習興趣。如操作系統的發展歷史就是逐步想辦法提高系統資源利用率的歷史,軟件開發方法就是在開發大型軟件的實踐過程中不斷總結出來的,互聯網的接入方式是隨網絡技術和產品的不斷發展而變化的。

3.6引導思考

本課程不只是讓學生學習了解一些基本的計算機專業知識,更重要的是引導學生思考一些問題,為學好后續課程奠定基礎。大學學習生活的一個重要特點是研究性學習,研究性學習需要學生獨立思考,自己找需要解決的問題,自己想解決問題的方法。在傳統習題的基礎上,設置一些思考題,引導學生進一步閱讀有關文獻,對一些問題進行較為深入的思考和探討。

在計算機發展簡史部分,無論是計算機軟硬件產品的研制技術路線,還是公司的經營策略,都有成功的經驗和失敗的教訓。在計算機領域的典型問題部分,我們特別指明了算法設計與分析的作用,一些理論上可行的算法在實際上可能是不可行的,需要設計出實際可行的代替算法;對于計算機智能,介紹了目前的各種主要的不同觀點;在計算機學科方法論部分,我們講解了學科的3個過程、12個核心概念以及數學方法與系統科學方法如何與后續課程的學習聯系起來。以上這些問題都需要很好地思考。

4實驗教學內容改革

“計算機導論”課程的5個要求之一是:熟練掌握常用軟件的操作技能并初步具備系統的組裝與維護能力,提高計算機應用能力。這個需要通過實驗教學來實現。雖然可選的“計算機導論”理論教學教材比較多,但相對來說專門的“計算機導論”實驗教材比較少,有些是把理論教學內容與實驗教學內容安排在一本書中,有些是選用非計算機專業的計算機應用基礎類實驗教材。這樣的實驗教學偏重于常用軟件(Windows、Word、Excel、PowerPoint等)的操作使用,而對計算機的基本組成、網絡連接、病毒查殺、軟件的安裝與卸載等有關計算機系統的組裝與維護內容的介紹比較少,甚至沒有。課程學完以后,計算機專業學生所掌握的操作技能和非計算機專業學生沒有什么明顯的區別,體現不出計算機專業學生應具有的專業特點。

“計算機導論”的實驗教學內容要突出專業特色,學生除熟練掌握常用軟件的操作技能外,還要初步掌握計算機系統的組裝和維護能力(真正打開機箱觀察過計算機各組成部件的學生并不多),如計算機的拆卸與組裝、網絡連接、環境配置、軟件的安裝與卸載、計算機病毒的查殺等能力。除此之外,還可以安排一些有關程序設計、數據結構和數據庫的實驗題目,供學生在實驗室的開放時間選做。通過實驗教學,不僅能使學生熟練掌握常用軟件的操作技能,初步具備計算機系統的組裝與維護能力,還能加深對計算機組成、操作系統、計算機網絡、計算機系統安全等相關理論知識的理解。

當然,也要注意計算機系統的組裝與維護的實驗內容的難度與深度,畢竟是剛入學的學生,以要求初步具備相關知識和技能為好,更深入的知識學習和技能練習可以在后續課程的學習或實踐中逐漸要求其掌握。

5總結

本文在分析“計算機導論”的課程定位與傳統教學內容的基礎上,討論了“計算機導論”的教學內容改革。“計算機導論”包括的內容是非常廣泛的,幾乎包括了計算機科學技術的各個主要方面,目的是使學生對計算機專業有一個總體性的了解和認識,建立一個基本的框架性的計算機專業知識體系,以后通過每門課程的深入學習逐漸豐富和充實這個體系。為符合剛入學大學生在計算機領域的知識背景和理解能力,對每部分內容的介紹要淺顯,要適當掌握深度,著眼于基本內容的講解,為以后的深入學習起一個引導和鋪墊作用。各部分內容既要介紹歷史由來,也要盡量介紹到最新發展,這樣便于學生了解計算機科學技術的最新發展,激發其學習興趣和創新意識。

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