卓越計劃背景下以計算思維培養為導向的計算機公共課教學改革研究

高為民

(湖南工學院計算機與信息科學學院，湖南 衡陽 421002)

卓越計劃背景下以計算思維培養為導向的計算機公共課教學改革研究

高為民

(湖南工學院計算機與信息科學學院，湖南 衡陽 421002)

在“卓越計劃”改革的背景下，加強工科院校學生計算思維能力的培養顯得尤為重要。大學計算機基礎教學是高校通識教育的重要組成部分，對學生綜合素質提升、創新能力培養有著至關重要的作用。如何改革計算機公共課教學內容以適應MOOC等新形勢發展，一直是計算機教學面臨的沖擊和挑戰。本文分析了計算思維的核心內容、目前計算機公共課教學的困境，以C9聯盟聲明為導向，提出了《計算機文化基礎》和《程序設計語言》這兩門課程的教學改革方案，并以校企合作為實踐平臺進行了改革嘗試。

卓越計劃；計算思維；計算機公共課；教學改革；C9

1 引言

“卓越工程師教育培養計劃”(簡稱“卓越計劃”)是我國工程教育改革的重要舉措。我校“自動化”、“機械設計制造及自動化”及“無機非金屬材料”三個專業作為“卓越計劃”試點專業，我院“軟件工程”作為校級“卓越計劃”培育專業，為培養具有計算思維能力的卓越工程師做了一系列的課程改革。計算機通識課程作為一門涉及面極為廣泛的全校性公共課程，其教學效果直接關系到眾多“卓越計劃”專業。針對“卓越計劃”專業特點，修改課程教學大綱與教學內容，使之更加突出，貼合“卓越計劃”相關專業的需要，顯得十分必要。2010年7月在西安交通大學舉辦的首屆“九校聯盟（C9）計算機基礎課程研討會”（簡稱C9）上，討論的核心問題是如何在新形勢下提高計算機基礎教學的質量。聲明的核心要點是：必須正確認識大學計算機基礎教學的重要地位，需要把培養學生的“計算思維”能力作為計算機基礎教學的核心任務，并由此建設更加完備的計算機基礎課程體系和教學內容，進而為全國高校的計算機基礎教學改革樹立標桿[1]。

2 計算機思維的核心內容

計算思維(Computational Thinking)概念是由美國卡內基·梅隆大學周以真教授首次提出的。 她認為，計算思維是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統和理解人類的行為；計算思維最根本的內容，即其本質、抽象和自動化。計算思維是人類科學思維活動固有的組成部分，它的核心是基于計算模型（環境）和約束的問題求解。

從計算機公共課教學的內容看。其知識體系涉及系統平臺與計算環境、算法基礎與程序設計、數據管理與信息處理、系統開發與行業應用四個領域。“系統平臺與計算環境”是指計算思維所依賴的計算環境基礎；“算法基礎與程序設計”涉及語言級的問題求解；“數據管理與信息處理”是指與專業應用相關的信息處理技術，是系統級問題求解的基礎；而“系統開發與行業應用”則直接涉及面向應用的系統級問題求解技術與方法[2]。

從通識教育應有的特征看。復旦大學校長楊玉良認為，通識教育應該有以下特征：第一，通識教育要同時傳遞科學精神和人文精神；第二，通識教育要展現不同文化、不同學科的思維方式；第三，通識教育要充分展現學術的魅力[3]。

從計算機公共課教學能力培養目標來看。國家教指委提出應培養學生對計算機的認知能力和應用計算機的問題求解能力。因而在計算機公共課程教學中深入培養CT能力是當今教育的必然。

3 我院計算機公共課教學現狀

（1）開設的課程單一，計算機教育沒貫穿大學四年。由于各種原因，我校目前開設的計算機公共課僅有兩門：《計算機文化基礎》和語言課（卓越計劃班為88學時32+56），而通過同兄弟院校考察和交流，發現其它高校往往開設了三至四門（120-150學時）。一般來說，高校除了開設《計算機文化基礎》，為了滿足工科類學生后期學習中對于算法等內容的需求，往往還會開設《科學計算軟件》或《數據庫原理》等編程類H課on程g 。Kong,2008:19-21.

（2）《計算機文化基礎》教學內容涉及的范圍廣、知識點多而雜，教師教學方式和方法有待改進。該課程目前教學內容涉及的知識點較多，而授課教師又有各自不同的研究領域和專業方向，難以做到對所有知識模塊都有較深入的理解。不能深入則很難淺出，因此對教師的授課水平提出了很高要求。由于知識點多、概念多，對計算機基礎較弱的學生來說，理解教學內容十分困難。

（3）教學內容缺乏針對性，與專業課教學及實際應用脫鉤。雖然是工科學生的必修課，但計算機公共課程與其它課程，尤其是專業課程的聯系不夠緊密。調查結果顯示大部分學生在學習完計算機公共課程后，很難將所學知識用到后續的課程學習中去。此外，學生在實際應用中，如撰寫學術論文、設計個人簡歷、演示文稿和工程圖紙時無從下手，突顯計算機文化基礎課教育的失敗。

（4）學生學習興趣不濃，對課程認識有偏差，課程教學目標不明確。導致學生全國計算機等級考試通過率低，卓越計劃專業同樣也不高。表1參考2013-2014學年我校某次全國計算機等級考試通過率情況，圖1為2012級2個卓越計劃班級通過率情況。

表1 2012級非計算機專業全國計算機二級通過率

4 計算機公共課程教學改革方案

圖1 2012級卓越計劃專業全國計算機二級通過率

4.1 教學改革的原則

卓越工程師教育培養計劃的目的是加緊培養一批創新性強、能夠適應經濟和社會發展需求的各類工程科技人才，著力解決高等工程教育中的實踐性和創新性問題，提高科技創新能力，對于加快經濟發展方式的轉變、實現未來我國經濟社會的持續發展，具有重要意義。實施卓越工程師計劃，是我校積極推動“三重一高”人才培養模式的改革，探索一套符合我校辦學特色的人才培養體系，實現由規模發展向內涵建設的轉變。在實行課程教學改革中應遵循以下原則：

(1)高校課程教學改革是培養大學生綜合素質和創新能力的重要環節，也是培養復合型創新人才的需要；

(2)計算機公共課程教學改革目的要明確，方案具體詳實，要有宏觀的教學內容知識框架和微觀的課程教學進度計劃，加強實踐教學環節的改革，課程改革要有成效；

(3)課程要實施網絡化教學，開發出立體化課程學習資源，滿足學生多元化的需求。課程改革的重點是培養學生的計算思維能力、計算機的操作技能及工程實踐能力。

4.2改革方案

通過對卓越計劃專業相關學院領導和專業教師進行計算機公共課程教學內容改革的座談、溝通和對接后，我院組織計算機基礎教研室和實驗中心及任課教師對照“三重一高”人才培養方案，認真梳理兄弟學院對我們學院計算機公共課程教學中存在的問題及建議，組織專任教師認真討論醞釀，制定如下的計算機公共課程教學改革方案。

（1）《計算機文化基礎》課程改革方案

課程目的：《計算機文化基礎》是非計算機專業本專科生計算機基礎教學中第一層次的課程，是一門必修的公共基礎課，也是計算機基礎教學的基礎和重點。根據學校“三重一高”人才培養方案，對于非計算機專業的學生來說，本課程的目標是“拓寬知識面---提高計算機應用能力---培養創新和利用計算機解決問題的能力”。

教學組織方式：整門課程采用“網絡化教學+實驗教學”相結合的教學方式，針對不同的知識點和教學內容采用不同的組織方式。以學生自學為主，知識性方面的內容以學生采取網上學習為主，并通過考試系統進行考核計學分；課內學時全安排在實驗室進行課堂教學，可以實現邊講邊練，做到眼見為虛，動手為實。具體見表2所示。

表2 教學內容組織及學時安排

8文字處理軟件word 4 9案例驅動教學法理論與實踐教學相結合Excel電子表格10 Visio繪圖11 PPT演示文稿12 Access數據庫的應用與SQL理論與實踐教學相結合實驗13 Internet的基本使用多媒體技術基礎14 4 2 2 4 2 2 4實驗案例驅動教學法理論與實踐教學相結合15網站建設、網頁設計實驗理論與實踐教學相結合理論與實踐教學相結合課內布置教學任務進行檢查記平時成績（課外可以要求學生制作個人簡歷、海報等通過網絡教學平臺提交）制作一個班級出勤檢查表或根據當天數據制作滬深證劵所股市行情圖表建立并修飾個人簡歷演示文稿繪制專業相關流程圖、電子圖熟悉一種數據庫管理系統的交互應用技術，理解關系數據庫的基本概念制作一個視頻文件結合專業完成本專業新動態發展檢索，制作成PPT演示文稿制作一個班級網站、一個新聞發布系統、或一個電子相冊合計（學時）40

（2）《程序設計語言》課程改革方案

課程目的：培養計算思維能力，即應用計算機進行問題求解的能力，同時加強程序邏輯思維能力培養；培養相應的軟件開發和程序設計能力，在軟件開發和程序設計中應當具有數據類型的確定、算法設計、數據在內存中的存儲特點、界面設計、數據保存能力。

教學組織方式：以子項目形式，將各個知識點貫穿整個教學過程，用C語言編程、Visual C++作為開發平臺，完成項目的設計與開發。為了訓練學生掌握語言課程內容和計算思維能力，我們設計了貫穿整個教學過程的綜合項目“班級學生成績管理系統”。系統由六個工作模塊組成，第一個工作模塊為打開文件模塊；第二個工作模塊為保存文件模塊；第三個工作模塊為編輯學生信息模塊，該模塊完成學生信息的增加、刪除、修改等功能；第四個工作模塊為顯示學生信息模塊，該模塊將完成全部顯示、指定學號的顯示，顯示不及格學生信息和按總分升、降序顯示等功能；第五個工作模塊為計算模塊，分別完成計算總成績和平均成績，計算并顯示最高分和最低分學生信息等功能；第六個工作模塊為程序說明模塊，這個模塊將對軟件的相關事宜（如幫助文檔）進行說明。為了實現這一目標，按職業活動導向、項目載體、教學一體化設計原則和軟件開發工作流程，我們將“班級學生成績管理系統”綜合項目又分解為十六個子項目，子項目名稱和課時分配如下表3所示。

表3 “班級學生成績管理系統”子模板

每個子項目由一次或多次課來完成，每完成一個子項目都要進行相應的檢查。課程結束將得到有一定實用價值的管理軟件（學生作品）。另外，在教學過程中還安排了一些與提高能力有關的內容，供學生課下練習，進一步加強學生能力的訓練與提高。

5 校企合作實踐教學改革

卓越計劃的目的是加強學生實踐動手能力的培養，學校雖也有相對應的專業實驗室和實訓室，但與市場接軌和當前行業發展趨勢還是有一定的差距。因而，當前許多地方性應用型高校積極開展校企合作聯合培養。校企合作是一種以就業為導向的辦學模式，主要以行業、專業、課程特點為依據，通過采用多類型、多層面的校企合作方法促進專業課程建設，使學生在掌握理論知識的同時能夠學會將知識應用于實踐，通過實踐不斷提升自己的技能水平、創新能力、協作能力和社會適應能力等，這不僅有利于學校真正實現全面型人才的培養，還有利于企業儲備更多急需人才資源[5,6]。

我院具體的做法是，每個二級教學單位從地方或省內遴選一個行業的龍頭企業跟學校簽訂校企合作協議或戰略合作框架，然后二級教學單位和企業一起選拔20-30名學生組成實踐教學班或企業冠名班，從大二開始可以利用暑假進企業進行工程實踐。學生在企業的工程實踐中，學習、參與企業的生產環節，深入了解企業文化，了解企業對計算機應用的需求，思考運用所學知識解決實際問題的能力，加強對課程的理論與實踐的學習，掌握業界內計算機最新的發展趨勢。工程實踐過程中，學生不僅在不同的企業項目中得到工程實踐能力的鍛煉，并且企業導師會全程跟蹤并指導學生的實踐過程。此外，大四最后一個學期，按照人才培養方案，都是畢業實習教學環節。實踐教學班可整體進入企業進行畢業實習，這樣學生在相對固定的某個企業以及固定的崗位，進行現場計算機工程師必備技能的全面訓練，學生有參與項目開發實踐的機會，并力爭使學生們參與一個或多個企業實際應用項目的開發過程（一般稱為定崗實習）。當然，在合作的同時，校企雙方都可以互派人員到各自單位任職。這種校企合作的實踐教學改革模式，可以實現學校、企業和學生三方共贏。

6 結語

培育大批具有創新能力的人才是國家實現“可持續發展”戰略的必要條件。計算機基礎課程的核心任務應是培育更多具備基于計算機進行問題求解能力、能夠參與國際競爭的創新型人才，從而確保國家的競爭實力。計算機公共課程的教學改革必須要與學科專業融合，引入跨學科元素，配合完整的課程體系和較高教學水平教師隊伍，才能更好地發揮通識教育的作用。

[1]何欽銘,陸漢權,馮博琴．計算機基礎教學的核心任務是計算思維能力的培養[J]．中國大學教學,2010,(9):5-9．

[2]馮博琴．對于計算思維能力培養“落地”問題的探討[J]．中國大學教學,2012,(9):6-9．

[3]吳寧,崔舒寧．以計算思維能力培養為核心的大學計算機基礎課程教學內容改革研究[J]．計算機教育,2012，(4):107-110．

[4]李廉．以計算思維培養為導向深化大學計算機課程改革[J]．中國大學教學,2013,(4):7-11．

[5]楊春蓉,趙小勇,易菊蘭．適應“卓越計劃”的計算機公共課改革探索[J]．電腦與電信,2012,(10):65-66．

[6]劉元珍．面向“卓越計劃”的程序設計能力培養模式研究與實踐[J]．當代教育理論與實踐,2013,(12)．

The Public Computer Course Teaching Reform Guiding by Computational Thinking Cultivation under the Excellence Planning

Gao Weimin
(Hunan Institute of Techonlogy,Hengyang 421002,Hunan)

act】Under the background of the excellence planning reform,it is particularly important to strengthen the cultivation of computational thinking ability for the engineering college's student.University computer foundation teaching is an important part of general education in colleges and universities for the students'comprehensive quality promotion and innovation ability training. How to reform the computer foundation teaching content to adapt to the development of the new situation,such as MOOC,has been the impact and challenge for the computer foundation teaching.This paper analyzes the core content of computational thinking,explores the plight of the computer teaching,puts forward the teaching reform scheme of the“computer culture foundation”and“programming language”guiding by C9 league statement.The reform scheme has been carried on based on the platform of the university-enterprise cooperation.

excellence planning;computational thinking;public computer course;teaching reform;C9

G642

A

1008-6609(2015)03-0021-04

高為民，男，湖南祁東人，碩士，副教授，研究方向：移動互聯網、信息安全。

湖南省教育科學“十二五”規劃課題，項目編號：XJK014CXX004；湖南工學院教改項目，項目編號：JY201425；湖南省哲學社會科學基金，項目編號：14YBA129；衡陽市科技計劃項目，項目編號：2014KG61。