《大學計算機》課程教學內容與模式改革探析

黃宏博 李穎

摘 要：對于國內高校《大學計算機》課程教學普遍面臨的問題，分析了問題的形成原因和改革的必要性，從課程內容和教學模式等兩個方面對于教學提出了改進措施。提出的課程內容和教學模式對于以計算思維培養為指導的《大學計算機》課程教學具有切實可行的操作性和提高教學效果的現實意義。

關鍵詞：教學改革；計算思維；MOOC；SPOC

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）01-0056-02

Abstract： This paper expounds problems in the teaching of "University Computer"， analyzes the causes of these problems and necessity to carry out reform. Improvement measures are put forward from two aspects of the course content and teaching modes. The proposed measures are practicable and significant to the cultivating of computational thinking and teaching of "University Computer".

Keywords： teaching reform； computational thinking； MOOC； SPOC

一、國內高校《大學計算機》課程教學面臨的問題分析

高等院校的計算機基礎類課程的目標要求學生能夠通過課程學習掌握計算機的基礎知識和基本原理，理解使用計算機基本應用解決實際問題的方式方法，具備基本的信息能力和信息素養。《大學計算機》課程教學是以培養學生的計算思維為主線，提升學生對于計算機技術的整體理解，協助提升用計算機解決實際問題的能力。但是，長期以來國內高校的計算機基礎教學都是以常用軟件的應用為主要內容，雖然可以訓練一定的計算機應用能力，但是計算機原理和思維模式的講解和培養不足，導致學生能力的培養依賴于具體軟件，缺乏內涵和變通。難以適應計算機技術高速發展的的要求。部分高校教學改革之后對于各種計算機技術的模塊進行了講解，取得了一定的效果。然而，各模塊間缺乏系統性和連貫性，沒有強調相互之間的內在聯系。各種相關內容都引入了大量的概念，過多的專業詞匯給學生的學習造成了很大困難，也不利于計算思維模式的培養，難以形成體系。另外，以計算機技術為主要支柱之一的信息技術發展異常迅速，每隔幾年就有新潮流、新模式和新技術出現。近些年來，非諾依曼型計算機、分布式技術、Web服務應用模式、大數據技術和云計算、人工智能、深度學習、類腦計算等技術得到了迅速發展，形成了信息技術發展的主要熱點。大部分高校在教學中還是以十幾年前形成的傳統教學內容為主，信息技術的最新發展在課程教學中體現較少。雖然計算機基礎課程以基本理論和基本原理為主線，但是脫離開最新發展的課程教學必然難以適應新形勢的要求，在培養學生利用最新的應用模式和解決問題方式上已有明顯滯后。探討和研究如何在課程教學中體現信息技術的最新發展對于高素質人才培養具有顯著的現實意義。

二、《大學計算機》課程改革的必要性和意義

美國著名的課程理論家和評論家泰勒認為：確定課程教學目標應參照三個事實來源，即學習者、社會環境和學科專家。教育的本質在于改變人的思維模式和行為方式，而理解學習者的需求和所處的社會環境是其中關鍵環節[1]。在信息社會下對各學科專業學生的培養都要求具備基本的信息素養和計算機能力，能夠因應信息技術發展新形勢的社會環境分析和教學環境分析在人才培養中具有重要作用。因此，在計算機基礎類課程教學中適當的融進新技術發展是必要和有意義的。

高校計算機基礎類課程主要包括大學計算機基礎和程序設計兩類主要課程。計算機基礎主要讓學生理解計算機的基礎知識、基本原理和主要基礎應用。程序設計主要培養學生的計算思維、理解算法并具備基礎的用計算機解決實際問題的能力。兩門課都需要體現計算機技術的新發展，對傳統內容的墨守成規、繼續講授相對落伍甚至已被淘汰的內容，對高素質人才培養會造成顯著的負面影響。有必要探索研究信息技術的新發展在兩課中體現和滲透的內容和方式。

三、《大學計算機》課程教學內容與模式改革

國內的大學計算機課程教學，經歷了《計算機文化基礎》到《計算機應用基礎》，再到《大學計算機基礎》的變革，目前，大部分高校已經開始轉到使用《大學計算機》作為計算機基礎課程的教學[2]。教學的目標從基本知識傳授、常用應用軟件的使用培訓，轉到了基本計算理論的講解和思維模式的培養上。以計算機為基本工具的計算思維的訓練與培養成為大學計算機基礎類課程重要指標。在信息化高速發展的今天，計算思維與閱讀、書寫、表達一樣，成為現代人的最基本能力之一[3]。計算思維培養的必要性和重要性，已經在國內外高校計算機教育界基本形成共識，高校計算機基礎教學以計算思維為主線來進行已經成為主流意見。但是，在實際教學的過程中，受限于教學條件、教學環境、師資力量、學生層次等多方面因素的影響，具體如何實施基于計算思維的大學計算機基礎類課程教學，則存在眾多的困難和分歧。

由于國內高校教學條件等方面的差異，不宜設定教條化的教學內容和教學模式，根據各學校自身特點和實際情況來調整具體教學內容和教學模式才是切實可行的方法。在課程內容安排上，《大學計算機》課程應該首先講授計算的本質、計算的原理等，比如，以圖靈機模型為例，讓學生理解所有數據都可以表示為字符串，計算就是在控制器的作用下把輸入字符串變換為輸出字符串的過程。結合圖靈機的“停機問題”，解釋計算的局限性，讓學生明白宇宙中存在著許多難以計算的問題。在計算的具體實現步驟中，以算法的相應內容為主線，安排算法的概念、特點、常見算法設計的方法以及算法復雜度度量等內容。在算法復雜度講解部分，可以呼應計算理論的相關內容，通過計算復雜度曲線讓學生理解計算的局限性。對于著重科學素養和理論素養培養的高校或專業來說，可以強調計算理論部分的內容，對于著重工程素養和應用能力培養的高校或專業，可以強調算法的設計方法等相應內容，因材施教、因需施教，結合實際調整各部分內容的權重。

在傳統的Office辦公軟件應用部分的內容安排上，由于是面向具體軟件，課堂講授的理論性不強，因此，可以安排在實驗教學中進行，不必在課堂進行理論講授。對于多媒體技術、數據庫技術和網絡等相關部分內容上，課堂教學應盡量以需求為導向，講清脈絡和原理，避免過多進入細節。使學生對總體有一個把握，在以后需要掌握技術細節時便于從其它課程中來獲取。同時，信息技術的一些新的發展和熱點可以適當的在課程中予以滲透和介紹。例如云計算和大數據、人工智能、機器學習、類腦計算等一些新的思想和方法的介紹等，以便把這些新技術體現和滲透在計算機基礎類課程的日常教學中，使學生在學習計算機的早期就奠定新式計算機技術和算法的思想基礎，啟迪思維、開闊眼界，使他們不再拘泥于傳統的陳舊思想，從而在應用時與社會需求相匹配。

近年來，得益于網絡技術的快速發展和我國網絡基礎實施的不斷完善，利用網絡平臺輔助教學的嘗試和實踐越來越多。姑且不論遠程網絡教育能否替代傳統模式的教育，不可否認的是，適當的利用網絡可以給教育教學帶來很大的促進作用。很多高校都嘗試了網絡教學平臺輔助教學的模式，也有不少高校進行了MOOC或SPOC等模式的翻轉課堂試點，取得了很好的效果[4]。MOOC和SPOC各有優缺點，如果把兩者合理結合起來，統一成為一個有機整體，有望揚長避短，發揮各自優勢，使教學取得更好的效果。使用MOOC課程，可以在全國范圍內篩選出資深高水準的優秀教師，使學生打破學校和地域限制，有機會聆聽名師授課，解決師資因素引起的教學改革困難。另一方面，通過SPOC是根據各學校定制自身的特色要求，便于各校教師順利開展作業、測驗、答疑、輔導等教學環節，根據自身因素對學生提出適合本校特點的要求。兩種模式有合有分，有統籌有定制，相輔相成，又便于操作實現，是一種很好的網絡輔助教學模式。網絡教學是一種發展趨勢，在目前的階段，充分學習并利用好網絡工具，創新網絡輔助教學的模式，對各高校的師生來說都是一種時代要求。對網絡的合理應用將會有效的提高教學水平，提升學生的學習積極性，改善傳統課堂的教學效果。

四、結束語

目前國內高校的《大學計算機》課程普遍面臨許多問題，包括學時壓縮、內容革新、教學模式需要變革等等。一方面學生的計算機基本素養需要系統化的提升，另一方面在課堂上難以獲取到他們需要的知識和理論體系，改革已迫在眉睫。本文從課程內容和授課模式兩個方面對課程改革進行了探討。認為以計算思維為主線，從需求出發，系統講解計算機的基本體系原理和方法，拋開細致末節和典型軟件講解，使課堂講授和實驗教學承擔各自的不同功效。充分利用網絡平臺，探求MOOC與SPOC等相結合的輔助教學模式，培養和時代相適應的信息素養、提升學生信息化技能，消除因知識結構陳舊而導致的磨合期，達到高素質人才的培養最終目標。

參考文獻

[1]泰勒.課程與教學的基本原理[M].中國輕工業出版社，2014.

[2]戰德臣，聶蘭順，徐曉飛.“大學計算機”——所有大學生都應學習的一門計算思維基礎教育課程[J].中國大學教學，2011（4）：15-20.

[3]Wing J M. Computational thinking[J].Communications of the Acm，2006，49（3）：3.

[4]戰德臣，聶蘭順，張麗杰，等.大學計算機課程基于MOOC+SPOCs的教學改革實踐[J].中國大學教學，2015（8）.