計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的教學(xué)特點(diǎn)及挑戰(zhàn)

許嘉 呂品

【摘要】隨著整個社會的信息化水平不斷提高，各行業(yè)對計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)人才數(shù)量和質(zhì)量的需求也在不斷增長。對于各高校而言，高質(zhì)量的專業(yè)課程教學(xué)是培養(yǎng)高素質(zhì)計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)人才的基礎(chǔ)保障。文章首先分析了計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)教學(xué)的特點(diǎn)，進(jìn)而指出了現(xiàn)有計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)教學(xué)模式面臨的挑戰(zhàn)，最后明確了當(dāng)下計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)教學(xué)改革的方向。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)；人才培養(yǎng)；傳統(tǒng)教學(xué)模式

近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們在生產(chǎn)生活中對計(jì)算機(jī)的依賴程度越來越高，社會迫切需要高校培養(yǎng)出大量優(yōu)秀的計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)人才。而高質(zhì)量的專業(yè)課程教學(xué)是培養(yǎng)高素質(zhì)計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)人才的基礎(chǔ)保障。計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)包括計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程、信息安全等專業(yè)，這些專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程包括《程序語言設(shè)計(jì)》《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》《算法設(shè)計(jì)與分析》《計(jì)算機(jī)組成原理》《數(shù)據(jù)庫原理》《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理》《操作系統(tǒng)》《軟件工程》等。以上計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)普遍具有以下特點(diǎn)。

1.知識點(diǎn)間邏輯性強(qiáng)。計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)課程既重原理解析又重技術(shù)應(yīng)用，因而具有知識點(diǎn)密集、知識點(diǎn)之間邏輯關(guān)聯(lián)緊密的特點(diǎn)。例如，《數(shù)據(jù)庫原理》這門課程中就有上百個知識點(diǎn)，這些知識點(diǎn)之間往往一環(huán)扣一環(huán)，有顯著的前后依賴邏輯關(guān)系。若沒有掌握某些邏輯依賴關(guān)系中的前驅(qū)知識點(diǎn)（例如數(shù)據(jù)庫范式理論中的二范式），將會直接影響學(xué)生對其后繼知識點(diǎn)（例如數(shù)據(jù)庫范式理論中的三范式）的學(xué)習(xí)和理解。

2.學(xué)生基礎(chǔ)多樣化。據(jù)觀察，如今大學(xué)生的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)在入學(xué)時就有很大差異。盡管大部分學(xué)生在入學(xué)前都接觸、使用過計(jì)算機(jī)，但有的學(xué)生在上中學(xué)或小學(xué)時就學(xué)習(xí)過編程，甚至參加過計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的專業(yè)競賽；有的學(xué)生則是在上大學(xué)之后才開始學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)相關(guān)理論知識和培養(yǎng)實(shí)踐能力；有的學(xué)生理性思維較強(qiáng)，對計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)邏輯性強(qiáng)的知識點(diǎn)很容易掌握，因此學(xué)習(xí)起來興趣十足；有的學(xué)生理性思維較弱，對計(jì)算機(jī)中抽象的概念和原理學(xué)習(xí)起來很吃力，進(jìn)而失去了學(xué)習(xí)的熱情。學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)多樣化是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)教學(xué)長期面臨的難題，教師進(jìn)行課堂教學(xué)規(guī)劃時往往無法顧及所有學(xué)生，難以做到“一碗水端平”。

3.知識更新迅速。計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的突出特點(diǎn)就是該領(lǐng)域的知識更新迅速。從20世紀(jì)末開始風(fēng)靡的互聯(lián)網(wǎng)到當(dāng)下“潤物細(xì)無聲”的物聯(lián)網(wǎng)，從20世紀(jì)90年代提出的海量數(shù)據(jù)到如今炙手可熱的大數(shù)據(jù)，從幾年前流行的網(wǎng)格計(jì)算到今天眾所周知的云計(jì)算，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域正通過不斷提出新的理論、新的軟硬件技術(shù)和新的應(yīng)用創(chuàng)造著人類燦爛的今天和未來。因而，計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)教學(xué)要十分重視教學(xué)內(nèi)容的更新?lián)Q代，及時將領(lǐng)域中的新發(fā)展、新知識和新技術(shù)引入到教學(xué)中，培養(yǎng)與時俱進(jìn)的學(xué)生。

上述計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)教學(xué)的特點(diǎn)對傳統(tǒng)教學(xué)模式帶來了極大挑戰(zhàn)，存在的問題越發(fā)突出，具體表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

1.教學(xué)效果不可量化。隨著高校招生規(guī)模的不斷增大，教師人數(shù)增長速度跟不上學(xué)生的增長速度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，絕大部分985和211高校的師生比都小于1∶10。一名專職教師需要負(fù)責(zé)10名以上的學(xué)生，同時又需要承擔(dān)來自教學(xué)、科研和管理的多重壓力時，就很難及時了解每名學(xué)生對課堂教學(xué)知識點(diǎn)的掌握程度。面對計(jì)算機(jī)專業(yè)課程知識點(diǎn)關(guān)聯(lián)邏輯性強(qiáng)、一環(huán)扣一環(huán)的特點(diǎn)，如果教師無法在學(xué)生學(xué)習(xí)遇到困難的早期給予及時的幫助和干預(yù)，那么學(xué)生對后續(xù)關(guān)聯(lián)知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)只能越來越困難，甚至部分學(xué)生會產(chǎn)生中途退課的想法，影響整體教學(xué)效果。

2.教學(xué)內(nèi)容趨于大眾化。面對學(xué)生計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)多樣化的難題，由于不能及時掌握每名學(xué)生的知識背景和教學(xué)效果，教師只能基于學(xué)生的大眾水準(zhǔn)安排課堂進(jìn)度和布置習(xí)題，這無疑會同時損害專業(yè)基礎(chǔ)位于正態(tài)分布曲線兩極的學(xué)生的利益。在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，以虛構(gòu)的大眾水準(zhǔn)學(xué)生為對象實(shí)施教學(xué)會降低分布在兩極的學(xué)生參與教學(xué)的熱情：一方面，會使領(lǐng)悟能力強(qiáng)的學(xué)生感到厭煩（甚至引發(fā)紀(jì)律問題），因?yàn)樗麄冊谟?jì)算機(jī)知識迅速更新的時代期待學(xué)習(xí)到更多的前沿知識；另一方面，領(lǐng)悟能力低的學(xué)生會感到學(xué)習(xí)非常吃力，甚至?xí)a(chǎn)生中途退課或消極厭學(xué)的想法。

3.教學(xué)決策靠經(jīng)驗(yàn)化。傳統(tǒng)學(xué)科（例如數(shù)學(xué)、英語等）由于課程體系成熟穩(wěn)定，教學(xué)內(nèi)容變化不大，教師在經(jīng)過幾年教學(xué)后就能夠積累一套適用的經(jīng)驗(yàn)來指導(dǎo)教學(xué)決策，例如基于學(xué)生的大眾水準(zhǔn)來安排教學(xué)進(jìn)度、課時分配和知識點(diǎn)講授順序等。而計(jì)算機(jī)學(xué)科由于知識更新迅速，經(jīng)常有新的課程或知識引入到教學(xué)體系中。例如在云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)炙手可熱的背景下，廣西大學(xué)就新開了《云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)》這門課。再加上學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)參差不齊，教師很難依賴已有的經(jīng)驗(yàn)做出最佳的教學(xué)決策，導(dǎo)致教育決策往往不夠合理，使大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)成效受影響。

可見，傳統(tǒng)的教學(xué)模式?jīng)]有充分結(jié)合計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)課程的特點(diǎn)，亟待突破和改革。然而，要解決現(xiàn)有計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)教學(xué)模式中存在的“教學(xué)效果不可量化”“教學(xué)內(nèi)容趨大眾化”“教學(xué)決策靠經(jīng)驗(yàn)化”這三大問題，就需要牢牢把握住教育大數(shù)據(jù)分析和個性化教育這兩大抓手。第一階段通過現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備和手段收集教師、學(xué)生在教學(xué)過程中產(chǎn)生的大規(guī)模行為數(shù)據(jù)，并基于對這些數(shù)據(jù)的分析量化每名教師的教學(xué)質(zhì)量和每名學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，解決教學(xué)效果不可量化的問題。第二階段基于第一階段對每名學(xué)生學(xué)習(xí)效果的量化分析，一方面為每名學(xué)生量身打造適合其基礎(chǔ)的個性化學(xué)習(xí)方案，另一方面指導(dǎo)教師做出科學(xué)合理的教學(xué)決策，解決教學(xué)內(nèi)容趨大眾化和教學(xué)決策靠經(jīng)驗(yàn)化這兩大問題。

針對傳統(tǒng)教學(xué)模式在計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)教學(xué)中面臨的挑戰(zhàn)，筆者在廣西大學(xué)計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院的多門專業(yè)課程教學(xué)中已經(jīng)開展了教學(xué)改革嘗試。通過自主研發(fā)的在線測評系統(tǒng)，能夠收集學(xué)生在學(xué)習(xí)和測驗(yàn)過程中的行為數(shù)據(jù)，包括能夠反映學(xué)生掌握知識熟練程度的答題時間，能夠反映學(xué)生思考過程的答案更改軌跡等?；谶@些數(shù)據(jù)，能夠分析每名學(xué)生對各知識點(diǎn)的掌握程度和發(fā)現(xiàn)課程難點(diǎn)，并且根據(jù)反映課程知識點(diǎn)邏輯關(guān)系的知識圖譜，分析學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在的知識漏洞，并對學(xué)生進(jìn)行具有針對性、個性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容和練習(xí)題目推薦。經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，相比于傳統(tǒng)教學(xué)模式，學(xué)生在這種教學(xué)方式下能夠取得明顯的學(xué)習(xí)效果，對教學(xué)的滿意度也大大提高了。

總之，對于當(dāng)下計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)教學(xué)改革而言，收集教育大數(shù)據(jù)是前提，對教育大數(shù)據(jù)的分析是技術(shù)保障，個性化教育是最終目的。

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