應用導向的新工科大學計算機課程建設探討

劉培剛 楊劭輝 李昕

摘 要：為適應新工科建設對非計算機專業(yè)大學計算機教學的要求，分析目前大學新生計算機基礎能力、大學計算機課程現(xiàn)狀。針對課程內(nèi)容計算機化、相互獨立、應用不足的問題，以應用為導向探討大學計算機課程內(nèi)容選擇與組織，提出以應用主題貫穿課程內(nèi)容模式;針對大學新生計算機操作較熟、但應用能力不足的狀態(tài)，提出通過實踐方式加以提高;基于Python語言進行教學實踐，以信息處理為主題統(tǒng)一課程中不同計算機技術內(nèi)容，并將基礎應用能力訓練融入各個實踐環(huán)節(jié)。課程內(nèi)容摒棄枯燥的操作講解，更貼近專業(yè)需求，充分調(diào)動了學生參與性與積極性，可為學生后續(xù)專業(yè)學習打下基礎。

關鍵詞：大學計算機課程;課程建設;應用導向

DOI：10. 11907/rjdk. 182184

中圖分類號：G434文獻標識碼：A文章編號：1672-7800（2019）002-0186-04

Abstract： In order to meet the requirements of computer teaching for non-computer majors in the construction of new subjects， analyzed the basic computer ability of freshmen and the present situation of College Computer course. Aiming at the problems of computerization， independence and insufficient application of curriculum contents， we discussed the content selection and organization of College Computer course guided by application， and put forward the model of applying theme throughout the course content. In view of the situation that the freshmen are familiar with computer operation and lack of application ability， the practice was strengthened to improve it. Based on Python language， the teaching practice was carried out to unify different computer technology contents in the course of Information Processing Theme， and the training of basic application ability was integrated into all practical links. The course content is closer to the professional needs， abandons the tedious operation explanation and fully mobilizes students participation and enthusiasm， which lays the foundation for students' follow-up professional learning.

Key Words：college computer course; course construction; application-oriented

0 引言

隨著計算機的普及與網(wǎng)絡技術的發(fā)展，大學計算機教學要求不斷提高，從學會計算機使用發(fā)展為利用計算機解決實際問題。非計算機專業(yè)的計算機教學體系從最初的“三個層次”擴展到“1+X”，目前發(fā)展至“寬專融”[1]的高度。其中，基礎課程經(jīng)歷了“計算機文化基礎”、“大學計算機基礎”、“大學計算機”的演變，教學內(nèi)容從最初的計算機操作，轉(zhuǎn)向計算機原理與應用。國內(nèi)計算機基礎課程建設集中于兩大熱點——計算思維與MOOC[2-3]。廣大院校和教師就計算思維的實施和落地[4-11]、MOOC課程的建設和推廣[12-14]、教學模式研究[15-20]等方面開展了大量研究，取得一系列成果。但是“大學計算機”作為大學新生的計算機認知入門課程，不僅需普及計算機技術知識，還應加強計算機使用方法、應用手段與社會作用認知，最終達到掌握基本技能、鍛煉動手能力、提高專業(yè)認同與保持學習動力的目的。本文以應用為導向，就大學計算機課程建設進行探討。

1 大學計算機課程內(nèi)容結構

基于高等學校教學指導委員會的教學基本要求，因各高校專業(yè)特點與教學目標差異，當前大學計算機課程內(nèi)容組織分為以下幾種：

（1）基礎應用實踐類。面向初學者，以計算機操作系統(tǒng)基本操作、Office辦公軟件使用操作為主。在此基礎上，可能加入計算機網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)安全、軟件理論等基礎知識或前導內(nèi)容[21]。

（2）計算機配置實踐類。以計算機使用為主，全面介紹計算機相關硬件知識、網(wǎng)絡配置、安全設置等。

（3）計算機組成普及類。講授計算機常用組成部分（包括硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、新技術等）的功能和特點，但不涉及原理與詳細操作[22]。

（4）1+X類。依據(jù)高等學校教學指導委員會關于大學計算機課程教學的要求，涉及程序設計、硬件基礎、數(shù)據(jù)庫技術、多媒體技術、網(wǎng)絡技術等內(nèi)容[23]。

（5）計算思維類。以計算思維為綱，將計算機軟硬件、程序設計、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡等糅合到一起[24]。

基礎應用實踐體系面向計算機使用，隨著計算機普及而逐漸沒落;計算機配置實踐體系面向計算機維護，適用面較窄;計算機組成普及體系理論性稍弱、概念性較強;1+X體系與計算思維體系則涉及多個計算機專業(yè)知識，理論性、概念性較強。在所有體系的實驗課程中，均設置基礎實踐內(nèi)容，如辦公軟件、多媒體技術等[25]。

2 大學計算機課程困境

2.1 行業(yè)應用融合缺乏

社會分工細化促使行業(yè)間分工愈加明確，而計算機技術與行業(yè)之間的結合也更加緊密。但目前大學計算機課程內(nèi)容與學生專業(yè)需求相距甚遠，計算機在其專業(yè)中的應用及促進作用體現(xiàn)不足，無法使學生認識到計算機知識的重要性，嚴重制約大學計算機課程發(fā)展。

2.2 教學內(nèi)容計算機化

當前大學計算機課程內(nèi)容組織的一個特點是采用計算機專業(yè)框架，縮減內(nèi)容以降低對非計算機專業(yè)學生的期望與要求，導致內(nèi)容組織偏向計算機化、概念化，比如硬件部分講電路、操作系統(tǒng)講指令、多媒體技術講各種標準、網(wǎng)絡技術講協(xié)議、數(shù)據(jù)庫技術講模式等。雖然從學習計算機技術的角度來看，以上內(nèi)容均為應掌握的基本理論，但從計算機應用角度看，其內(nèi)容過于基礎，與實際應用相去甚遠。受課程內(nèi)容、學時限制，大學計算機課程各部分理論內(nèi)容不可能展開詳細講解，而且由于缺乏對應的實踐環(huán)節(jié)或?qū)嵺`環(huán)節(jié)過于簡單、流于功能，沒有專業(yè)實例應用，不能直觀體現(xiàn)對專業(yè)的支撐作用。

2.3 課程內(nèi)容孤立，易受互聯(lián)網(wǎng)沖擊

大學計算機課程內(nèi)容組織的另一個特點是孤立性。雖然該課程每一部分內(nèi)容均屬于計算機技術基礎支撐技術，但相互之間關聯(lián)很小、甚至沒有關聯(lián)。從計算機專業(yè)角度看條理分明，從非計算機專業(yè)角度看卻過于松散。如何將各部分內(nèi)容串聯(lián)成一個整體，是大學計算機教學設計亟待解決的問題。

大學計算機教學涉及的內(nèi)容大多可在網(wǎng)絡上找到，甚至網(wǎng)絡資源更全面細致?；ヂ?lián)網(wǎng)快速傳播信息、提供豐富的學習資料，對許多課程（不僅是計算機課程）內(nèi)容形成巨大沖擊。各種網(wǎng)站、數(shù)據(jù)庫匯集了海量靜態(tài)知識，搜索引擎能迅速抓取學生關心的內(nèi)容，但是網(wǎng)絡資源缺乏系統(tǒng)性，這也是大學計算機課程教學內(nèi)容設計必須克服的問題。

2.4 學生基礎假象

由于計算機的普及，普遍認為大學新生具有相當程度的計算機基礎知識，但是在教學過程中發(fā)現(xiàn)，事實并非如此。

以筆者所在的中國石油大學為例，新入校大學生對計算機的熟悉程度分為3個層級：①部分學生對計算機組成部件及作用比較了解，對Windows系統(tǒng)使用比較熟悉，對部分軟件安裝和操作比較熟悉，通常上網(wǎng)、游戲能力很強;②部分學生使用過計算機和某些軟件，至少可以開關機器、拷貝文件;③部分學生對計算機很陌生，極個別學生甚至不會開機。3個層級的學生占比大約為1∶3∶1，大部分學生對計算機的應用僅限于游戲娛樂，其它應用能力很差。

從教學內(nèi)容角度考察，絕大多數(shù)學生在文檔排版、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等基礎實踐技能認知方面比較淺顯，在計算機原理、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫等方面零基礎。

對于計算機相關理論性的內(nèi)容，由于基礎性強，涉及的概念與理論較多、非常抽象，受學時限制又無法詳細展開，學生抗拒性強。

3 應用導向的大學計算機課程實踐

3.1 從應用角度選擇課程內(nèi)容

大學計算機作為計算機教育的入門基礎，應全面介紹計算機特征和使用，令學生認識到計算機在現(xiàn)實生活與專業(yè)學習中的作用及重要地位。對于初學者，實踐操作優(yōu)于理論灌輸;對于非計算機專業(yè)學生，應用先于概念。

從應用角度，大學計算機課程教學目標應包括：①獨立組裝一臺計算機。能夠根據(jù)應用目的，選擇合適的計算機硬件，并實現(xiàn)計算機組裝;②獨立配置和使用計算機系統(tǒng)。能夠安裝操作系統(tǒng)并進行設置，能夠安裝并使用需要的軟件，能夠熟練掌握文件系統(tǒng);③具有基本信息處理能力。掌握文檔編排、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、演示文稿制作等常用辦公軟件，能夠從網(wǎng)絡獲取所需信息、數(shù)據(jù)及軟件，能夠通過網(wǎng)絡傳遞信息，能夠使用相關軟件進行信息處理;④了解行業(yè)問題與行業(yè)軟件應用情況，了解本專業(yè)需要計算機解決的問題，了解本專業(yè)常用軟件及其功能;⑤軟件開發(fā)基礎認知。掌握軟件開發(fā)基礎知識，了解軟件開發(fā)基本過程——需求、設計、實現(xiàn)——各階段的任務，了解程序設計兩大主題——數(shù)據(jù)結構與算法，認識一門編程語言，如Python、C/C++等，學習使用開發(fā)工具與系統(tǒng)軟件，如codeblocks和Mysql/SQLite數(shù)據(jù)庫;⑥計算機技術前沿應用，例如當前熱門的大數(shù)據(jù)、云計算、智能計算、移動計算、服務計算等，將專業(yè)與豐富的應用場景相結合。

其中，目標①屬于硬件應用，相對獨立;目標②與③屬于計算機基本操作與應用范疇，主要是對現(xiàn)有工具的使用;目標④、⑤與⑥以行業(yè)應用為切入，將計算機技術與行業(yè)中的問題結合起來，為后續(xù)課程作準備。

針對課程目標，應用導向的大學計算機課程包含兩大塊6部分內(nèi)容（見圖1），其中高等學校教學指導委員會要求的硬件基礎相關知識歸于計算機組成部分，多媒體技術、網(wǎng)絡技術歸于計算機應用部分，程序設計和數(shù)據(jù)庫技術歸于軟件開發(fā)部分。

3.2 從應用角度組織課程內(nèi)容

計算機技術涉及內(nèi)容多、實踐性強，每一種技術都有其對應的基礎知識與實踐要求，如硬件涉及邏輯、電路、多媒體涉及編碼解碼、數(shù)據(jù)庫涉及關系理論等。大學計算機課程作為一門通識課，學時有限，因此技術理論、操作類實踐、技術類實踐課時安排有沖突，內(nèi)容組織是一個難題。以筆者所在大學為例，其大學計算機教學從應用角度組織課程內(nèi)容實踐如下：

（1）內(nèi)容分類，區(qū)別對待。在組織大學計算機課程內(nèi)容之前先對內(nèi)容進行分類，不同類型的內(nèi)容采取不同策略。

從教學要求角度，課程內(nèi)容分為需了解的與需掌握的內(nèi)容;從學習難度角度，分為可完全自學的、難理解的、需引入的、需詳細講解的、需總結的內(nèi)容;從理論與實踐角度，分為概念型、理論型、實踐型、理論實踐結合型內(nèi)容;從網(wǎng)絡資源獲取角度，分為豐富的、貧乏的、系統(tǒng)的、零散的等內(nèi)容。

在課程內(nèi)容組織過程中，對于了解性的、可自學的、概念型、資源豐富的內(nèi)容，簡化課堂內(nèi)容，以課外自學為主;對于需引入、需總結的內(nèi)容，以課外自學為主，課堂重點在于引入與總結，使之系統(tǒng)化、條理化;理論型內(nèi)容可弱化，達到知其然的程度;實踐型內(nèi)容需加強。

（2）以應用主題貫穿課程內(nèi)容。大學計算機課程內(nèi)容多樣，而且內(nèi)容之間沒有關聯(lián)，使整個課程非常零散、缺乏系統(tǒng)性。針對學生面向的專業(yè)，選擇一個應用主題，將所有內(nèi)容貫穿其中，通過應用將課程內(nèi)容組織成為一個整體，不但能改善大學計算機課程過于理論、抽象的缺點，還能加深學生對計算機在本專業(yè)應用的認知。將不同的計算機技術統(tǒng)一到一個應用主題中，如具有開源特性的Python語言，可融合其它語言優(yōu)勢，應用十分廣泛。

3.3 應用導向的教學實踐

中國石油大學（華東）大學計算機課程只有32個學時，含16學時上課、16學時上機。課程包括硬件與軟件兩部分，應用主題定位為信息處理，分為4項內(nèi)容（見圖2）：計算機硬件與網(wǎng)絡、科學計算、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)庫，還包含了Word、Excel、PPT的使用。硬件及網(wǎng)絡部分涉及計算機組裝與網(wǎng)絡配置兩個實驗，均在虛擬平臺上實現(xiàn);科學計算部分選擇爬蟲，使用Python語言實現(xiàn)，其結果存入文件;數(shù)據(jù)處理部分講授數(shù)據(jù)處理的基本方法，實驗使用Excel，直接打開爬蟲結果文件，進行統(tǒng)計、分析、制圖等操作;數(shù)據(jù)庫部分講授數(shù)據(jù)庫基本原理與SQL語言，實驗基于SQLite數(shù)據(jù)庫爬取數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫，利用Python將上述文件的數(shù)據(jù)載入數(shù)據(jù)庫，并實現(xiàn)增刪改查操作;Word實驗以課程報告的形式進行，要求學生正確排版;PPT實驗在課堂報告中進行，要求學生制作演示文稿并現(xiàn)場演示。

本課程硬件部分相對獨立。軟件部分的所有內(nèi)容歸為一個應用主題，具有連貫性。雖然涉及程序設計（Python）、信息獲取、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫、辦公軟件等多項內(nèi)容，但是整體感非常強，學生容易接受。

4 結語

應用是計算機技術的主旋律，應該成為非計算機專業(yè)大學計算機教育主導方向。大學計算機作為入門基礎課程，應當在普及計算機基礎內(nèi)容的大前提下，弱化計算機理論內(nèi)容，重點引導、提高學生計算機應用能力，尤其是解決行業(yè)問題的能力。

本文就應用導向的大學計算機課程建設進行探索和嘗試，在實際教學中通過Python語言課程，有助于實現(xiàn)不同計算機技術在信息處理主題下的應用統(tǒng)一，雖然取得了較好的效果，但與行業(yè)應用相結合的目標還相差較大距離，需要繼續(xù)探索。

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（責任編輯：江 艷）