智能時代計算機通識教育的改革探索

郝興偉?張強

摘 要：培養復合型創新人才是新時代社會對高等學校人才培養的基本需求。在智能時代的各學科人才培養中，培養學生具備深厚的計算思維和計算機問題求解能力十分重要。對我國高校計算機基礎教學的發展進行了總結，提出了面向學科交叉融合的計算機通識教育“1+N”課程體系設計方案，以及開放實驗室建設與產教融合的改革思路。

關鍵詞：智能時代;學科交叉融合;計算機通識教育;計算思維;開放實驗室;產教融合

進入21世紀，特別是近年來，以物聯網、大數據、云計算和人工智能為代表的現代信息技術飛速發展，社會數字化進程加快，人類正在向智能時代邁進。在智能時代，計算技術已成為推動科技發展最具創新活力的手段，各學科與計算的結合越來越廣泛、越來越深入，計算機學科知識在人才培養中的地位和重要性不斷提升。

作為各學科人才培養中的重要組成部分，計算機通識教育（公共教學）也必須不斷改革課程內容，以適應新時代社會發展的需要。因此，深入研究各學科對領域問題數字化及計算需求，設計科學、實用和前瞻性的計算機通識教育課程體系與教學內容，對于培養適應新時代發展需要的高層次復合型創新人才具有重要意義。

一、新一輪科技革命與產業變革推動高等教育改革

自20世紀40年代開始，隨著電子計算機的發明，人類社會進入信息社會。在信息社會，微電子技術、現代通信技術、計算機網絡技術快速發展。進入21世紀，特別是近年來，以物聯網、大數據、云計算和人工智能為代表的現代信息技術飛速發展，人類社會正在經歷一場新的科技和產業革命。

為應對新一輪科技革命和產業變革的到來，各國紛紛制定國家戰略，2013年4月，德國提出《德國工業4.0戰略》;2015年5月，我國發布《中國制造2025》;美國、英國、日本等工業發達國家也陸續發布了一系列重大戰略，其目標就是要搶占國際競爭的制高點。科技和教育總是緊密相關的，為配合一系列國家戰略的實施，2017年2月18日，教育部在復旦大學召開了高等工程教育發展戰略研討會，形成了“復旦共識”，拉開了我國高校新一輪高等教育人才培養改革的序幕。

新工科建設經過一年多的探索與實踐，2018年5月24日，“2018年教育部產學合作協同育人項目對接會”在北京會議中心召開。教育部高等教育司司長吳巖指出，高等教育創新發展勢在必行，要全面推進“新工科、新醫科、新農科、新文科”等建設，為2035年建成高等教育強國、實現中國教育現代化提供有力支撐，標志著為適應新的科技革命的到來，我國高等教育新一輪全面改革已經開始。

不管是新工科、新農科、新醫科還是新文科，所謂“新”，就是要建立新的學科專業或對傳統學科專業進行改革和重構，重構教學內容，做到學科交叉、技術融合、產教結合，為學生提供綜合性的跨學科學習，從而提高學生的創新能力和適應社會的能力，為迎接新的科技革命和產業變革提供人才保證。

二、計算機通識教育的發展及在新時代人才培養中的重要性

我國的計算機通識教育或稱計算機公共教學最早開始于20世紀80年代，當時隨著微型計算機（個人電腦）的出現，計算機在政府、企業、科研機構的應用日益廣泛，人們迫切需要掌握計算機的使用技能。在高校，面向計算機操作和應用以及計算機編程的計算機公共課程開始出現。

1997年，教育部高教司頒發了《加強非計算機專業計算機基礎教學工作的幾點意見》（教高〔1997〕155號），簡稱“155號文”，提出了三個層次的計算機基礎教學課程體系，即計算機文化基礎、計算機軟件技術基礎、計算機硬件技術基礎，教育部正式把大學計算機基礎課程列為高校重要的必修課，確立了計算機公共教學在高校人才培養中的地位[1]。

進入2000年，計算機公共教學在高等教育人才培養中已經非常普及，成為像高等數學、大學外語一樣的公共基礎課程，計算機公共教學進入快速發展時期。2006年，教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會發布了《關于進一步加強高等學校計算機基礎教學的意見暨計算機基礎課程教學基本要求》（簡稱“白皮書”），提出了大學計算機基礎教學的“4個領域×3個層次”的教學內容總體框架和“1+x”的課程設置方案，即“大學計算機基礎+若干必修∕選修課程”[2]。

雖然，在“白皮書”中提出了從計算機公共教學三個層次到“1+x”課程的過渡路徑，但是由于高校師資等種種原因，以講解計算機操作系統+Office辦公軟件為主的計算機基礎教學依然是主流，這種“計算機工具論”的計算機基礎教學已經越來越不能適應時代需要，遭到了前所未有的質疑和挑戰[3]。

2010年11月5日—7日，第六屆全國大學計算機課程報告論壇在山東濟南舉行，時任教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會主任委員陳國良院士主持了一個計算思維與大學計算機基礎教育改革座談會，受到與會專家的高度認可，拉開了以計算思維為導向的計算機基礎教學改革的序幕。面向計算思維培養的計算機基礎教學改革成為各高校開展計算機公共教學改革的主要切入點，特別是“985工程”建設高校，在教學內容上進行了大膽的改革，徹底擯棄了傳統的“計算機工具論”教學理念，培養學生計算思維成為計算機基礎教學新的教學目標。

近年來，物聯網、大數據、云計算、人工智能等現代信息技術快速發展，人類社會正在進入智能社會。技術的競爭本質上是人才的競爭，從2017年開始的新工科建設，無疑就是為了配合新一輪科技革命的到來。未來社會是一個信息社會、一個數字化社會，計算科學必將處于社會發展的核心地位，運用計算思維來解決科學研究和生產生活各領域的創新發展問題已成為時代共識。

在現有的計算機基礎教學體系中，關于大數據、人工智能等內容的課程還很少。雖然，作為計算機類專業來講，相關的專業課程已經有多年的發展歷史，但這些課程的教學定位、教學目標和教學內容并不適合非計算機類專業的學生，因此，開展面向計算機通識教育（公共教學）的相關課程研究和建設，成為新一輪計算機基礎教學改革的重要方向。

三、面向學科交叉融合的計算機通識教育課程體系設計與開放實驗室建設

教育部“新工科”“新農科”“新醫科”“新文科”等一系列高等教育教學改革的提出，對學科交叉和融合提出了更高要求。計算機通識教育作為高校人才培養的重要組成部分，現有的教學內容和課程體系已相對滯后。大學計算機通識教育應適應時代發展需要，樹立“計算+”的教學理念，以基礎學科思維強化多學科的交叉融合，更好地推進各學科復合型創新人才培養。

1.“1+N”計算機通識教育課程體系

以計算思維培養為核心，對傳統的“1+x”計算機公共課程體系進行改造，建立“1+N”大學計算機通識教育課程體系。

其中，“1”是指“計算思維”，為學校通識教育必修課程，教學目標是培養學生的信息素養、計算思維以及幫助學生打下扎實的計算學科基礎知識，強化計算思維與學科交叉思維訓練，提升學生創新意識和創新創業能力。

“N”是指根據教育教學改革需要開設的計算機系列課程，既包括面向全校學生開設的通識教育核心課程，也包括服務新工科、戰略新興學科、交叉學科和邊緣學科等建設而開設的前沿課程。其學時學分根據人才培養需要設置，教學目標是為學生建立數字化、大數據、云計算和人工智能等領域前沿的基礎知識架構，增強學生主動運用計算科學分析問題、設計系統和解決領域問題的能力，為相關課程學習打下堅實的基礎。主要課程包括“物聯網導論”“大數據云計算導論”和“人工智能導論”等。

2.面向計算機通識教育與數字化創新，建設計算機開放實驗室

實踐教學是計算機公共教學的重要組成部分。傳統的計算機公共教學以微機機房為主，設備多為微型計算機和CPU服務器，現在已經不能滿足新的計算機課程實驗教學的需要。從物聯網、大數據、云計算到人工智能，所需要的運行環境都是建立在服務器集群、虛擬機以及GPU計算基礎上的，現有的微機和CPU服務器已經完全不能支撐新課程的實驗教學任務，建設新的計算機實驗教學環境成為當前計算機基礎教學改革的重要內容。

和傳統的微機機房相比，服務器集群和GPU服務器投資較大，因此，在新的實驗環境建設中，可以充分考慮計算資源的最大限度共享，搭建一個面向計算機通識教育與數字化創新的開放實驗平臺，為課程實驗教學、學生科研訓練、創新創業營造立體化、系統化的創新實驗環境。根據“1+N”計算機通識教育課程體系設計，需要建設的開放實驗室有：計算機網絡技術與物聯網開放實驗室、大數據與云計算開放實驗室、人工智能開放實驗室等。

3.加強產教融合，開設計算機前沿技術系列講座

由于現代信息技術發展迅速，高校教學內容相對滯后，特別是在大數據、人工智能等大規模應用中，產業界技術明顯領先于學校教學。為此，依托業界領軍企業，和高校一起開設計算機前沿技術系列講座，對于促進高校人才培養供給側與產業需求側結構要素全方位融合具有積極意義。

圍繞物聯網、5G通信、大數據與云計算、人工智能、網絡空間安全等前沿技術，可以每學期開設一期前沿技術系列講座，講師來自業界各領域的領軍企業，每期一個主題，分為10周左右，每周一講，由一個企業負責。每一次講座內容分為宏觀和具體兩個層面，宏觀層面由企業負責研發的技術總監講授，立足國際視野介紹相關技術的發展動態和國際前沿;具體層面由企業高級架構師層面的專家講授，介紹關鍵技術及實現等企業相關內容。

參考文獻：

[1] 馮博琴.計算機基礎教育新階段的教學改革研究[J]. 中國大學教學，2004（9）：7-10.

[2] 教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會. 關于進一步加強高等學校計算機基礎教學的意見暨計算機基礎課程教學基本要求（試行）[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[3] 郝興偉，徐延寶，王憲華. 我國高校計算機教學情況調研與分析[J]. 中國大學教學，2014（6）：81-86.

[責任編輯：余大品]