若干世界一流大學計算機基礎課程調研

楊 歡，周競文, ，周海芳

（1.國防科技大學 計算機學院，湖南 長沙 410073；2.復雜系統軟件工程湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410073）

0 引 言

計算機作為現代信息社會的必備工具，其應用已遍及國民經濟與社會生活的各個方面，在諸多領域發揮著十分重要的作用，這也使得使用計算機成為21 世紀每個人都應掌握的基本技能之一。因此，國內外許多高校將計算機入門課程設置為各專業學生均需學習的一門基礎課程。但是，計算機領域具有知識點多、涉及面廣、應用性強、發展迅速等特點，這些特點也為此類課程的實施帶來了問題。例如，如何合理設置課程目標，如何對內容進行取舍，如何有效培養學生的計算機應用能力，如何科學評價學生的學習情況等。這些問題是目前國內很多高校面臨的共同問題，也是在對計算機基礎課程進行改革時需著重關注的問題，而世界一流大學的做法對解決這些問題具有重要的借鑒意義。

1 調研對象

調研的6 所學校及6 門課程見表1。

表1 調研的課程

所選6 所學校的計算機科學專業在QS 2018、ARWU 2017、USNEWS 2016 學科排名中均處于前列；所選課程為面向本科各專業開設的計算機入門課程，即這些課程不要求學生具備計算機方面的先驗知識；所選學期是課程資料較全、時間盡量靠后的學期。

2 實施情況

2.1 基本信息

調研課程的基本信息見表2。

授課形式包括網絡授課和實地授課，網絡授課在EdX MOOC 等網絡教學平臺上進行，學生通過自行觀看教學視頻進行學習，實地授課在教室進行，由授課老師進行講授。

采用網絡授課形式的課程，其課時格式為“每周課時長（小時）×總課周數”，如MIT 的6.0001 課程課時為“14～16×9”，表示該課程每周課時為14 到16 小時，總共9 周；采用實地授課形式的課程，其課時格式為“每次課時長（分鐘）×總課次數”，如Stanford 的CS 101 課程課時為“80×20”，表示該課程每次課80 分鐘，總共20 次課。對于實地授課形式課程，需要指出的是：①課時包括講授、討論、復習、考試等所有寫入課表的課時；②除CMU 每周4 次課之外，其他三門課程每周均安排2 次課；③CMU 每周4 次課，單數周用于講課，雙數周用于進行練習、作業和測驗。

對于“教材/參考書”一列，未標“*”表示的是指定的教材，標“*”表示的是推薦的參考書。除此之外，一些學校還會根據課程內容提供其他學習資料。例如，UCB 提出“新聞中的計算”的概念，因此會在每天的報紙中選擇一些相關文章分配給學生作為補充讀物；CMU 還提供了Python 官方教程，以及一些課程外的在線視頻講座和練習資源；Princeton 會每周發布相關的閱讀材料。

2.2 課程目標

各課程的教學目標見表3。

表2 課程基本信息

表3 課程目標

從表3 可以看出，這些課程的目標是基本一致的，即會用計算機，更具體地說，是使零基礎的學生學會用編程的方法解決實際問題，在此過程中，理解計算機的工作原理、基本思想、相關技術等，從而初步建立計算思維、形成信息素養。

2.3 教學內容

各課程教學內容見表4。

從表4 可以看出，這些課程選取的教學內容與課程目標聯系緊密，從而保證課程目標的有效達成。整體上看，教學內容主要集中在以下幾方面。

表4 教學內容

（1）程序設計。所有課程均介紹了程序設計的基礎知識，涉及數據類型、輸入輸出、數據結構、控制結構、函數、文件讀寫、異常處理和面向對象編程等方面。這些課程之所以將編程作為課程的主要內容，至少有以下兩方面考慮：程序是計算機的核心概念，通過編寫程序能夠使學生更好地理解計算機軟硬件結構和工作原理等；這些課程的目標是使學生學會使用計算機解決實際問題，而編程是利用計算機進行問題求解的一種最為靈活、最為通用的方法。

（2）計算機相關技術。這些課程在對此方面內容進行選擇時，一般會從以下兩方面進行考慮：學生最常接觸的技術，如軟硬件、互聯網、圖像、信息安全、數據壓縮等；熱門的前沿技術，如人工智能、虛擬貨幣等。從而使學生在有限時間內學習到對其最為有用的知識，還可激發學生對計算機的興趣，促使學生后續的自主學習。

（3）計算思想，如抽象、模擬、算法等，通過這些內容初步培養學生計算思維。

另外，在教學理念、教學方法等方面，這些課程還存在以下一些共同做法。

（1）以編程為中心，圍繞編程展開教學，穿插介紹其他內容，通過編程加深對其他內容的理解。

（2）更加強調通過編程解決實際問題，而不過多關注語法細節，如UCB 選擇的是圖形化編程語言Snap，Stanford 提供了大量基礎代碼，從而使學生將更多精力放在問題求解過程上。

（3）以問題為引導，圍繞問題展開教學，如UCB 的CS 10 課程通過分形圖形引入遞歸概念，通過解決該問題，使學生掌握遞歸技術。

（4）大部分課程明確要求學生上課時需攜帶筆記本電腦，以便邊講邊練，從而達到較好的教學效果。

2.4 成績組成

各課程的成績組成及分值比例見表5。

除平時作業、期中考試、期末考試之外，各課程會根據需要安排一些探索性和實踐性的任務，從而使學生更為深入地理解課程內容，進一步鍛煉學生的綜合能力，如Stanford 要求學生寫一篇人工智能方面的小論文；UCB 要求學生完成一個編程類的任務和一個探索性的任務；Harvard要求學生完成一個學期項目，可以是以網站形式呈現的論文，或是用Java 編寫的較大程序；CMU 每兩周進行一次小測驗；Princeton 布置了8個與學生日常生活相關的實踐性實驗。從而可以看出，這些課程比較注重對學生的過程性評價。

表5 成績組成 %

另外，值得指出的是，幾乎所有課程的期末考試均為開卷，這也反映出這些課程更注重對學生能力的考察，而不僅僅是知識的記憶。

3 若干結論

結合前述關于計算機基礎課程在實施過程中面臨的若干問題，對調研情況總結如下。

（1）在教學目標上，以使用計算機為核心。通過學習，使各專業的學生能夠從零開始，學會使用計算機技術解決本專業領域的實際問題，這里所說的“使用計算機技術”，更多地是指使用編程技術，而不僅僅是Office 等現成軟件。

（2）在教學內容上，以編程為中心，圍繞編程，穿插介紹其他計算機相關知識。通過編程，使學生更好地使用計算機，通過其他計算機知識，使學生更好地理解計算機，并逐步形成計算思維。另外，在內容的選取上，適當選擇學生經常接觸的技術和計算機前沿技術，從而激發學生的學習興趣，使其能在后續繼續主動學習，達到基礎課程的“入門”作用。

（3）在教學實施過程中，以能力培養為重心，強調問題求解等能力的訓練，而不僅僅是知識的記憶。采用的方法包括：以問題為牽引，圍繞問題求解過程展開教學；帶電腦進入課堂，課上邊學邊練；課程案例、作業等內容緊密聯系實際；增強探究性學習，激發創造性思維，提升創新能力。

（4）在成績評價上，注重過程性評價，注重對能力的評價。主要體現在以下幾個方面：期末考試所占分值較小，而過程性成績分值較大；過程性成績采用多元化的評定方式，如問題集、編程題、論文、綜合項目等；在期末考試上，大多數課程都采用了開卷形式，且題目對學生的綜合能力要求較高。

4 結 語

計算機基礎課程作為高校學生學習的第一門，也可能是唯一一門計算機課程，肩負著使學生學會使用計算機、理解計算機系統、初步形成計算思維等重任，因而受到了各大高校的普遍重視。本文通過對若干世界一流大學計算機基礎課程進行調研和分析，得出若干結論。這些結論與我國教育界當前倡導的一些教育理念是一致的，在一定程度上證明了這些教育理念的科學性與先進性。同時，這些結論對解決計算機基礎課程實施和改革過程中面臨的一些問題具有借鑒意義。另外，也應看到，計算機基礎課程的建設是一個長期的、多樣化的、動態變化的過程，他校的有效經驗并不一定適合本校的特點。因此，在具體實施過程中，還應結合實際情況，經過不斷探索，才能制定出適合本校的實施方案。