以Python為主線的軍隊(duì)院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系建設(shè)

郭福亮 周鋼 李永杰 崔良中 汪昭

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)難以滿足學(xué)生未來(lái)專業(yè)學(xué)習(xí)和崗位能力需要的問(wèn)題，根據(jù)軍隊(duì)院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系建設(shè)目標(biāo)，提出基于Python語(yǔ)言的“1+2+X”軍隊(duì)院校理工類計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，推動(dòng)體系內(nèi)課程配套改革。通過(guò)融入Python語(yǔ)言優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，形成內(nèi)容銜接、難度遞進(jìn)的課程體系，對(duì)軍隊(duì)院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系建設(shè)具有重要的借鑒意義和實(shí)踐參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系;Python;理工類專業(yè);軍隊(duì)院校

DOI：10. 11907/rjdk. 191953 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

中圖分類號(hào)：G434文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2020）002-0214-03

英標(biāo)：Computer Basic Course System of Military Academies with Python as the Main Line

英作：GUO Fu-liang1， ZHOU Gang1， LI Yong-jie1， CUI Liang-zhong1，WANG Zhao2

英單：（1. Naval Engineering University， Wuhan 430033，China;2. Navy 92057，Zhanjiang 524000，China）

Abstract： Aiming at the problem of lack of timeliness and systematicness in the traditional computer basic course system， according to the construction goal of the computer basic course system in military academies， this paper puts forward the “1+2+X” basic course of science and engineering in military academies based on Python language， promotes the reform of course matching in the system， and integrates it into Python language to optimize teaching. By integrating the content of Python optimization， a curriculum system of content cohesion and progressive difficulty， which has important reference significance and practical reference value for the construction of basic computer curriculum system in military academies.

Key Words： computer basic course system; Python; science and engineering major; military academy3.

0 引言

未來(lái)軍事是人才的較量，育人是院校的職責(zé)。習(xí)主席強(qiáng)調(diào)，要堅(jiān)持面向戰(zhàn)場(chǎng)、面向部隊(duì)，圍繞實(shí)戰(zhàn)搞教學(xué)、著眼打贏育人才，使培養(yǎng)的學(xué)員符合部隊(duì)建設(shè)與未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)需要[1]。

為培養(yǎng)適應(yīng)未來(lái)電磁化、信息化、智能化戰(zhàn)爭(zhēng)需求的高素質(zhì)新型軍事人才，緊跟大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)發(fā)展方向，本文以Python語(yǔ)言為線索，圍繞“能力持續(xù)提升”目標(biāo)，全面改革并構(gòu)建新型大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系，以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維，提升其計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，同時(shí)激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐意識(shí)。

1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系規(guī)范建設(shè)

1.1 傳統(tǒng)理工類計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系

理工類計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系建設(shè)與發(fā)展經(jīng)歷了3個(gè)階段，分別為“三個(gè)層次”課程體系階段、“1+X”課程體系階段和“寬專融”課程體系階段。

1998年，教育部高教司提出“三個(gè)層次”課程體系，即計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)3個(gè)層次，包括計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)信息管理基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)基礎(chǔ)5門核心課程[2]。2006年，教育部高等學(xué)校非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)課程教指委提出基于“4個(gè)領(lǐng)域×3個(gè)層次”的知識(shí)體系，結(jié)合各專業(yè)特點(diǎn)與計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)需求，構(gòu)建“1+X”課程體系[3]?；诖?，教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教指委還提出，對(duì)于理工類專業(yè)，需要構(gòu)建1門“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”和X門重點(diǎn)課程，如程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、微機(jī)原理與接口技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)及應(yīng)用、多媒體技術(shù)及應(yīng)用、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用等課程[4]。2016年，教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教指委提出“寬專融”課程體系，“寬”是指通知類（基礎(chǔ)類）課程，如大學(xué)計(jì)算機(jī)課程;“專”是指專業(yè)型課程，如程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)及應(yīng)用、多媒體技術(shù)及應(yīng)用、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用等課程;“融”是指交叉型課程，以相關(guān)專業(yè)內(nèi)容為背景，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與專業(yè)應(yīng)用相結(jié)合[5]。

近年來(lái)，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展與普及，結(jié)合軍隊(duì)院校“為戰(zhàn)育人”的辦學(xué)導(dǎo)向，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系已難以適應(yīng)軍隊(duì)院校理工類專業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)與技能的需要，主要體現(xiàn)在：

（1）對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)無(wú)法滿足未來(lái)專業(yè)學(xué)習(xí)和崗位能力需要。未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)是信息化條件下的智能戰(zhàn)場(chǎng)，未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)是基于信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)課程體系缺乏對(duì)學(xué)生軟硬件結(jié)合應(yīng)用能力與人工智能基礎(chǔ)應(yīng)用能力的培養(yǎng)，課程體系建設(shè)不能對(duì)標(biāo)崗位能力需求，精準(zhǔn)供給。

（2）課程體系之間缺乏有效聯(lián)系與溝通。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系的課程開設(shè)時(shí)間主要集中在大學(xué)低年級(jí)（一二年級(jí)），在課程時(shí)間安排上具有連貫性，但是內(nèi)容缺乏聯(lián)系性，結(jié)構(gòu)缺乏系統(tǒng)性，難度缺乏遞進(jìn)性，課程整體系統(tǒng)性不強(qiáng)，難以保證學(xué)生信息素養(yǎng)的持續(xù)提升。

1.2 軍隊(duì)院校理工類計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系總體目標(biāo)

面向未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)，精準(zhǔn)對(duì)接專業(yè)領(lǐng)域?qū)τ?jì)算機(jī)基礎(chǔ)能力的需求，瞄準(zhǔn)信息化、智能化戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)軍事人才的信息能力需求，提出軍隊(duì)院校理工類計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系培養(yǎng)總體目標(biāo)。

總體目標(biāo)從知識(shí)、能力和思維3個(gè)層次分別展開，其中知識(shí)是指通過(guò)課程學(xué)習(xí)應(yīng)當(dāng)掌握的理論知識(shí)，主要包括3部分，即計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)知識(shí)（軟件和硬件）、計(jì)算機(jī)應(yīng)用知識(shí);能力是指學(xué)生通過(guò)課程實(shí)踐教學(xué)需要掌握的計(jì)算機(jī)相關(guān)能力，主要包括計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)操作能力、計(jì)算機(jī)編程實(shí)踐能力、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)能力、基于信息技術(shù)的自主學(xué)習(xí)能力、計(jì)算機(jī)科學(xué)工程應(yīng)用能力和計(jì)算機(jī)創(chuàng)新實(shí)踐能力6個(gè)方面;思維是指通過(guò)課堂教學(xué)以及課外創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問(wèn)題的思維習(xí)慣，主要包括計(jì)算思維、計(jì)算生態(tài)思維和系統(tǒng)思維3類[6]。

1.3 軍隊(duì)院校理工類計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系課程設(shè)置

結(jié)合軍隊(duì)院校理工類計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系總體目標(biāo)，以Python語(yǔ)言為線索，建設(shè)“1+2+X”課程體系，其中包括一門基礎(chǔ)型課程，即大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)必修課，一般在大一第一學(xué)期開設(shè);兩門系統(tǒng)型課程，即程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)課程，一般在大一和大二第2學(xué)期開設(shè);X門拓展型課程，即對(duì)接專業(yè)領(lǐng)域需要、瞄準(zhǔn)未來(lái)崗位需求開設(shè)的計(jì)算機(jī)新興技術(shù)基礎(chǔ)課程，按照拓展深度和應(yīng)用層次分為基礎(chǔ)應(yīng)用課程、智能應(yīng)用課程、創(chuàng)新實(shí)踐課程3類。基礎(chǔ)應(yīng)用課程如數(shù)據(jù)庫(kù)原理應(yīng)用、多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等均為選修課，一般面向大二和大三學(xué)生開設(shè)，要求至少3選1;智能應(yīng)用課程如人工智能導(dǎo)論、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)、大數(shù)據(jù)技術(shù)基礎(chǔ)等均為選修課，一般面向大三和大四學(xué)生開設(shè);創(chuàng)新實(shí)踐課程如智能小車設(shè)計(jì)、智能機(jī)器人設(shè)計(jì)等課外創(chuàng)新活動(dòng)，主要面向?qū)W有余力的學(xué)生，可自愿參與。

Python語(yǔ)言是一門新興的面向?qū)ο蟮慕忉屝驼Z(yǔ)言，在人工智能、大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系每門課程均以Python語(yǔ)言作為主要編程語(yǔ)言和實(shí)踐工具，實(shí)現(xiàn)以Python語(yǔ)言為主線貫穿各門課程。具體課程體系如表1所示。

2 基于Python的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系構(gòu)建

2.1 基于Python的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程

圍繞大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)，以Python語(yǔ)言為工具，構(gòu)建多層次創(chuàng)新型實(shí)踐教學(xué)體系[7]。在課堂教學(xué)中設(shè)置理論講授與實(shí)踐教學(xué)各24學(xué)時(shí)，具體教學(xué)安排與設(shè)計(jì)如表2所示。

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程將理論與實(shí)踐相結(jié)合，先講授Python程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)，重點(diǎn)突出Python基本結(jié)構(gòu)、序列數(shù)據(jù)、常見算法及其配套實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并借助Python語(yǔ)言的Turtle繪圖進(jìn)行可視化展示，以加深學(xué)生對(duì)Python基礎(chǔ)語(yǔ)法、結(jié)構(gòu)與算法的理解，提升對(duì)Python語(yǔ)言的興趣。在學(xué)生初步掌握Python程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)后，再按照理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、綜合創(chuàng)新逐步深入，以進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，實(shí)現(xiàn)對(duì)Python語(yǔ)言的靈活應(yīng)用。

同時(shí)，配合實(shí)踐教學(xué)的開展，舉辦課程競(jìng)賽等創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，配合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按照?qǐng)D文設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、Python編程3個(gè)主題開展開放性創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，通過(guò)廣泛參與、集中評(píng)比以及考評(píng)加分，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新動(dòng)力。

2.2 基于Python的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程

基于Python的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程總課時(shí)40學(xué)時(shí)，均在機(jī)房授課，按照“輕語(yǔ)法、重結(jié)構(gòu)、強(qiáng)應(yīng)用”的總體思路進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容設(shè)置，并采用豐富的教學(xué)案例，配合大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)前導(dǎo)課程的Python教學(xué)內(nèi)容，按照1∶3∶6的課時(shí)分配完成對(duì)Python基礎(chǔ)語(yǔ)法、程序結(jié)構(gòu)與綜合應(yīng)用的講解，同時(shí)配合Python語(yǔ)言極客編程比賽和計(jì)算機(jī)等級(jí)考試輔導(dǎo)等活動(dòng)，進(jìn)一步提升學(xué)生綜合運(yùn)用程序設(shè)計(jì)方法和Python語(yǔ)言通過(guò)編程實(shí)踐解決實(shí)際問(wèn)題與開展創(chuàng)新實(shí)踐的能力。課程設(shè)計(jì)了“導(dǎo)彈攔截”“天氣預(yù)報(bào)爬蟲”“天氣預(yù)測(cè)”“通訊錄設(shè)計(jì)”等綜合案例，涵蓋了Python語(yǔ)言的數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化、人機(jī)交互編程、面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)爬蟲等方面內(nèi)容。

課程以機(jī)房為主要授課環(huán)境，將課程講授與實(shí)際編程練習(xí)相結(jié)合。實(shí)驗(yàn)分為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)3類，其中驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)Python語(yǔ)言基礎(chǔ)進(jìn)行驗(yàn)證，以加深學(xué)生對(duì)Python基本結(jié)構(gòu)和序列數(shù)據(jù)類型等的理解;基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)主要以國(guó)家計(jì)算機(jī)等級(jí)考試為參考，運(yùn)用Python語(yǔ)言進(jìn)行復(fù)雜程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn);綜合實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)課程案例庫(kù)進(jìn)行對(duì)Python語(yǔ)言爬蟲、數(shù)據(jù)科學(xué)、可視化等庫(kù)的運(yùn)用與實(shí)踐。

課程考核以上機(jī)編程實(shí)踐為主，依托Python123的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)開展，主要考察基礎(chǔ)知識(shí)、綜合應(yīng)用、案例實(shí)踐、創(chuàng)新實(shí)踐4個(gè)方面。其中，基礎(chǔ)知識(shí)主要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)考試客觀題進(jìn)行測(cè)試，綜合應(yīng)用通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行檢驗(yàn)，案例實(shí)踐主要根據(jù)綜合應(yīng)用案例的完成情況進(jìn)行評(píng)判，創(chuàng)新實(shí)踐主要通過(guò)學(xué)員參加Python編程極客競(jìng)賽獲獎(jiǎng)情況給予附加分。

2.3 基于Python的計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)課程

基于Python的計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)課程對(duì)傳統(tǒng)微機(jī)原理與接口技術(shù)課程進(jìn)行了革新，減少對(duì)計(jì)算機(jī)硬件及接口芯片的深入講解，增加對(duì)傳感設(shè)備、通用接口、接口調(diào)用等計(jì)算機(jī)硬件應(yīng)用的講解，借助PYNQ（Python on Zynq）[8]開發(fā)架構(gòu)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)Base Overlay的開發(fā)方法，掌握操作音頻、視頻、網(wǎng)絡(luò)、USB、PMOD接口的方法，以及基于PYNQ的片上系統(tǒng)開發(fā)方法。

課程共有50學(xué)時(shí)，主要分為3部分，即硬件基礎(chǔ)、嵌入系統(tǒng)、系統(tǒng)開發(fā)，分別占16學(xué)時(shí)，其中硬件基礎(chǔ)主要講解微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、微處理器及總線、指令系統(tǒng)、存儲(chǔ)器技術(shù)和輸入、輸出系統(tǒng)，以理論講解為主，配合少量匯編語(yǔ)言演示;嵌入系統(tǒng)主要講解硬件構(gòu)件封裝、串行通信模塊、定時(shí)器、DPIO應(yīng)用以及ADC、DAC、CMP模塊開發(fā)[9];系統(tǒng)開發(fā)主要配合嵌入系統(tǒng)相關(guān)理論，圍繞PYNQ開展實(shí)踐教學(xué)，包括PYNQ基本控制、音視頻開發(fā)、通用接口開發(fā)、綜合實(shí)踐等內(nèi)容。

2.4 基于Python的其它計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程

“1+2+X”計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系的拓展課程以選修課程和課外實(shí)踐活動(dòng)為主。各課程主要利用Python作為理論教學(xué)驗(yàn)證與實(shí)踐工具，進(jìn)行基于Python的多媒體、數(shù)據(jù)庫(kù)等開發(fā)編程實(shí)踐，并拓展到樹莓派、Android的嵌入式開發(fā)編程，實(shí)現(xiàn)智能應(yīng)用開發(fā)。

3 結(jié)語(yǔ)

軍隊(duì)院校理工類專業(yè)的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)存在無(wú)法滿足未來(lái)專業(yè)學(xué)習(xí)與崗位能力需要、課程內(nèi)容缺乏聯(lián)系性、結(jié)構(gòu)缺乏系統(tǒng)性、難度缺乏遞進(jìn)性等問(wèn)題，因此針對(duì)軍隊(duì)院校理工類專業(yè)需求，提出以Python為主線的“1+2+X”計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系，按照基礎(chǔ)型課程、系統(tǒng)型課程、拓展型課程進(jìn)行分層構(gòu)建，推動(dòng)體系內(nèi)課程改革，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，涉及Python語(yǔ)言編程基礎(chǔ)、程序設(shè)計(jì)、嵌入設(shè)計(jì)、綜合應(yīng)用及智能應(yīng)用等不同層次，實(shí)現(xiàn)了課程體系內(nèi)容銜接、難度遞進(jìn)，從而使課程體系更具有連貫性與整體性。

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（責(zé)任編輯：黃 健）