工程教育認證背景下的大學計算機通識課程教學改革

劉志敏，薛紅梅，申艷光

(河北工程大學 信電學院，河北 邯鄲 056038)

筆者在多年的大學計算機通識課程教學實踐中，積累了一些實踐經驗，對教學模式進行了一系列的改革探索，參與構建了一套較為完善的大學計算機通識課程教學與評價體系。

一、問題提出

隨著21世紀信息技術新概念的不斷涌現，如大數據、人工智能、物聯網、云計算、數字化管理等，信息技術已深入社會的各個方面，大到社會工作電腦辦公、遠程醫療、遠程教學、遠程視頻會議等，小到家庭網上銀行、網上購物、網上問診、網上學習、家用電器使用等等。信息技術革命，無處不在的計算思維，已深刻改變了人類對社會的認識方式。

大學計算機通識課程教學進入到了深化提高階段，國家教指委(教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會)明確提出了大學計算機通識課程教學的“4個領域、3個層次”的總體框架。4個領域即計算機系統與平臺、計算機程序設計基礎、數據分析與信息處理、應用系統開發；3個層次即概念性基礎、技術與方法、應用技能。2014年，《中國工程教育質量報告》中明確指出了工程教育是我國高等教育的重要組成部分，工程教育對我國的現代工業化的發展，發揮著不可替代的作用，而大學生是知識的承載者，是國家發展的開拓者。因此，以學生為中心,以社會需求為標準,推進新一輪的計算機基礎教育改革，以適應現在和未來社會發展需求。

二、修訂教學大綱，優化教學內容

(一)教學大綱修訂

由于我校屬于工科院校，在基于工程教育認證背景下，為貫徹國家對人才的培養指示精神，為適應當代信息技術革命的新要求，系領導多次組織編寫組人員進行討論論證，依據教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會編制的《大學計算機基礎課程教學基本要求》，制定了適合我校大學生發展的大學計算機通識課程教學大綱。其中，在工程教育認證背景下的大學計算機通識課程應“以學生為中心，以學生發展為本”為計算機通識課程教學大綱的總目標。大綱要求，大學計算機通識課程，承載了非計算機專業大學生對計算機的認知，除了基礎知識外，還要兼顧計算機的應用能力、工程思維等計算思維能力的持續培養，提高學生的信息素養，具備良好的信息獲取、信息儲存、信息處理、信息共享能力。通過大學計算機通識課程的系統學習，使學生對計算機文化有較為全面的了解，使其自覺遵守社會公序良俗，依法進行信息技術活動，敬畏腦力勞動成果。教學大綱還要求，通過本課程的系統學習，使學生對計算機技術解決實際問題的思維和方法有進一步認識，使學生在各自的專業中能夠有意識地借鑒、引入計算機科學中的一些理念、技術和方法，認識并處理可能出現的問題，強化計算機科學的精髓。教學大綱還進一步要求，通過本課程的系統學習，使學生初步具備工程師的基本職業素養，即具備分析問題的能力、解決問題能力、溝通能力、自主學習能力和團結協作能力等，為各專業的后續計算思維能力提供必要的思維和能力儲備，為后續課程的學習奠定堅實基礎。筆者參與編寫了我校大學計算機通識課程的教學大綱。

(二)優化教學內容

以教學目標為導向，在教學過程中充分體現工程教學理念。在課程課時較少的情況下，為完成較多的教學內容，大學計算機通識課程教學過程采用線上線下混合式教學模式來優化教學內容。線下教學即課堂教學，課堂教學側重重點難點內容的講解，側重理論知識的運用，重點引導學生如何用理論知識內容來解決實際項目應用，旨在培養學生計算思維能力，展示計算機科學在實際中的計算魅力；線上教學即網絡化教學，同學們通過“大學MOOC”、“我要自學網”、“二維碼”等線上教學，領略名師的風采，享用名校的資源，同時可與名校學生參與討論，與名校學生進行學習交流，既增強了與人溝通的能力，鞏固了知識內容，又拓展了知識層面。網上教學，旨在培養學生自主學習的持續能力，為學生探究性學習提供了強有力的保證。

通過兩學期的線上線下混合式教學實踐，學生計算思維能力有了明顯提高。學生的初始作品如宣傳我的家鄉的Word和PPT，制作精良、顏色搭配合理、圖形圖片視頻音頻與敘述內容相輔相成，且位置合理，排版精美；能力拓展方面如科技論文文檔的排版符合復雜的格式要求；對程序設計的靈魂即算法有了深刻的理解及靈活應用，利用算法設計策略，學生能夠熟練地解決枚舉問題(百元買百雞)、回溯問題(八皇問題)、迭代問題(猴子吃桃子問題)、遞歸問題(漢諾塔問題)等，有些學生自主設計編寫了游戲小程序，供同學們娛樂；有些學生參加了國家程序設計語言大賽，取得了良好成績。

三、教材建設

(一)工程教育認證背景下的計算機通識教材的內容設計

教材是學生獲取知識的主要渠道，是學生學習的主要工具，又是教學經驗的總結。教材既是保證和提高教學質量的重要支柱，又是教學內容和教學方法的知識載體，是貫徹落實教學大綱的重要基石。依據本校大學生的實際情況，以課程教學大綱為導向，工程教育認證為背景，筆者參與編寫了適合本學校的計算機通識課程教材，在課程體系和內容編排上，結合我校大一學生對計算機知識掌握程度的不同，提出了3個層面的要求，分別是在基礎知識層面上，要保持內容知識的完整性、系統性、連續性，立足培養學生計算機基本技能，使學生打下較為扎實的計算機基礎知識，為后續課程的學習作好鋪墊；突出基本應用，增加教材的專業性、實用性和趣味性，使知識服務于生活，回歸于生活。在綜合應用層上，突出教學內容與工程實踐相結合，著眼計算機基礎知識的工程應用，使學生樹立工程理念，培養學生工程素養。在知識應用拓展層面上，引導學生自主式、探究式學習，使學生樹立終身學習的思想。

臨下課時，老師笑瞇瞇地問我有什么感受，我張張有點累的嘴，摸摸腮幫子，靦腆地說：“感覺嘴唇發麻，好像不是自己的嘴一樣，腮幫子也不靈活了。”老師笑了，他用溫和的眼神告訴我，“萬事開頭難，你的開頭還不錯，開了好頭就要堅持。以后要每天練習，其實學樂器也是熟能生巧的過程”我點點頭,牢牢地記住老師的話,帶著喜悅的心情離開了教室。

(二)工程教育認證背景下的教材內容設計實施

由于大學計算機通識課程的內容多，涉及面廣，幾乎涵蓋了計算機專業的所有課程內容，教材編寫組人員對計算機通識課程教材進行了編寫前的認真討論，“以學生為中心，以學生發展為本”為出發點，以 “突出項目”、“著眼應用”、“立足實用”、“激發興趣”、“拓展知識”為原則。教材編寫組成員依據教材編寫要求，教材內容進行了認真組織，精心編寫。內容從認識計算機、計算思維、0和1的思維、系統思維、算法思維、數據思維、網絡思維、倫理思維、Microsoft Office到程序設計語言各個知識層，每一層次內容從問題著手，融入問題，用生動的案例詮釋問題內容，如“我們的足跡”、“求職檔案”、“宣傳我的家鄉”、“百元買百雞”、“八皇后問題”、“警察抓小偷”等，按照教學規律和學生的認知特點，將知識點融于案例中，旨在培養學生的學習興趣，也很好的展示了計算思維，展示了計算機科學在實際中的計算魅力。教材內容以提升“能力”為目的，充分體現了理論和實踐教學的一體化，達到“教師易教，學生樂學，技能實用”，強化重點難點拓展內容的展示，并以視頻數字化二維碼形式展現，方便學生線上學習，旨在理解鞏固所學重點難點知識，延引知識點。由實踐整合理論,切實落實“以學生為中心，以學生發展為本”的教育理念，教材以“思考與探索”、“角色模擬”、“分析認證”、“能力拓展與訓練”等欄目，引導學生自主式、探究式學習，促使學生個性化發展，使學生樹立持續學習和終身學習的思想，養成團結協作的工作習慣，培養工程素養。為培養學生人文情懷，教材附錄《弟子規》昭顯人文素養，旨在使讀者感悟中華傳統文化的真諦，旨在培養學生良好的學習態度和職業道德，激勵同學為國奮發學習。

通過兩學年師生用書信息反饋，對教材編寫內容、重點難點拓展內容數字化展示以及對教材“基礎知識”“綜合應用”“應用拓展”三個層次的知識架構進行了認真評價，認為符合學生的認知規律，受到了師生好評。

四、改進課堂教學方法，提高教學效果

(一)加強直觀教學?！皶究偸锹浜笥诂F實，盡信書則不如無書”。故此，在教學過程中，不斷制作和更新多媒體幻燈片內容，并結合實物，以加深學生對理論知識的理解，使學生對本課程體系統的前瞻性研究有所了解，以激發學生學習動力，提升學習欲望，從而實現課程教學目標。同時幻燈片的文字內容要少而精且有層次抓住要點，防止文字內容多而學生看著眼花繚亂。

(二)使用案例教學。大學計算機通識課程是面向本科非計算機專業的學生，本課程的課堂教學，如果僅講授教材中所列內容，學生往往感到枯燥而學不下去，甚至厭學。而案例設計的內容來源于生活中的實例，如“請假條”“宣傳我的家鄉”、“畢業論文”、“設計一本書的封面”等文檔的編輯與排版，再如求圓的面積、求一元二次方程式的兩個實根、百元買百雞、警察抓小偷等有趣的問題編程，使枯燥乏味的知識變得生動，吸引了學生的注意力，從而提高學生的學習積極性，加深了學生對計算機應用的認識和理解，縮短理論內容與社會實踐的距離。在課堂教學過程中，教師通過案例引出知識點和探究點，將知識傳授轉變為基于知識的思維傳授；通過案例引導學生對問題如何進行抽象分析，使學生找到利用計算機科學對問題求解的方法，從而達到培養學生獨立思考問題及團隊解決問題的能力，從而實現了課程教學目標。

(三)加強師生有效互動?！皫熣?，所以傳道受業解惑也”。作為教學工作的具體執行者，教師的責任意識是影響教學質量的重要因素。因此，無論是線上教學還是課堂教學，都不能缺少師生互動的環節。互動包括行為互動、情感互動和認知互動。實踐證明，在課堂教學中教師能否有效與學生互動，直接影響著教學質量和學生的學習興趣。

1.在學生探究時與學生互動。如編程輸出100以內自然數中的所有偶數，當把代碼展示給學生后，引導學生聯想輸出100以內自然數中的所有奇數，這時師生共同完成輸出100以內所有奇數的代碼。這種探究式互動，會激發同學們學習中的探究欲望，幫助學生鞏固所學知識，深入理解所學知識內容。

2.當學生有疑惑時與學生互動。尤其老師在講解問題求解算法難點如遞歸等或將零碎的知識點組織起來解決實際問題時，學生往往產生疑惑，不知如何下手，這時就鼓勵學生大膽地說出自己的想法，說出計算過程，隨后老師積極組織其他同學參與到對問題的討論中來，各抒已見，有序交流。再比如當學生運行自主編寫的代碼或解決某一任務進行了一系列操作后，卻沒有達到想要的結果，這時學生會產生疑惑。面對學生的疑惑，教師就要耐心講解算法的原理及知識點之間的聯系，耐心引導學生一步一步的進行問題求解，激發學生的思維，最后把整個問題解決，達到釋疑的目的。

3.在聯系實際時與學生互動。大學計算機通知課程中的內容，在我們日常生活中有廣泛的應用，與我們的生活密不可分，所以在課堂授課過程中，就要抓住這一時機，激發學生的好奇心和求知欲。如當講到“系統軟件中操作系統的功能”時，這時教師就順勢提出“請問同學你們的手機安裝的是什么操作系統？手機在不安裝Android、IOS操作系統的情況下，直接安裝QQ軟件可行嗎？”。在講到“存儲器的分類及存儲容量”時，這時順勢提問“手機的存儲卡是內存還是外存，字節容量大?。俊保谥v到“PPT”時，就順勢提問“能否用PPT把自己家鄉的美景設計成圖文并茂的PPT，把美麗的家鄉介紹展示給他人？”。在講到“算法概念”時就順勢提問“起床上課的順序過程？”。在講到“求1+2+3+…+100之和”編程時，順勢提問“求1+2+3+…+100偶數和與奇數和呢？”。在此基礎上講授新知識，收到了令人滿意的效果。

通過課堂師生積極有效互動，筆者深刻感受到師生之間的有效互動不僅活躍了課堂氣氛，也增加了師生友誼，更激發了學生探究知識的興趣，促進了學生的個性化發展，也加深了學生之間的友情，凝集了學生之間團結協作互學互助的精神，促進了學生的共同進步，使其能力邁上一個新臺階。

(四)增加作業量，分段測驗。大學計算機通識課程以線上線下相結合方式優化教學內容，這樣“精講”、“少講”的結果，必然留下了大量的知識和問題，需要學生自己去學習、研討。這就要求增加作業量，并通過檢查督促，保證作業保質保量的完成，并記入平時成績。除此之外，線上線下學習的知識點，進行分段測驗，以檢驗同學們知識掌握的程度，并給予分數，作為期末成績的一部分。這樣可消除學生的惰性心理，有利于提高學生的動手能力和獨立完成任務的能力，為以后的工作打下良好的基礎。筆者對分階段測驗進行了嘗試，達到了教學目標。

五、增加實驗教學時數，培養學生實際操作技能

高等院校的基本任務是，培養創新型人才和實用型人才，即多元型的人才，因此教學過程必須融傳授知識、培養動手能力和提高整體素質為一體。

(一)增加實驗教學時數。為實現課程教學目標，適當減少了理論課講授時間，增加了實驗教學比重，實驗教學設計“6個實驗、1個上機測驗”的考核方式。每個實驗任務都由“學生自主+教師輔助”完成，這樣可以提高學生認知能力，看到自己的不足，因而會千方百計提高自己的知識水平，達到事半功倍的效果，為以后走向社會持續自主學習能力打下良好基礎，并在實踐中進一步提升自身知識素養。

(二)鼓勵參與性學習。由于我校學生大部分來自農村，對計算機知識了解不多，教師視學生為自己的孩子或朋友，耐心解答每位同學提出的問題，耐心指導并幫助解決每位同學在學習生活中遇到的困難，傾聽學生的聲音。教師除了講授課本上的知識以外，還要把平時積累的經驗和操作技巧也要傳授給學生，提高學生的操作計算機的速度。并組織學生參加教師的科研工作，文稿的編輯工作，學生在參與中促進了對本課程的學習，同時擴大了知識視野和知識領域。學生在實踐中自主發揮了主觀能動性，培養了發現問題、分析問題、解決問題和團結協的工程師職業基本素養能力。

六、考核評價方式

課程考核以教學目標為導向，“以學生發展”為目的，是對教師課程教學效果的綜合評價，考核結果會促使教師對課程教學內容及過程進行反思，有利于教師對教學內容及方法改革與創新，以適應新時代的發展要求。課程考核也是檢驗學生課程學習效果的重要手段，也是檢查學生的學習能力的重要方法，更是對學生計算機應用水平和計算機問題求解能力的綜合評價。

(一)考核平臺多樣。打破一卷定成績的傳統考核方法，建立了有助于培養學生綜合應用能力和創新能力的“多元化、組合式”的考核方法，如線上周測驗、隨堂測驗(包括課堂互動、章節單元測驗、課堂紀律)、實踐課堂測驗(包括上機完成任務情況及完成綜合任務團結協作情況、課下完成作品情況)、期末考試(包括理論試卷、上機操作考試)，多種平臺測試的綜合測評結果作為最終考核成績并計入學生的成績檔案。

(二)考核內容多樣。除傳統“單選、簡答、編程”的單一題型試卷考試外，還采取了“課堂表現(基本知識應用)、案例分析(綜合知識應用)、項目開發(知識拓展應用)”等過程性考核內容相組合的考試方式。平時成績、實驗成績和期末成績的所占比重分別為15.2%、20%和64.8%，平時成績由線上周測驗、課堂表現、隨堂測驗和課程作業四部分組成。

多樣化考核評價機制，充分調動了學生學習計算機技術的積極性、主動性和創造性，為后續課程的交叉融合做好了必要的知識和應用能力的鋪墊。

七、育人與教書相結合，激發學生的學習積極性

“道德是做人的根本”、“先生不應該專教書，他的責任是教人做人；學生不應該專讀書，他的責任是學習人生之道”。陶行知先生的教誨很好地詮釋了“以學生為中心，以學生發展為本”的教育理念，通過多年來的教學實踐，深深體會到，要真正教好一門課程，單靠向學生傳授知識是不夠的，必須將知識的傳授與思想教育結合起來。大學生是國家的未來，科學知識技術的掌握者，是未來國家建設的主力軍，他們的道德責任及其操守直接影響著社會的發展。

因此，大學生在校期間，培養學生樹立良好的世界觀是每位老師的責任，在教學過程中，引導學生自主性學習、探究性學習和協作性學習的同時，還要使學生認識到每一位公民與國家的發展建設息息相關，摒棄拜金主義和功利主義的價值取向，樹立家國情懷，樹立為國家富強而讀書的思想，并用老一輩們革命家的家國情懷，激發學生學習積極性，做到牢記使命，“知行合一，學以致用”，為國家現代化建設而做出應有的貢獻。

八、發揮多媒體網絡教學優勢

多媒體網絡教學是未來教育發展的必然趨勢，是對理論教學的重要補充，對理論教學起重要的輔助作用，是培養多元型人才的理想場所，是一個全新的教學模式。多媒體網絡教學是網絡系統與計算機技術的結合，把教師對教學的設計思想與多媒體技術以及將人—機交互統籌考慮，通過互聯網校園網將教室、實驗室等連在一起，將教學信息開放化。同時多媒體網絡教學還打破了固定時間的限制，從而使教育形式不再有地域和空間的限制，是一種多樣化、開放式的教學模式。在教與學之間架起了一座無形的橋梁，這便于在線教師隨時隨地進行教學交流，便于教師不分時間和地域為學生線上答疑解惑，便于同校異校學生之間足不出戶就可以線上學習溝通和知識探討。

筆者通過兩個學年的線上輔助教學發現，多媒體網絡教學模式，繼承了傳統教學模式的師生有效交互的優點，同時剔除了傳統教學滿堂灌的缺點，更有利于激發學生學習興趣，更有利于學生自主學習，更有利于提高學生的理解能力和學習速度，并增強學生的學習動機和大膽的實踐精神。學生開闊了知識視野，主動問問題的同學明顯增多，學習效果有了顯著提高。

九、結束語

大學計算機通識課程在工程教育認證背景下，以“以學生為中心，以學生發展為本”教育理念為中心，在教學內容、教學方式、評價方式等方面進行了不斷改革，取得了良好教學效果。隨著計算機科學的飛速發展，新的計算機技術不斷涌現，大學計算機通識課程教學理念、教學方法和教學手段需要不斷地改進和創新，持續培養學生使用計算機科學解決本專業的問題的能力，深入理解工程教育認證的理念，持續圍繞著“以學生為中心，以學生發展為本”的教育目標，不斷探索新的教學模式，進一步提高教學質量。