新工科背景下的計算機導論課程教學改革研究

彭義春 金寶慧 喻學才

摘要：計算機導論作為計算機專業學生的第一門學科基礎課程，它在整個專業培養計劃中占有舉足輕重的地位。首先，對計算機導論課程在教學中的現狀和存在的問題進行了分析;然后，基于新工科教育理念，提出了依托計算機學科知識體系，以培養學生的計算思維和學習興趣為導向，從課程內容、師資建設、教學方法和手段等四方面進行改革的方案;經過五屆學生的課程教學實踐表明，這些改革措施有助于激發學生的學習興趣和創新思維的培養，為后續的專業學習打下良好的基礎。

關鍵詞：新工科;計算機導論;學科知識體系;計算思維;教學改革

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）30-0208-03

Research on the Teaching Reform of the Introduction to Computer under the Background of New Engineering

PENG Yi-chun1，JIN Bao-hui2 ，YU Xue-cai1

（1. School of Computer Science and Engineering， Yulin Normal University， Yulin 537000， China; 2. School of Fine Arts and Design， Yulin Normal University， Yulin 537000， China）

Abstract：As the first basic course for computer students， Introduction to Computer occupies a pivotal position in the entire professional training plan. Firstly， the present situation and existing problems of computer introduction course in teaching are analyzed， based on the concept of new engineering education. Then， puts forward a reform scheme based on the concept of new engineering education， which relying on the knowledge system of computer science and aiming at cultivating students’ computational thinking and learning interest， from four aspects of curriculum content， teacher construction， teaching methods and means; The course teaching practice of five-term students shows that these reform measures can help stimulate students' interest in learning and cultivate innovative thinking， and lay a good foundation for subsequent professional learning.

Key words：new engineering; introduction to computer; subject knowledge system; computational thinking; teaching reform

1 引言

計算機導論是計算機學科相關專業第一門專業基礎課程。在ACM/IEEE-CS、CCC2002/CC2005和高等學校計算機科學與技術專業發展戰略研究報告暨專業規范（試行）等國內外相關文獻中將其列為核心課程。該課程的教學目標是：讓學生了解計算機的發展簡史，掌握計算機科學與技術的基礎知識，熟練使用常用軟件，了解計算機技術的最新進展，科學、系統地認知計算機學科內容和知識體系，為后續的專業學習奠定基礎[1]。計算機導論在基本知識、問題求解方法、計算思維、創新意識、職業規劃等方面的起引導作用[2-3];同時，在培養學生的綜合素質和能力以及激發學生學習興趣、主動性和積極性等方面也至關重要。

新工科要求學生具有復雜工程問題解決能力。要求計算機導論課程教學要堅持問題導向的教學模式，培養學生通過計算機分析問題、解決問題的能力，即抽象、建模、實現。新工科要求學生具有學科交叉融合能力。學科融合就是計算思維給多學科問題求解所帶來的一種思想、策略、方式和手段上的變化[4]。

計算機導論的主要的教學目標之一就是培養計算思維，計算思維通常表現為人們在問題求解時對計算、算法、數據及其組織、程序、實現等概念的潛意識的應用[5]。

綜上可看出，計算機導論的教學目標與新工科的人才培養目標不謀而合，新工科的課程教學需要從思想、方法、策略的高度培養學生求解問題的能力和方法，所以，計算機導論課程教學必須從教學內容、教學方法與手段各個方面進行改革。提出了以下教學改革措施：依托學科知識體系，以培養學生的計算思維和學習興趣為導向，將計算機學科的基本思想、原理、方法貫穿于整個教學過程，并采用理論、實踐、思考相結合的教學方法和多樣性的教學手段進行教學。實踐表明，以上措施的應用極大提高了課程的教學質量，也促進了課程建設。

2 計算機導論課程教學中存在的問題

2.1 教學內容過于簡單

一些學學校輕視本課程的地位和作用，認為計算機導論與非計算機專業的大學計算機基礎課差不多，隨意安排一位老師甚至是非計算機專業的老師擔任，主要講授計算機軟硬件基礎、Windows、Office、IE等軟件操作即可。教學內容過于簡單，從而導致學生對計算機學科知識體系認識不清，也無法更好地培養學生的計算思維。

2.2 重點不突出、泛而亂

計算機導論涉及知識面廣、內容太多，既講硬件基礎，也講算法和數據結構;既講計算機網絡知識，又講數據庫技術;既講軟件工程，又講信息安全。從而使學生剛對某一門技術有點興趣，一下子又轉到其他技術上去了，抓不到重點。學生不知道怎么學，要學什么？學生學完后感覺不到這門課程的意義，沒有起到為后續課程打基礎的作用。

2.3 教學方法陳舊，無法激發學生學習計算機的興趣

教師在教授過程中只注重知識的講授，對于學生計算思維、創新思維和應用能力的培養不夠重視。課程涉及到的計算機相關的名詞、術語、知識范圍大而廣且交叉聯系，教師還是沿襲PPT的滿堂灌的傳統教學方法，學生只能被動地接受，課堂氣氛沉悶，學生沒有激情，學起來枯燥無味、理解困難，教學效果不理想，最終無法激發學生學習計算機的興趣。

所以，為了提高教學質量，真正實現課程的教學目標，我們必須從以下兩方面去改革：一方面，為了實現課程“導”的目標，必須以計算機學科知識體系為框架去構建課程內容;另一方面，為了激發學生的學習興趣，要注重教學方法和手段的改革。

3 基于學科知識體系構建課程教學內容

3.1 當前國內計算機學科知識體系現狀

當前，國內計算機學科的課程體系還在沿用CCC2002和CC2005（Computing Curricula 2005）。CC2005包括15個基本的知識領域：計算機導論、程序設計基礎、離散結構、算法與數據結構、計算機組成基礎、計算機體系結構、操作系統、數據庫系統原理、編譯原理、軟件工程、計算機圖形學、計算機網絡、人工智能、數字邏輯和社會與職業道德，其中計算機導論排在最前，這體現了計算機導論這門課的重要性和引導性。

3.2 計算機導論課程內容的設置

“計算機科學”是設計和應用計算機的理論、技術和工程的總括。“導論”是指用較為簡潔的語言來論述這一學科的基本和整體的思想，從而使學習者對該學科有較為正確和系統的把握。計算機導論課程應依托計算機學科知識體系，以培養學生計算思維能力為導向，力求將相互聯系的知識系統地向學生傳授，讓學生從總體上了解計算機學科的基本知識和技術，了解計算機專業相關領域能解決的實際問題，幫助學生構建一個初步的計算機學科知識體系，為進一步深入學習專業知識，提高綜合素質和能力奠定良好的基礎，盡可能地培養學生的計算思維和激發學生學習計算機的興趣。

為此，課程講授的內容包括了計算機發展簡史、計算機專業知識體系、計算機基礎知識、操作系統與網絡、程序設計、軟件開發、數據庫技術、計算機系統安全、職業道德和計算機學科方法論等。為了培養學生的計算思維，我們在制訂該課程的教學大綱時，在緒論中，包括了計算機學科的基本概念、基本問題、計算機專業術語以及計算機學科的知識體系和核心課程介紹等;計算機學科的核心內容方面包括了軟硬件、算法與數據結構、程序設計、軟件工程、計算機中的信息存儲和表示、計算機網絡等;科學方法部分包括計算機學科的數學方法、數學的基本特征、數學方法的作用、計算機學科中的系統科學方法、結構化方法、面向對象的方法等內容。另外，為了激發學生的學習興趣，我們補充了當前計算機領域常見的英文簡稱、計算機購買DIY實踐、Windows和Office軟件的使用;

同時，由于計算機技術日新月異，去年講授的內容今年可能已有新的內容代替了，必須把新的計算機技術和產品的最新發展補充進來，可能的迅速發展，例如講述計算機硬件內容時一年后要做較大更新，還引入了計算機最新技術（云計算、大數據、物聯網、人工智能）等內容，讓學生在了解計算機相關領域新技術、新發展的同時，對計算機專業產生了濃厚的興趣。

特別地，為深入貫徹黨的十九大和全國高校思想政治工作會議精神，落實立德樹人根本任務，促進思政教育和專業教育的有效融合，本課程可以在諸如計算機發展史、計算機基礎知識、計算機網絡、新技術、計算機安全、職業道德等多處知識點融入課程思政的內容，積極引導學生重視專業和科學思維的培養，讓學生認識到計算機行業的發展是國家智慧智能建設的重要部分，引導學生心懷時代使命感和肩負強國責任感。

4 基于興趣培養的教學改革的研究

4.1 加強師資隊伍建設

計算機導論作為計算機學科的專業基礎課程，是一門不好教的課程，要教好就更難。首先，要求教師具備廣泛的計算機學科知識并達到“精通”的水平，要求教師研究方向不能太固定，要求教師對學科知識體系、最新技術和發展動態有較全面的了解，從而從宏觀上把握教學內容;其次，最好具有多年的教學經驗，要求教師能夠融會貫通地對所涉及的計算機學科知識進行講解，并能夠及時了解和更新計算機學科的科研動態，了解目前的重大科研成果，并且知道如何以生動活潑的方式來引導學生。

在本課程的具體實踐中，我們特安排多名本科所學專業為計算機畢業的但研究方向不同的具有博士、碩士學位或副教授以上專業技術職稱且最好具有一定的企業經驗和豐富的教學經驗的教師共同完成教學任務，以保證任課教師對學科知識體系具有宏觀把控的能力;同時采用一對一、傳幫帶的模式培養后備老師。另外，我們也會邀請企業的一線工程師以自己所參與的實際軟件項目為例，讓學生了解軟件項目的開發過程;授課形式可以多樣化，可通過學術報告的形式學習關于計算機前沿研究領域的內容。

實踐表明，安排具有較強的實踐能力和豐富的教學經驗的教師任課，采用多形式的授課方式，不僅完成了知識的傳授，培養了學生良好的計算思維，更能激發學生學習的興趣。

4.2 教學方法的改革

因本課程內容廣、知識點多，內容抽象，學生的水平層次不齊，學習興趣、積極性差異較大，因此，如果還是以傳統的教學方法去講授這門課，學生就很難理解該課程的學習意義，學習積極性不高，會失去對該課程甚至計算機專業的學習興趣，進而影響教學效果。為此，我們采用了針對不同的教學內容采用不同的教學方法的多樣化教學模式，包括：案例教學法、任務驅動式教學、項目教學法、層次教學法等教學模式。

在講述Office操作時，采用案例教學法，以每個學生必定要用到的畢業論文、個人簡歷為具體案例講述Word;以學生成績的輸入、統計、排名和制圖講述Excel的數據操作和函數的使用;以個人簡歷、我的家鄉講述如何使用PowerPoint制作演示文稿。

在講述數據庫系統原理、數據結構、軟件開發等內容時，結合以前學生做的畢業設計來講述這些技術用在何處，讓學生了解這些課程的作用，同時要求學生能用Access實現一個簡單的學生成績查詢系統，激發學生學習這些課程的欲望和興趣。

在講述程序設計語言時，以一個簡單的1+2+3+…+100的例子分別展示如何用C語言和Java語言來實現，讓學生感受到計算機編程語言的魅力以及語言間的相似性，讓學生知道如果掌握好了一門語言，對學習和使用其他語言很有幫助。

4.3 教學手段的改革

如果還沿用傳統的填鴨式教學方法，教師講、學生聽，學生會覺得枯燥無味，最終將失去學習興趣，為此我們對教學手段進行了改革，要以學生的“學”為主，培養學生獨立思考能力和研究性學習的習慣，我們采用線上線下混合教學法，學生線上通過MOOC或精品資源共享網站資源預習和課后練習、閱讀IT資訊，線下完成課堂教學、課堂互動、小組合作討論、上機練習、IT行業調查、教學實踐基地實地參觀考察等多種方式，理論聯系實踐，課內結合課外，以此來培養學生的自主學習能力和創新思維[6]。

例如，介紹性的課程可采用討論或學生自己調查計算機發展對社會的影響以及專業實踐的重要性的形式進行;為了讓學生收集和掌握計算機專業術語英文縮寫，老師給出當前常見的計算機術語簡稱，讓學生自己上網查閱資料列出每個簡稱的英文全稱、中文含義以及相關解釋，掌握這些縮寫的準確含義，既可以對全面、正確地理解原文具有十分重要的意義，同時，學生在以后的學習和生活中，認識遇到的英文簡稱，能聽懂且會用英文簡稱與人交流計算機的相關話題，更愿意積極、主動地學習相關概念和術語，這樣也可使學生能在學習中獲得成就感和自豪感，進入良性循環[7]。

此外，在講述計算機硬件知識時，可布置DIY計算機和筆記本購買的任務，要求學生可利用課余時間去逛逛電腦城，了解當前市場上比較常見的主板、CPU、內存、硬盤等計算機配件產品，了解當前筆記本電腦的市場行情、具體的型號和詳細參數等，要求提交組裝電腦的報價單和筆記本電腦的配置表并鼓勵學生在課堂上上臺講述這些配件和筆記本電腦的參數;在講述軟件工程這一知識點時，我們結合“認知實習”這門課的教學，安排學生到教學實踐基地去實地參觀考察，了解軟件開發過程，認識軟件工程的意義。

總的來說，上課要有趣味，不要“教死書”，要旁征博引、多互動，活躍氣氛。我們會準備很多有趣又重要的問題來問學生，學生可以上臺講述、演示他的實踐結果和發表個人對某一知識點或技術的看法，效果很好。同時，因本課程要求學生掌握的理論知識較多，我們還安排了一些隨堂小測試，這些隨堂測試可以達到點名的目的，也可以督促他們養成課前預習、上課做筆記、課后復習的好習慣。

5 結語

計算機導論是計算機專業學生接觸的第一門專業基礎課，目前，課程內容、教師配備和教學模式等方面存在不足。基于新工科教育理念，提出了依托學科知識體系，以培養學生的計算思維和學習興趣為導向，從課程內容、師資建設、教學方法和手段等四方面進行了改革研究，并從2015級開始至今已有五屆近千名學生中進行了實踐，實踐表明，學生的學生興趣明顯增強，創新思維也得到了較大提升，思考問題主動積極，從被動學習變成了主動學習，本課程在后續的課程中的作用也越來越明顯，達到了教學改革的目標，教學效果較好。然而，在取得了一定進步的同時，因學生、環境等多方面客觀條件的影響和限制，有關改課程的探索和改革任重而道遠。

參考文獻：

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[2] 袁方，王兵，李繼民，等.改革教學方法，發揮計算機導論的“五導”作用[J].計算機教育.2011（01）：95-97

[3] 白二凈，林德麗.基于“五導”的《計算機導論》課程教學內容與教學方法的研究[J].電腦知識與技術，2019，15（31）：152-153.

[4] 羅瓊.依托學科課程體系的《計算機導論》課程改革[J]. 科技視界，2016（03）：172-173.

[5]葉楊， 朱思斯， 王繼鵬. 獨立學院計算機導論改革初探[J]. 電腦知識與技術， 2019， 15（1）：171-172.

[6]尚蕾.基于計算思維培養的《計算機導論》課程混合式教學改革與實踐[J].電腦知識與技術，2019，15（8）：63-64，70.

[7] 常瑞，蔣烈輝，何紅旗，等.談計算機專業實踐教學中計算思維能力的培養[J].計算機工程與科學.2014（2）：88-91.

【通聯編輯：王力】

收稿日期：2021-04-09

基金項目：廣西高等教育本科教學改革工程項目（2019JGB314）、玉林師范學院一般教學改革資助項目（2020XJJGYB08）收稿日期：2021-4-7

作者簡介：彭義春（1974-），男，江西永新人，副教授，博士，主要從事計算應用技術、人工智能、RS與GIS、高校計算機教育教學改革方面的研究。