面向留學生的大學計算機基礎教學探索與改革

李炳超 李俊生 張藝凡

摘要：針對大學計算機基礎課程的教學模式不適合留學生培養的現狀，該文分析了留學生群體學習能力的優缺點，以探索計算機奧秘為主線將計算機基礎知識進行串聯來激發留學生的學習興趣，培養留學生對計算機系統的深度理解;在課程中添加中國計算機元素，增強留學生對中國的認同感，堅定留學生來中國求學的信心;采用課堂測試、翻轉課堂、課堂討論并構建在線資源平臺來建立多元教學形式，加強對留學生的過程考核。將上述改革應用于中國民航大學留學生的教學實踐，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：大學計算機基礎;留學生;教學改革

中圖分類號：G642.0? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）21-0139-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 引言

隨著我國國際地位的不斷攀升和國際化程度的不斷提高以及《留學中國計劃》的實施，來華留學生規模持續擴大[1]。國際學生人數已成為高等教育國際化程度的重要指標之一[2]，來華留學工作也已成為傳播中國文化、構造國際友好關系的重要途徑[3]。并且，“一帶一路”倡議的提出為學生來華留學提供了良好的契機，同時也對我國留學生的培養提出了更高的要求[4]。大學計算機基礎作為一門公共基礎課，是非計算機專業學生學習和認識計算機基本概念、原理，掌握計算機基本技能及應用的重要途徑[5]。

2教學現狀總結：問題與優勢共存

中國民航大學的留學生主要來自東南亞、中亞、南亞、西亞以及非洲等“一帶一路”沿線的發展中國家，分為工商管理和通信工程兩個專業，近兩年每屆共50人左右。大學計算機基礎作為留學生的必修課，采用英文授課，共計36課時。

在大學計算機基礎的教學過程中主要存在以下問題：（1）知識點分散，缺少主線。大學計算機基礎涉及的內容較廣，缺少主線將計算機的各部分內容串聯起來，難以激發留學生對計算機的認知興趣。（2）行為習慣偏向自由化。留學生在課堂上比較自由散漫，紀律性較差，遲到現象嚴重，課堂上有問題喜歡群體交流，容易影響老師授課節奏。（4）在線教學資源匱乏。留學生的中文水平薄弱，大多數人的中文基礎為零，而目前MOOC上面的大學計算機基礎課程全部為中文課程，從而無法實施MOOC背景下的先修課模式[6]或系統型混合式教學[7]。

另一方面，留學生也具有不同于中國學生的一些特點，具體如下：（1）敢于回答問題。樂于參與課堂互動，對老師提的問題愿意也敢于積極主動回答，不會因為害怕答錯而逃避問題。（2）更加注重成績。因留學生群體的多項工作、活動需要以成績作為評定標準，所以留學生以成績驅動的學習能力較強，對和成績掛鉤的活動會非常重視。（3）表現欲望較強。留學生大都性格比較外向，喜歡展現自己，善于交流，具有較強的自信心，心態不易緊張。

針對上述面向留學生的大學計算機基礎課程存在的問題，結合留學生自身的特點，采取以下措施對大學計算機基礎進行探索與改革。首先，對大學計算機基礎的教學內容進行包裝，以探索計算機奧秘為主線，將數據、硬件、軟件以及網絡進行串聯，激發留學生的學習興趣，培養留學生對計算機系統知識的理解;其次，在課程中引入中國在計算機相關領域取得的突出成就，以此來提高留學生對中國以及對來中國留學的認可度，堅定在中國求學的信心，感受中國魅力，傳播中國聲音。最后，采用課堂測試、翻轉課堂和課堂討論相結合的方式對教學方法進行改革，提高留學生的學習主動性，并借助中國民航大學智慧學習空間搭建線上學習平臺，提供線上學習資源，為后續面向留學生的SPOC課程建設奠定基礎。

3 知識故事串聯：計算機基礎知識的系統化教學

本文將計算機基礎課程內容進行梳理并將其分成四部分，如圖1所示，并在教學過程中將各部分分散的知識系統化、抽象的知識形象化，最終使留學生形成一個計算機系統的概念。第一部分為計算機數據類知識，包括數制系統及其相互轉換、不同數據類型在計算機中的存儲方式以及數據運算。第二部分為計算機硬件，融合第一部分內容，主要介紹馮諾依曼體系結構以及指令集架構相關概念。第三部分為計算機軟件，融合第二部分內容，主要內容為操作系統相關知識。前三部分的學習能夠帶領學生從數據、硬件、軟件三個方面逐步探索計算機更層級的奧秘，使學生系統地掌握一個簡單的計算機是如何工作的。第四部分為計算機網絡，以多臺計算機為背景，介紹TCP/IP模型架構。

第一部分教學內容的核心目標，是使留學生從數學層面理解數據在計算機中的存儲方式和運算。此時涉及的運算步驟是由人控制的，如何將人為控制升級為自動執行？該問題在第二部分得以解決。通過第二部分的學習，將運算從數學層面移植到硬件層面，掌握硬件如何控制上述數學運算一步一步運行，從而加深對馮諾依曼體系結構的理解。以計算c=a+b為例，假設a和b分別對應存儲器中地址為addr_a和addr_b的存儲單元并且其值已設定完畢。第一步，CPU中的控制器通過LOAD指令將a的值從addr_a中通過總線傳送到CPU內的寄存器Ra中。第二步，CPU中的控制器通過LOAD指令將b的值從addr_b中通過總線傳送到CPU內的寄存器Rb中。第三步，執行加法指令將Ra和Rb兩個寄存器中的數據發送到運算器中執行加法操作，并將a+b的結果從運算器中通過總線保存到寄存器Rc中。第四步，控制器調用STORE指令將Rc中的值寫到存儲器中地址為addr_c的存儲單元。然后以此為基礎，思考如何通過鍵盤輸入數據并將結果保存到輸出設備。為了進一步說明Cache的作用，可假設a和b位于同一數據塊內。當第一條LOAD指令將a從存儲器搬運到寄存器Ra中時，此時Cache發生缺失，于是將a所在的整個數據塊全部搬運到Cache中。控制器在執行第二條LOAD指令旨在將b從存儲器搬運到Rb中時，由于b所在的數據塊已經在執行第一條指令時從存儲器轉移到Cache中，所以此時數據可直接從Cache中獲取。通過以上案例，可使學生對計算機的各個主要硬件部件有更加深刻的認識，如CPU內部的運算器、控制器、寄存器，以及CPU外部的內存、Cache、輸入/輸出設備等，從而對計算機有一個系統化的認識。在第三部分，操作系統開始介入到程序的執行，此部分在第二部分的基礎上，使用兩個程序來詳細說明操作系統如何通過內存管理、進程調度來控制程序在硬件上的運行，進而使學生對一個包含數據、硬件和操作系統的簡單但是完整的計算機系統有一個系統化的認識。

第四部分主要介紹TCP/IP模型，本文基于案例采用自下向上的方法，從網絡規模發展的角度介紹TCP/IP模型中的各層及其作用。（1）最初只有兩臺計算機需要進行通信，此時將兩臺計算機進行直連即可，為物理層連接;（2）多臺計算機之間通過集線器構成局域網進行互聯，此時的網絡結構為星型網絡，并且信息以廣播的形式傳播，此時仍為物理層;（3）多臺計算機通過交換機構成局域網絡進行互聯，引入物理地址的概念，此時工作在數據鏈路層;（4）兩個局域網通過路由器互聯，此時引入IP地址、子網掩碼以及默認網關的概念，此時工作在網絡層;（5）信息達到目的計算機之后，還需要知道是哪個進程需要使用該數據，此時引入端口號的概念，工作在傳輸層;（6）應用程序接收信息，此時工作在應用層。通過這種自下向上的方法，以網絡發展為主線，使學生能夠更好地理解各層的作用和關系。各層確定好之后，再以自上向下的方法，以實際的應用為例（訪問中國民航大學主頁），從應用層出發，介紹如何訪問域名系統以及數據是如何通過傳輸層、網絡層、數據鏈路層以及物理層進行打包和傳輸的。通過上述兩種方法，將計算機網絡中抽象的知識形象化，從而使學生能夠系統地理解計算機網絡的工作原理。

4 深挖思政元素：通過計算機感知中國

留學生來自不同國家，具有不同文化背景和思維方式[8]，對中國的認知也存在較大的差異。尤其是近兩年，由于疫情原因，多數留學生并不能來到中國學習，缺少進一步體驗中國的機會。本課程通過觀看紀錄片與教師講解相結合的方式，為留學生介紹中國在相關計算機領域取得的突出成就，展現中國的飛速發展，感受中國魅力。例如在人工智能領域中，圖像識別技術在各個場景中的應用，對中國社會治安起到的重要作用，移動支付對生活方式的改變，超級計算機在中國的發展，以及大數據在中國疫情防控中起到的重要作用等。該部分的學習不僅可以使留學生認識到更多的計算機前沿知識，更重要的是使留學生更加深入地認識中國，增強對中國的認同感和對來中國留學的認可度，堅定來中國求學的信心，讓學生感受到中國力量和中國溫度，傳播中國聲音[9][10]。

5 多元教學形式：教學方法改革與實施

針對留學生自身的特點，制定適合留學生的教學方法。本文對大學計算機基礎的考核方式進行改革，利用留學生特別注重成績的特征，在平時成績的管理中增加課堂測試、翻轉課堂，并將平時成績的比重增加到50%（課堂小測試15%，作業10%，翻轉課堂25%）。另外，在課堂上增加開放話題討論來發揮留學生敢于回答問題的優勢。

5.1課堂測試

課下通過釘釘在線布置一道或若干道小測試，測試內容可以放在課堂開始，用于回顧上節課的講課內容，也可以放在課堂中間，對本次課講授的內容進行鞏固練習，題目難度應較簡單。根據課程進度，適時在線發布小測試，使學生在設定的時間內提交。首先，課堂小測試可以使學生更加重視課堂，提高課堂出勤率;其次，老師可以根據測試結果迅速掌握學生的知識掌握情況。最后，題目難度較低，可以使大多數學生在練習過程中獲得成就感，提高留學生的學習熱情。

5.2 翻轉課堂

利用留學生喜歡展現自己的特點以及不喜歡傳統說教式教學方式的問題，采用翻轉課堂來發揮留學生學習的積極性。翻轉課堂采用分組形式，每組限定4～6人，組員自由組合。老師根據課程進度設計翻轉課堂話題，話題內容主要為介紹性知識。例如，在第七章操作系統中設置兩個話題供學生自由選擇：操作系統發展史，操作系統類型。第十章設置三個話題：云計算，大數據，物聯網。相比中國學生，留學生對翻轉課堂的態度更加積極，表現更為多樣。每組在對所選題目進行講授時，組內每個成員都會進行講解。由于全球疫情原因，翻轉課堂采用線上的方式進行。來自全球多個國家并且從未謀面的學生自由組隊，克服部分學生家里沒有電腦的困難。在講授時，每組一名學生共享屏幕PPT并控制翻頁，與其他學生的講授形成了很好的銜接，說明課下進行了大量的練習。翻轉課堂增加了留學生之間在學習上的交流，鍛煉了學生的信息檢索和總結的能力。

5.3 課堂討論

相比于中國學生的相對內斂，留學生性格比較活躍，敢于回答問題并且不怕說錯，尤其是來自南亞和西亞的學生。利用留學生的這個特征，在課堂上進行開放話題討論，使學生發散思維。所設置的話題如表1所示。課堂討論不僅調動了學生學習的積極性，還能夠使留學生對計算機相關概念有更深刻的理解。

5.4 在線資源學習平臺建設

利用中國民航大學的網絡智慧學習空間，正在為留學生構建SPOC在線學習平臺。目前，已錄制線上全英文視頻供后續留學生年級線上觀看。此外，該平臺還能夠布置線上作業和習題，匯總知識點，提供在線答疑及互動，統計學生學習情況。該平臺的建設能夠為留學生提供課下自主學習資源，解決在線學習資源匱乏的問題，使留學生在課下能夠方便地進行學習，逐步養成課下學習的習慣。同時，也便于老師對留學生的學習情況進行更深入的了解。

6 改革初具成效：考核結果統計與分析

近兩年受全球疫情影響，留學生的課程均采取線上授課方式。對近兩年的出勤率和成績進行了分析比較，結果分別如圖2和圖3所示。

圖2展示的出勤情況為14次統計數據，可以看出2021年的出勤率明顯高于2020年的出勤率，兩年的平均出勤率分別為89%和75%。出勤率的提高是由多方面的因素造成的，一方面2020年大學計算機基礎的上課時間均為北京時間上午，這對于中亞、西亞和非洲國家的學生造成了極大不便，而2021年的上課時間均為北京時間下午，該時間幾乎對班里所有國家的學生都比較適合;另一方面，本學期增加的課堂小測驗也對學生的出勤起到了一定的督促作用。

圖3統計了近兩年的期末考試各個分數段的人數比例以及平均分。可以看出，2021年的卷面不及格比例得到了明顯的下降，僅為4.6%，并且[90-100]的高分段比例從2020年的37.8%提高到了53.5%，平均分則從79提高到了85，與圖1所示的出勤率呈現正相關。兩次期末考試的題型一樣，2021年期末考試的難度甚至更大一些。由此可見，通過教學內容和教學方式的改進，學生對知識的掌握和理解有了提高。

7 結語

中國經濟和實力的飛速發展將會吸引越來越多來自世界各國的學生來中國留學，而大學計算機基礎作為一門計算機類的公共基礎課將會成為多數留學生的必修課之一。大學計算機基礎的內容涉及面廣，既有實踐性較強的數值操作，也有比較抽象的計算機概論類知識。為了使留學生更好地掌握和理解計算機的基礎知識，避免抽象化和分散化，從宏觀上用一條主線將知識點串聯起來，并基于案例教學法將抽象的知識形象化，將分散的知識系統化，最終使留學生形成一個計算機系統的概念。為了增強留學生對中國的認同感以及對來中國留學的強烈需求，在課程中增加中國在計算機相關領域的突出成就的介紹。在教學方法層面，結合留學生的特點，揚長避短，將教學方法多樣化，提高留學生的學習興趣。結果表明，以上措施獲得了良好的教學效果。最后，本課程已構建在線資源學習平臺，錄制課程教學視頻，為留學生提供課下線上自主學習資源。

參考文獻：

[1] 馬佳妮，周作宇.“一帶一路”沿線高端留學生教育面臨的挑戰及其對策[J].高等教育研究，2018，39（1）：100-106.

[2] 徐美，熊佳全，唐瑩娟，等.來華留學生全英文授課本科專業發展現狀及思路——以北方工業大學為例[J].對外經貿，2016（3）：152-154.

[3] 郝平.解放思想 開拓創新 推動來華留學工作科學發展[J].世界教育信息，2009，22（9）：16-22.

[4] 程立浩，劉志民.“一帶一路”倡議對來華留學的影響效應評估——兼論來華留學生教育高質量發展[J].高校教育管理，2022，16（2）：110-124.

[5] 教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會編制.大學計算機基礎課程教學基本要求[M].北京：高等教育出版社，2016.

[6] 李俊生，王懷超，李海豐，等.MOOC背景下大學計算機基礎先修課新模式及實踐[J].計算機教育，2019（2）：140-143.

[8] 喬星.高校來華留學生思政教育工作研究[J].大學，2021（48）：50-52.

[9] 劉又萌，張地珂.來華留學生思想教育策略研究[J].學校黨建與思想教育，2021（10）：87-89.

[10] 劉濤.從文化差異到文化認同：來華留學生趨同化管理創新策略研究[J].東北師大學報（哲學社會科學版），2022（3）：157-164.

【通聯編輯：朱寶貴】