學科交叉融合背景下的計算機通識課程教學改革與實踐

孫永香 于群 孫倩

摘??要：在當今智能時代，學科交叉融合是科學技術發展的必然趨勢，是產生重大科技成果的突破點，這已經成為世界高等教育的共識。山東農業大學是一所農林特色高校，其計算機通識課程的主要教學目標是培養學生計算思維能力，為本科各專業學生利用計算機技術，分析、設計和解決該專業中的復雜工程問題提供有力依具。因此，計算機通識課程在跨學科融合創新和新農科建設中發揮著極其重要的作用。在分析高校計算機通識教育意義和現狀的基礎上，結合辦學特色和人才培養目標，在學科交叉融合背景下對計算機通識課程進行教學改革探索。

關鍵詞：學科交叉融合??計算機通識課程??教學改革??融合創新

中圖分類號：?G642;TP3-4?????文獻標識碼：A???文章編號：1672-3791（2022）06（b）-0000-00

Teaching?Reform?and?Practice?of?Computer?General?Education?under?the?Background?of?Interdisciplinary?Integration

—Taking?Shandong?Agricultural?University?as?an?Example

SUN?Yongxiang???YU?Qun???SUN?Qian

（College?of?Information?Science?and?Engineering?of?Shandong?Agricultural?University，?Taian?Shandong?Province，271018?China）

Abstract：In?today's?intelligent?era，?interdisciplinary?integration?is?the?inevitable?trend?of?the?development?of?science?and?technology?and?the?breakthrough?point?of?producing?major?scientific?and?technological?achievements，?which?has?become?the?consensus?of?higher?education?in?the?world.?Shandong?Agricultural?University?is?a?university?with?agricultural?and?forestry?characteristics，?whose?teaching?goal?of?its?computer?general?course?is?to?cultivate?students'?computing?thinking?ability?and?provide?powerful?tools?for?undergraduate?students?to?use?computer?technology?to?analyze，?design?and?solve?complex?engineering?problems?in?their?major.?Therefore，?computer?general?courses?play?an?extremely?important?role?in?integration?innovation?and?the?construction?of?new?agricultural?sciences.?Based?on?the?analysis?of?the?significance?and?current?situation?of?computer?general?education?in?Colleges?and?universities，?combined?with?the?school?running?characteristics?and?talent?training?objectives，?the?teaching?reform?of?computer?general?education?is?explored?under?the?background?of?interdisciplinary?integration.

Key?Words：Interdisciplinary?integration;?Computer?general?courses;?Teaching?reform;?Integration?innovation

人工智能、云計算、物聯網、量子信息和生物信息等新技術和新產業日新月異，給世界高等教育和科學技術發展帶來根本性甚至是顛覆性的影響，多學科交叉、滲透與融合是智能時代科學技術發展的必然趨勢，也推動了高等學校教育教學的重要變革。

國家對跨學科研究和教育非常重視。不僅“雙一流”建設對促進學科交叉融合提出了明確要求，而且2020年8月教育部設立了交叉學科門類，成為我國第14個學科門類;2020年11月國家自然科學基金委員會成立了交叉科學部，這些為高等學校教育教學改革指明了方向。

培養具有創新意識、創新能力和科學素養的復合型人才是新時代賦予高等學校的歷史使命。創新人才培養需要有適合創新的環境，學科交叉融合是實現這種創新的源泉，打破學科專業間壁壘，樹立跨學科融合創新培養理念，在多學科交叉融合的環境中培養學生的創新能力，激發創新活力，是高校培養創新人才的有效途徑。

1?計算機通識教育的意義與現狀

在20世紀90年代，我國開始了計算機通識教育，旨在普及計算機應用。隨著21世紀科學技術和社會信息化程度的快速發展，計算機在很多應用領域中表現出了“強大”功能，已成為各行各業解決實際問題和突破重大科技創新的重要工具。面向未來，肩負著國家和社會建設重任的大學生需要學會運用計算機的技術、思想和方法去思考問題和解決社會發展、人類生存的諸多問題，需要具備計算思維、跨學科創新思維的意識和能力。計算機通識教育是高校培養學生信息素養和計算思維能力的必修環節[1]，是其他學科創新和持續發展的重要源動力，在大學本科教育里有著舉足輕重地位。

在萬物互聯的智能時代，計算機通識教育又被時代賦予更高的要求和期望。但當前大多高校的計算機通識教育與社會需求還存在著一定差距。首先，很多高校的計算機公共課程知識體系和教學模式往往采取“一刀切”的方法，沒有結合學生專業背景、思維方式和知識結構提供更具適應性的課程環節，計算機技術和專業知識之間沒有形成聯動效應;其次，計算機通識教育中缺少學生課余時間開展計算思維實踐實訓以及計算機技術與其他學科的交叉融合的平臺或環境;再次，“一紙定乾坤”的評價方式，忽視了對學生的思考辨析能力、學術研究能力及團隊合作精神等綜合素質及創新精神的評價[2]。所以，單一的課程知識體系、教學模式、實踐環節和評價方式，難以培養學生融合創新能力，迫切需要借助先進的教育理念推進計算機通識課程的教育教學改革。

2?學科交叉融合背景下的計算機通識課程改革思路

計算機通識課程的授課對象主要是非計算機專業的學生，如何讓計算機教學更好地助推學生專業發展和創新能力提升，遞進式實現知識傳授、能力培養和素質拓展是計算機通識課程的目標。

在學科交叉融合背景下，以“計算思維”為抓手，以“計算機應用”為主導，以“立德樹人”為宗旨，從課程知識體系、教學模式與教學方法、實踐訓練環節和考核評價體系等方面開展計算機通識課程教學改革[3]，其改革思路具體見圖1。

3?學科交叉融合背景下的計算機通識課程教學改革措施

3.1?構建遞進式課程體系

根據計算機通識課程的培養目標，構建遞進式課程體系，將課程分成3個層次：基礎知識類課程、能力培養類課程和交叉融合類課程，具體情況見圖2。

基礎知識類課程沒有明確的專業特征，主要包括計算機相關的公共基礎和課程思政知識。通過學習這些課程讓學生掌握計算機的基本概念、基本原理和基本操作，掌握常用辦公軟件的使用，掌握程序設計的基本思想，了解計算機技術和社會發展之間的密切聯系，了解信息社會公民的信息安全意識和信息道德。這類課程一般是面向大學新生開設的入門課程，比如：大學計算機、大學計算機基礎或計算機文化基礎等課程。

能力培養類課程具有明確的專業指向性，與專業結合緊密，需要讓學生掌握專業領域中的有關技術與操作能力，讓計算機技術成為解決專業問題的有利工具。例如：計算機語言、多媒體技術、數字圖像處理、計算機輔助設計和計算機仿真等課程與專業技能結合度較高，成為能力培養類課程的主要組成部分。

交叉融合類課程是智能時代的產物，也是建設新工科、新農科、新醫科、新文科（簡稱“四新”）的需要，更是重大科技創新的源泉。融合和創新是“四新”建設的基本特征，因而這類課程最大的特點是人工智能、大數據、云計算、物聯網、互聯網+、區塊鏈等新一代信息技術與各學科的深度融合[4]。例如大數據導論、智慧工程導論、數字經濟概論、生物信息學等課程。

課程體系的構建需要緊緊圍繞學校人才培養目標，密切結合學校的辦學特色。例如：在山東農業大學，基礎知識類課程主要有大學計算機基礎（含實驗）;能力培養類課程主要設置了C語言程序設計、Python程序設計、數字圖像處理、多媒體技術、網站設計與制作、數據庫技術與應用和Office高級應用等;交叉融合類課程主要設置了智慧農業導論、數字工程原理與方法、數字經濟概述和生物信息學等。

3.2?實施多元化分類教學

不同學科對計算機通識課程的教學目標和教學要求不完全一致，不適合使用“千篇一律”的教學大綱，需要結合該校辦學特色以及專業認證中的畢業要求和支撐課程的要求，實施理工類、農醫類、文科類等多元化分類教學[5]。在山東農業大學，計算機通識課程分為農科類、理工類、人文社科類、藝體類分別設計教學要求和教學內容，其具體內容見表1。根據學生的專業需求、學識水平和理解能力實施多元化分類教學，真正做到“因材施教”，這樣才能將計算機技術更好的滲透到其他學科中，促進不同信息、知識、思考的融合與碰撞。

3.3?實施線上線下混合式教學

基于“互聯網+教育”，結合學生的專業特色、學識水平和個性化需求實施線上線下混合式教學模式，是貫徹“以生為本”的教育理念有效途徑之一[6]。在山東農業大學，計算機通識課程以“智慧樹”為線上教學平臺，以“雨課堂”為線下課堂教學管理平臺，融入“以學生為主體，以任務驅動為主線，以融合探究為中心”的教學理念，實施線上線下的混合式教學。以面向農科類的“大學計算機基礎”課程為例，線上線下混合式教學的組織實施過程包括開課前、開課中和開課后這3個階段，具體情況見表2。

3.4?創建開放式實踐環境

實踐訓練是計算機通識教育中極其重要的環節，緊靠教學計劃內的實驗課時和傳統的、以微機機房為主的實踐環境，難以實現培養學生計算思維和融合創新的目標。借助云計算技術，搭建一個面向計算機通識教育與學科融合創新的開放式實驗平臺[7]，為課程實驗教學、學生科研訓練、創新創業訓練、學科競賽提供共享的軟硬件環境，為計算機教學更好地助推學生專業發展和創新能力提升提供有力支撐。2018年，山東農業大學建設了高性能計算平臺，平臺采用CPU+GPU的雙重異構架構，為全校師生提供科學計算和仿真計算兩大類服務，用于基因對比分析、深度學習、數據分析、圖像分析、數學建模、結構仿真等研究，為融合創新訓練提供了支持環境。

3.5?建立多元化評價體系

合理、健全的課程評價體系是達成課程目標的保障。學科交叉融合背景下的計算機通識教育的評價體系應突出對學生融合創新能力的評價，是一個定性評價和定量評價并重、結果評價和過程評價相結合的多元化評價體系。“多元化”體現在兩個方面：一是評價主體是多元的，包括教師、學生、教學平臺、學科競賽和考試軟件等;二是評價內容是多元的，包括學習專注度、課堂活躍度、討論匯報、課堂測試、相關競賽、學習行為習慣等。山東農業大學的計算機通識課程建立了由教師、學生、智慧樹、雨課堂、考試軟件和競賽成績等共同參與的評價體系，加大了過程性評價的比重。例如：農科類的“大學計算機基礎”課程的成績評定方法，其具體內容見表3。

3.6?建設具備跨學科知識背景的教師隊伍

教師作為教學改革的實施主體，對改革的成效發揮著重要作用。學科交叉融合不但需要教師不斷鉆研計算機領域的前沿知識和技術，還需要掌握所授專業的部分專業知識，引導學生使用計算思維解決本學科的科學問題。山東農業大學通過建設跨學科的協同創新平臺和設立“跨學科大講堂”，促進不同學科背景教師的溝通交流，加快教師知識結構的更新和拓寬，促進多元知識背景的教師隊伍建設。

4?結語

隨著信息技術的快速發展，計算機技術在科技成果的重大突破中發揮著越來越重要的作用。在多學科交叉融合背景下，通過構建遞進式課程體系、實施多元化分類教學和線上線下混合式教學、創建開放式實踐環境、建立多元化評價體系和建設具備跨學科知識背景的教師隊伍等措施實施計算機通識課程改革，能進一步發揮計算機技術對其他學科創新發展的推動作用，為復雜工程問題的解決提供強有力的工具。

參考文獻

[1] 王穎娜.以計算思維為導向的大學計算機基礎課程教學改革研究[J].科技資訊，2021，19（2）：37-39.

[2] 熊福松，凌云，張志強.基于多維度協同教育理論的計算機通識課程體系的研究與實踐[J].計算機教育，2019（8）：142-145，149.

[3] 李曉明.計算思維：通識教育落地的一個抓手[N].中國科學報，2021-9-14（5）.

[4] 王立松，江愛華，胡軍，等.面向“新工科”建設的非計算機專業計算機基礎教學課程體系構建探索[J].工業與信息化教育，2018（9）：1-5.

[5] 馬金金.基于成果導向的大學計算機基礎教學過程設計[J].池州學院學報，2019，33（3）：127-129.

[6] 嚴暉，李小蘭，劉衛國，等.基于任務驅動的線上線下混合式教學設計與實踐研究——以“大學計算機基礎”課程為例[J].工業和信息化教育，2020（11）：52-56

[7] 郝興偉，張強.智能時代計算機通識教育的改革探索[J].中國大學教學，2019（Z1）：72-74.