高校非計算機專業計算機類課程的改革探索

摘?要：文章針對目前高校非計算機專業計算機類課程開設過程中存在的問題進行分析，從以下幾方面闡述如何進行高校計算機基礎教學改革研究與實踐：（1）按照不同專業分類構建了非計算機專業的計算機類課程體系；（2）基于ChatGPT重構課程內容；（3）對教學模式和實踐教學方式進行改革；（4）對考核方式進行改革；（5）對師資隊伍進行優化。最終達到了在新工科、新文科背景下，提升非計算機專業學生的計算思維能力和應用計算機解決實際問題能力的目標。

關鍵詞：新工科；分類構建課程體系；ChatGPT；教學改革

中圖分類號：G642

Abstract：This?article?conducts?an?analysis?of?the?issues?prevalent?in?the?offering?of?computerrelated?courses?for?noncomputer?majors?in?higher?education?institutions.It?presents?a?comprehensive?exploration?of?reforms?in?fundamental?computer?education?research?and?practice，focusing?on?the?following?aspects：（1）Development?of?a?computer?course?curriculum?tailored?to?distinct?noncomputer?majors：A?classificationbased?approach?is?employed?to?construct?a?specialized?computer?course?framework?that?caters?to?the?unique?requirements?of?diverse?noncomputer?disciplines.（2）Reconfiguration?of?course?content?leveraging?ChatGPT：The?utilization?of?ChatGPT?serves?as?a?foundation?for?the?restructuring?of?course?material，harnessing?its?capabilities?to?enhance?relevance，interactivity，and?pedagogical?effectiveness.（3）Revolutionizing?teaching?modes?and?practical?instruction?methods：Innovations?in?instructional?strategies?and?handson?learning?experiences?are?introduced?to?foster?a?more?engaging，experiential，and?competency-driven?learning?environment.（4）Transformation?of?assessment?methodologies：A?reevaluation?and?redesign?of?evaluation?mechanisms?aim?to?align?assessments?more?closely?with?the?desired?learning?outcomes，promoting?deeper?understanding，skill?acquisition，and?authentic?application?of?knowledge.（5）Optimization?of?the?faculty?profile：Efforts?are?directed?towards?enhancing?the?quality?and?suitability?of?the?teaching?staff，ensuring?they?possess?the?necessary?expertise，adaptability，and?enthusiasm?to?effectively?facilitate?learning?in?the?context?of?these?reforms.These?concerted?endeavors?ultimately?serve?to?achieve?the?overarching?objective?of?augmenting?computational?thinking?abilities?and?the?practical?application?of?computing?skills?among?noncomputer?majors?within?the?context?of?emerging?New?Engineering（NE）and?New?Liberal?Arts?（NLA）?paradigms.

Keywords：New?Engineering;?Classificationbased?Curriculum?System?Construction;?ChatGPT;?Teaching?Reforms

1?緒論

“新工科”教育教學理念已經成為我國高校當前教育改革和發展的主要方向。新工科內涵的一個核心特征就是“計算機+各學科”。計算思維是“新工科”的核心思維之一，已獲得業界共識，加強計算思維能力的培養已成為新型工科人才培養的關鍵因素之一［1］。計算機類課程作為面向非計算機專業學生開設的計算學科課程，在“新工科”背景下，需要更好地承擔起培養學生計算思維能力的任務［2］。

應用型本科院校更看重學生的理論應用能力、技術實踐能力。在教學過程中，現有的大學計算機基礎教學方案存在知識點多而雜、深度不夠、理論與實踐結合不緊密、缺乏貫穿思維能力培養的教學實例和問題求解訓練等問題。結合筆者所在學校的專業特點，既有工科也有文科，所以無論是在“新工科”還是在“新文科”背景下，都需要對非計算機專業的計算機類課程進行改革。

本文結合筆者所在學校人才培養中理論與實踐并重、理論指導實踐的特色，以計算思維能力培養為核心，分專業分類構建課程體系，基于ChatGPT重構課程內容，對教學模式、實踐教學方式、考核方式進行改革，對師資隊伍進行優化。最終達到提升非計算機專業計算機類課程教學質量，提高學生滿意度，提升課堂授課效率的目標。

2?分專業分類構建課程體系

根據應用型院校人才培養的特色，需要從應用層面來理解計算思維，讓學生了解和領會如何從信息處理的角度解決問題。根據筆者所在學校的專業設置特點及各專業的人才培養要求，特設置了兩大類課程體系。

2.1?理工類專業計算機類課程設置方案

（1）通識必修課。包括計算機基礎知識+程序設計語言（C、Python、Java等）或數據庫基礎及應用（Access、SQL?Server）。

（2）專業選修課。包括大數據導論、人工智能導論、計算機輔助設計、網絡技術與應用、Matlab等。

（3）公共選修課。包括機器人技術、“人工智能+”“互聯網+”、網頁設計、多媒體技術及應用、計算機組裝與維護、高級辦公自軟件應用等。

2.2?文管類專業計算機類課程設置方案

（1）通識必修課。包括計算機基礎知識+數據庫基礎及應用（Access、SQL?Server）或程序設計語言（Python）。

（2）專業選修課。包括多媒體技術及應用、圖像處理、實用軟件應用、網絡技術與應用等。

（3）公共選修課。包括金融科技、“人工智能+”“互聯網+”網頁設計、計算機組裝與維護、高級辦公軟件應用等。

此外，以上兩大類專業均加入一門不計入學分的Office辦公軟件應用，以保證學生對計算機的基本應用能力。這樣就解決了原來計算機類課程教學與專業領域結合度低的問題。

3?基于ChatGPT重構課程內容

2022年底，ChatGPT一推出就迅速在社交媒體上走紅。ChatGPT是一款革命性的AI工具，必將對教育的教學目標、方法、內容、模式產生變革性影響。對于高校來說，理應作為改革的先行者，主動擁抱AI，先行先試，為教師和學生們探索出一條新的教學和學習之路。所以我們基于ChatGPT重構了課程內容。這主要體現在一些編程類課程中，例如C、Python、Java等。

通過ChatGPT進行編程教育有明顯的三大優勢：

（1）提供自然的語言交互方式。ChatGPT可以讓學生們能夠像與普通人交流一樣與機器進行對話。這種交互方式可以讓學生們更加容易理解和掌握編程知識。

（2）提高編程學習的效率。ChatGPT可以為學生們提供實時的編程指導和反饋，讓學生們更快地掌握編程技能，更快地解決編程中的問題。

（3）培養創新思維和解決問題的能力。通過ChatGPT進行編程教學，學生們需要自己提出問題并獲得答案。這種學習方式可以培養學生們的創新思維和解決問題的能力。這種能力對于學生未來的職業發展具有非常重要的意義。

通過ChatGPT生成了一些比較新的案例，例如微信支付、人臉識別、車牌識別等。將這些案例融入教學中，使學生能夠真正將所學知識轉化成解決實際問題的能力。通過ChatGPT，提供給學生多元化的學習途徑，實現對話式學習，能夠做到個性化學習。

4?理論和實踐教學模式的改革

傳統的教學方式已不能完全滿足教學需求，在ChatGPT流行之后，學生的學習方式發生了翻天覆地的變化。利用ChatGPT可以實現對話式學習，并且它寫出的代碼質量很高，所以這就引發了一個思考，既然AI可以寫出高質量的代碼，可以完成這項工作，那么學生還需不需要學習編程。答案是肯定的，學生必須要通過學習編程來鍛煉計算思維。這背后是倒逼教學方式要發生改變。可以將AI工具作為助教來輔助教學，利用它來幫助學生解答問題并提供給學生一條主動學習的途徑。所以教學方式不僅要采用混合式教學，還要考慮如何將AI融入教學中，打造新的混合式教學方式。例如，在學生學習過程中利用ChatGPT來解答問題，讓ChatGPT給出學習某個知識點的路徑。在檢驗學習效果的過程中，讓ChatGPT出題，學生來回答，再讓ChatGPT來給出成績。還可以在教學過程中，教師提出問題時，讓AI作為同學來發彈幕給出答案，起到給其他同學提示的作用。在教學準備過程中，教師利用AI實現一鍵出題，一鍵更新課件，以便更便捷地進行教學準備工作。

此改革中教學方式采用混合式教學，有課堂講解部分、有彈幕討論部分、有課下線上學習部分、有課后測驗部分、有上機練習部分等。以Java課程為例，由于整門課程的混合式教學設計圖較大，特選取Java課程的一部分展示在圖1中。

在實踐教學中，采用了自編練習題，每門課程有單獨的自編習題集，題目均為本節課的知識點實操練習，盡量將題目設置得與實際問題類似，并與學生所在專業相關，這樣就可以解決課程與專業結合緊密的問題。

此外，課程體系中每門課程都有相對成熟的教學資源，包括教學大綱、教案、授課計劃、雨課件、全套自編習題、自編教材等。例如，Java課程中有“基于ChatGPT的Java實戰案例集”并同時提供100多個講解視頻，在SPOC平臺上上線，基于ChatGPT的Java自編教材也正在編寫中?；贑hatGPT的Java實踐課程內容分為五大部分：

（1）基于ChatGPT的Java基礎語法。具體案例包括一些經典算法的實現，例如冒泡排序、快速排序、漢諾塔、個人所得稅計算、彩票系統等。

（2）基于ChatGPT的Java面向對象程序設計。具體案例包括石頭剪子布游戲、銀行業務模擬，投票系統、購物系統等。

（3）基于ChatGPT的Java基礎加強。具體案例包括異常處理、字符串處理、常用實用類的使用、JDBC編程等。

（4）基于ChatGPT的Java高級編程。具體案例包括多線程的使用、網絡爬蟲等。

（5）基于ChatGPT的Java進階案例實戰。具體案例包括微信支付、支付寶支付、收發郵件、短信發送、車牌識別、人臉識別等。這些都是實際工程項目，綜合運用Java知識設計并實現的案例，實戰性與實用性顯而易見。

另外，AI工具也不限于ChatGPT一種，還可以使用百度的文心一言、阿里的通義千問等工具。用法與ChatGPT相似，簡單易用，學生易上手。以百度的文心一言為例，具體效果見圖2和圖3。

5?考核方式的改革

對于計算機類課程，實踐性比較強，所以考核評價方式應該能體現出學生的原創性、創新性，并且編程類課程應該以考查動手能力為主。目前編程類課程有單獨的OJ考試平臺，可以在線評判分數，辨別是否抄襲。其他課程大多采用雨課堂考試平臺在線作答。今后可以考慮將AI應用進來，讓AI自動評判學生分數，并根據知識圖譜給出相關建議。此外，還應加大過程性考核的分值比例。

6?師資隊伍的優化

師資隊伍對于人才培養來說尤其重要，需要構建“三位一體”穩定的課程師資隊伍，授課教師與授課專業固定搭配，備課階段課程組教師與授課學生所在專業的教師進行交流溝通，了解其專業在計算機應用方面的需求，更好地組織課程內容。這樣可以為培養既精通專業知識又掌握計算機應用技能的復合型應用型人才奠定基礎。

結語

本研究旨在設計一套符合筆者所在學校人才培養方案的非計算機專業計算機類課程改革方案，方案既契合“新工科”“新文科”背景，又符合應用型本科院校的特征。通過改革，培養學生具備能用計算機作為工具解決專業問題的能力，培養學生的自主學習能力，同時能提高計算機類課程的教學質量、創新教學方式。

（1）本次教學改革的特色。課程體系中的課程大多是筆者所在學校比較早地使用雨課堂進行混合式教學的課程，并且課程實踐性較強?？梢院芎玫劐憻拰W生的計算思維，間接提高其就業能力。

（2）本次教學改革的創新點。課程體系中的Java課程是筆者所在學校最早利用ChatGPT重構教學的課程。這是一條AI工具模式下教學的新路徑、新方法、新模式，能實現學生的對話式學習、個性化學習，提升人才培養質量。

通過此輪改革，學生反響較好，學生評教的分數較高，在后續課程的學習中，教師明顯感覺到學生應用計算機解決專業問題的能力有所提高?？梢姡烁母锏某尚л^明顯，已達到最初設定的目標。

參考文獻：

［1］寸仙娥，蔡潤芹，普玉鳳.高校非計算機專業計算機基礎教學改革與研究［J］.計算機教育，2009，24（008）：1315.

［2］王秀珍，王粉梅，周麗媛，等.混合教學模式下的計算機專業課程資源建設［J］.計算機教育，2022，02（015）：6166.

［3］傅向華，張席，劉宏偉，等.面向新工科的應用型大學計算機基礎課程教學改革［J］.計算機教育，2022，02（028）：124128.

［4］鄧磊，戰德臣，姜學鋒.新工科教育中計算思維能力培養的價值探索與實踐［J］.高等工程教育研究，2020（02）：4953.

［5］周海芳，周競文，毛曉光，等.落實計算思維培養的大學計算機基礎課程改革實踐［J］.計算機教育，2020，03（023）：9296.

［6］唐德凱，夏新文，桂小林.新工科背景下面向賦能教育的大學計算機課程改革探索［J］.計算機教育，2020，09（040）：178182.

項目基金：本文得到防災科技學院2022年度教育研究與教學改革項目——防災科技學院非計算機專業計算機類課程改革探索（No.JY2022B32）資助

作者簡介：郭娜（1980—?），女，漢族，山東乳山人，碩士研究生，副教授，主要研究方向為教育大數據分析。