面向專業需求的大學計算機基礎高階應用能力培養教學模式探索

摘要：在建設數字中國，實現智能智造等長遠戰略目標提出的大背景下，以大學計算機基礎課程高階應用能力培養為研究對象，探討了“塑意識、厚基礎、鍛能力、強遷移”四位一體的教改路徑，從教學模塊劃分、案例設計、綜合實踐和知識遷移4個方面進行了教學實踐”，構建知識遷移途徑四個角度進行了教學實踐，力求達到夯實基礎操作技能，培養創新思維，鍛煉綜合能力，形成將課內知識的學習能力遷移到專業能力的目標。

關鍵詞：專業需求；大學計算機基礎；高階應用能力；興趣引領；教學改革

中圖分類號：G642" " " 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）18-0140-04

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID）

0 引言

大學計算機基礎課程作為大學生接觸信息技術的入門課程， 承擔著培養學生計算機文化素養和基礎知識技能的重要使命。目前，我國高等學校正廣泛響應數字中國、智能智造等戰略號召，聚焦信息技術前沿、強調學科交叉與教產結合，通過新一輪學科建設以培養適應未來發展的應用型信息技術人才。在此背景下，大學計算機基礎教育應捕捉國家戰略需求變化，發揮基礎教育學科的“橋梁”作用，著力培養學生“能用、會用、巧用”的計算機高階應用能力，探索信息技術新時代的教學新模式。

1 計算機高階應用能力培養現狀

近年來，國內外高校對大學計算機基礎課程的教學工作進行了大量探索，傳統的“計算機工具論”已被逐漸取代。在教學中培養學科思維和高階應用能力[1]，實現高等教育 “三新一高”要求[2-3]，例如培養學生運用計算思維解決科學研究與生產生活問題，已在大學計算機基礎教育中達成共識[4-6]。

針對上述共識與要求，國內的科研工作者已提出了系列改進。2019年，山東大學郝興偉教授提出了面向學科交叉融合的計算機通識教育“1+N”課程體系設計方案，以及開放實驗室建設與產教融合的改革思路[7]。2021年，南開大學趙宏教授提出了面向綜合能力培養的計算機通識素養培育的3A5S（3 Abilities and 5 Skills） 模型，為提升計算思維，編程能力提供了框架[8]。2022年，上海電力大學畢忠勤教授在對新工科人才信息能力要求進行分析的基礎上，探索了傳統的計算機通識教育與計算機微專業互補的新工科人才培養模式，如面向電力行業出版信息技術結合的教材和案例[9]，除此之外，亦有其他研究人員提出了增加學習周期、學習模塊等以職業能力為導向的改革模式[10]。

上述改革模式使用了增加授課學時，增設專門的交叉融合課程模塊，或針對特定專業進行信息技術和專業能力融合等措施，對加強非計算機專業學生的學科素養提供了有益借鑒。然而，如何在課程設計有限的學時中，引導學生強化基礎技能，提升學生獲取信息、處理信息和分析復雜問題等高階應用能力，仍是當前計算機基礎教育面臨的重大課題。目前，大學計算機基礎教學具有內容豐富、跨度廣泛、各章節難度及其課程考核深度不一的特點，而學生普遍受到章節篇幅的誤導，認為應重點學習二進制編碼、操作系統常識、辦公軟件操作等基本知識。這類現象通常導致學生的學習深度受到阻礙，課堂學習興趣較低，自主學習也只停留在簡單練習階段，僅以達到課程要求為主要目的。此外，學生的學科素養往往在計算機等級考試與后續課程教學中充分反映，大多數學生在數據錄入、收集、處理等環節中存在基本功不足的問題。例如使用Word、Excel等辦公軟件時，學生僅能對給定的素材進行簡單文字處理或公式計算；而需要獨立獲取信息、進行長文檔排版或復雜數據分析時，學生往往缺乏解決思路和相應的技能。現有教學模式的不足不僅導致教學效果不如人意，還影響著學生應用計算機處理復雜問題的高階能力培養，學生無法補足計算機基礎課程學習與后續專業學習之間需求的能力差異。因此，研究和探索如何從興趣上激發學生，在教學方案上助力學生，提升學生計算機綜合能力，發揮計算機教學對各專業后續學習能力的促進，是探索大學計算機基礎教學高階應用能力培養的關鍵。

2 計算機基礎教學改革路徑

2.1 強化學生學習、掌握計算機的時代使命意識

進入互聯網時代，大數據、人工智能、物聯網、區塊鏈、智能智造等新興信息技術無不與計算機領域有著千絲萬縷聯系。因此，在課程中加入我國5G、AI技術發展狀況、國產操作系統的研究歷程，以及國產操作系統在銀河、天河計算機與嫦娥工程等重要項目中全面推廣的大量生動案例，讓學生深刻認識到掌握自主核心科技的重要性，體會到科技興國、科技強國的重要意義。除此之外，在課程中介紹與專業相關的計算機技術應用，如針對經濟、工商管理等專業引入利用大數據，并使用新近政策、城市規劃和資源配置等實例進行金融風險分析；針對自動化和工商管理專業，可引用無人駕駛和機器人生產線的實例，說明信息技術對生產效率的提高；通過挖掘與學生專業發展相關的應用案例，使學生在思想層面認識到掌握計算機技術是適應未來行業發展、推動社會發展的必備技能，從而激發學生的學習興趣。

2.2 明確計算機教學目標，提升學生知識遷移能力

各專業對于計算機基礎水平的需要不盡相同，因此，需基于具體專業需求分析教學的目標落點。例如，數字經濟背景下的金融、經濟、工商管理等專業的學生，需具備對海量數據進行提取、整理、分析解讀的能力，并將其以直觀、易懂的方式呈現。因此，此類專業在辦公軟件教學設計時，需要增添投資評估與財務分析領域的常用財務函數，同時引入數據透視表、規劃求解和單變量求解等高級分析工具。又例如，自動化、儀器、機械專業進入智能制造時代后，學生需要掌握局域網、廣域網、互聯網等基本知識與技術，以實現設備之間的遠程監控和數據傳輸；同時，學生需學習程序的設計與開發，以具備從事自動化控制系統、機器人編程、嵌入式系統等行業的能力。教學設計中，可針對此類專業在程序設計章節講授網絡編程，并且提供模仿服務器端和客戶端通信的游戲程序案例，在有限的教學時間內幫助學生理解設備之間通信過程，提升學生的知識遷移能力。在教學過程中面向不同專業，選取不同的教學重點，能夠促使學生能結合外部專業需求，找準學習方向，將課內知識學習有效地遷移到專業能力培養中。

2.3 內因外因融合打造教改新路徑

以內因為引領，以外因為驅動，二者相融合，探索將大學計算機基礎通識能力模塊與各專業需求的信息能力需求進行匹配的方式，提高學生對基礎知識重要作用認知，鞏固學生基礎操作技能；研究將專業特點、專業興趣相結合、開展綜合性實踐項目的方案，并為綜合實踐項目建立健全項目流程，確保實現綜合實踐環節既提高計算機的操作能力，又在實踐過程中提升學生數據處理、分析、決策、編程思維、合作交流等高階能力的目標，打造“塑意識、厚基礎、鍛能力、強遷移”四位一體的教改路徑，如圖1所示。

3 計算機基礎教學實踐

3.1 以內因為引領，按專業能力需求劃分教學模塊

根據各專業培養方案中與計算機能力對應的需求，將大學計算機基礎講授的七章教學內容劃分成四個大的模塊，分別為：交互能力、數據搜索能力、軟件工具應用能力及洞察分析能力模塊，將專業需求的能力融合到能力培養目標中，如表1所示。交互能力模塊對應信息表示、鍵盤操作能力，命令行操作模式及簡單的計算機系統操作能力，此為基礎操作模塊，能力目標對學生應該達到的熟練程度、課外練習時間與能力驗收均作出明確要求。數據搜索模塊需要學生完成對數據的查詢、獲取、下載整理等過程，此模塊可以更緊密地與學生專業能力需求進行匹配，在整個學習過程指導學生對機房局域網與互聯網資源的使用，同時讓學生明確自主學習和終身學習的重要性，掌握通過網絡進行自我提升的方法。軟件工具應用能力模塊主要要求學生利用辦公軟件對數據進行收集、整理、分析和數據呈現，并利用VS Code進行網站設計。此部分模塊不僅要求學生能夠使用辦公軟件呈現文檔內容，更要求學生能夠在使用軟件時從細節、規范、設計、專業度等多角度進行軟件操作；在掌握軟件的基本編輯、數據操作之后，還要適應專業需求掌握一些進階技巧，如經濟專業要掌握多表之間的數據查找與篩選，自動化專業需要能夠利用軟件進行流程圖的繪制等。洞察分析模塊主要針對算法和程序章節，通過編程思想的學習，學生應能夠分析問題并針對專業問題提出解決算法，具有科學創新性思維和探索解決復雜問題的能力。通過模塊大單元的重新劃分，教學體系在邏輯上更具完整性，同時借助目標引領的方式更好地激發學生的內在驅動力，增強學習興趣，提升學習效果。

3.2 針對專業特點設計案例，填補教學與專業需求鴻溝

將原有一般性通識教學案例結合專業特點進行轉換設計，在教學案例中添加相關專業元素，這種設計不僅僅是簡單地將兩者結合起來，更要深入挖掘專業領域的內在特性和實際需求，以此設計既能反映學科特點，又能激發學生學習興趣的教學案例。例如，在經濟專業的程序設計教學案例中加入利用程序編寫商品銷售折扣計算，程序可以根據商品的數量、商品的價格區間與購買者的會員資格進行價格折扣的換算，而用戶通過輸入相應的數據便可以得到最終的計算結果。這樣的設計充分考慮了經濟學原理和數據處理的實際操作的關聯特性，能夠激發學生對于經濟學專業知識的思考。同樣，自動化專業的溫度控制判斷程序也是一個典型案例：在案例中模擬根據傳感器溫度的變化來進行相應的操作，當溫度低于15 °C時，打開加熱器。當溫度在15 °C至25 °C時，保持當前狀態。當溫度高于25 °C時，打開冷卻器。這個程序不僅展示了計算機技術解決溫度變化的方法和控制學的工程問題，同時也讓學生在實踐中學習對現實問題進行分析和建模。通過這樣的設計，學生在親身體驗中了解到計算機的高效性和便捷性，進而培養出對計算思維的認知，這類經驗對于學生將來解決更為復雜的專業問題具有極大的幫助。此外，結合專業特點進行教學案例設計，不僅能夠增強學生對學科內容的理解，還能夠激發學生的學習熱情。當學生嘗試理解與專業直接相關的案例時，學生認識到自己不再被動地接受知識，而是主動地去探索與實踐，這種積極參與的體驗正是提高學習效率的關鍵。而且，隨著時間的推移，這種案例設計模式還能幫助學生建立跨學科的視野，促使學生在未來面對更加多樣化的學習任務時，能夠靈活運用所學的知識，更好地適應未來社會的發展需求。

3.3 結合專業興趣，開展綜合設計實驗

綜合設計實驗的設計目標是培養學生綜合運用知識與技能的能力，使學生通過完成復雜任務鍛煉分析問題、解決問題的計算思維，并使學生實踐創造出完整且體現一定創新性的成果。為了實現這一目標，同時避免在實踐項目中出現質量不高或缺乏創新等缺陷，教學團隊通過文獻調研、問卷調查、座談交流等多種形式，選擇并設計出適用于各專業、不同學科的設計項目，使項目題目能貼合學生的專業興趣；同時，通過細化任務書，提供可參考的視頻、代碼、資料等多種項目案例，合理劃分任務小組等手段，使學生能夠有動力、有能力參與項目實踐中，從而提高學生論文撰寫、文檔排版、項目分析、項目展示、小組協作等綜合實踐能力。

通過收集學生綜合設計實驗報告心得數據，并對數據進行詞云分析，如圖2所示，可以看出學生對綜合設計的正向反饋。學生經過與結合專業興趣相結合的綜合設計實踐，成功鍛煉了應對復雜問題的能力，增強了信心，提高了團隊協作能力。

3.4 挖掘智慧學習平臺潛能，構建知識遷移途徑

在線學習平臺如學習通等提供了豐富的學習資源和便捷的課后作業管理功能，極大地促進了教育的個性化與現代化。為充分挖掘智慧學習平臺的潛力，教師可以考慮利用智慧學習平臺實施更多創新功能。例如，設計分層次的課后題目，讓不同水平的學生都能確立適合自己難度的學習目標，從而激發自主學習動力，如圖3所示。同時，教師還可以通過在學習平臺討論區展示優秀作業的方式來激勵學生的參與度和創造力，如圖4所示，使學生看到同一問題不同的解決途徑，從而在思想上得到啟發。此外，為了全面提升學生的實踐能力和協作精神，還要充分發掘平臺中的一些人工智能輔助功能，構建新型的“教師—機器—學生”交互關系。比如利用在線編程檢測，不僅能夠檢驗學生的編程技能，還能幫助學生發現自己的不足之處，改正語法規則的使用錯誤，提升邏輯思維能力。平臺提供的在線小組協作同樣是一個很好的教學工具，它能夠促進學生之間的溝通與交流，增進他們對團隊合作重要性的理解。通過這些功能，學生們可以在虛擬環境中構建起立體、多元且充滿互動的學習環境，這對于學生綜合素質的培養具有不可忽視的作用。

4 結論

為應對信息技術快速發展，高端信息技術人才需求與本科生培養滯后的沖突，大學計算機公共基礎課程需要能夠彌補通識課程與專業需求之間的鴻溝，培養與學生發展關密切的計算機應用高階能力。本文對大學計算機基礎教學中存在的學生認知偏差，基礎技能掌握不牢，知識遷移能力薄弱等問題進行了研究，對問題解決方案從內因和外因兩個角度進行了剖析和融合，研究探索出了一條“塑意識、厚基礎、鍛能力、強遷移”的四位一體教改路徑，并通過“貼合專業特點”設計實踐項目，強化“智慧教學平臺”運用等方面進行教學實踐。未來，在教學過程中將進一步探索課程與專業能力的融合點，設計更多具有啟發式的問題和教學案例，以期實現為國家培養德才兼備的具有高素質計算機能力專業人才的目標。

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【通聯編輯：王 力】