大学计算机基础课程教学改革新要求

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摘要：以“互联网＋”思维为视角，分析了新时代教育现状下对大学计算机基础教育提出的新要求。为顺应新需求、新变化，以计算赋能为导向，围绕如何赋予学员计算思维能力、计算机操作能力、编程能力等，进行了一定的教学探索与尝试，以期培养符合新时代要求的合格人才。

关键词：互联网＋；计算赋能；计算机基础课程；教学探索

随着互联网教育与人工智能的不断发展，计算思维在网络互联时代也有了创新发展，即“互联网＋”思维，也称为“计算思维2．0”。基于新工科思想和理念，在新环境下如何培养大学生的“互联网＋计算思维”能力、如何指导学生树立计算思维、如何强化大学生的计算机编程、开发和应用能力培养，实现计算机赋能教育等都成为计算机基础教育工作者探讨研究的问题。

一、当前形势及其对计算机基础教育提出的新要求

（一）“互联网＋”时代的教育现状

2019年1月，教育部的《关于加强网络学习空间建设与应用的指导意见》提出，到2022年面向各级各类教育、全体教师和适龄学生，全面普及绿色安全、可管可控、功能完备、特色鲜明的实名制空间，加快推进人人皆学、处处能学、时时可学的学习型社会建设［1］。在“互联网＋”的冲击下，一方面虽然获取知识的途径增多、效率大幅提高，但是学生普遍缺乏自主学习习惯，在缺失监管力度的情况下，学习效果不能保证；另一方面，互联网极大地放大了教育资源和老师的作用，从传统一个教师针对几十个学生扩大到一百多或更多，如何在人数众多的情况下调控学习过程，并从学生反映出的网络学习结果信息中甄别出有价值的评估，是新时代对教师的新考验。

（二）对计算机基础教育提出的新要求

一是对计算机技术的普及要求。传统授课时的教学重点，多半放在保证让学生会用计算机上，包括掌握Office等常见计算机应用软件的使用方法和技能。但新形势下，大学新生的信息化实际操作水平在不断提升［2］，需要增加了解信息技术的基本概念和计算机技术在不同学科领域中的应用、计算及计算思维的基本内涵和计算机问题求解过程、简单的程序设计和算法方法，以及计算机新技术的基本概念和内容、应用领域和方法等。二是以计算机为工具，具备解决一般问题的能力。在大学计算机基础课程的教学中，还存在“狭义工具论”的偏见，认为计算机基础教学仅仅是教给学生如何使用计算机进行操作和处理基础文档［3］。事实上，新大纲已经要求学生掌握信息处理基本方法和多媒体基础技术，并初步具备运用计算机工具解决实际问题的能力。这里的工具不仅包括计算机操作和基本文档的处理，更多的是指各类与专业相关的如图形图像处理软件、计算机安全防护工具、计算机编程处理工具、数据库管理与操作工具等。因此，学生不仅要了解各类软件工具的相关概念，还要能使用一些常用的软件工具，配合从计算机科学中提炼的通用型思维方法，解决一些实践问题。三是融合式计算机教育模式。这里的融合具备两层含义，一方面是教学方式的融合，在传统课堂中引入“SPOC＋翻转课堂”混合教学模式［4－5］；另一方面，是思维融合，即将计算机科学领域同本专业领域实现跨学科融合，发挥计算机科学在其他科学工程领域的融合运用，实现CSE（Compu－tinginScienceEngineering）的落地，并将计算思维方法运用于其他科学领域或应用领域，提升新型人才的信息素养。

二、以计算赋能为导向的教学改革

传统的计算机基础课程已无法满足新形势下人才信息素养培养的需求，伴随信息化建设的快速发展，计算机基础课程也应顺应需求而变化，尤其是新形势下围绕如何赋予学生计算思维能力、计算机操作能力、编程能力等计算机应用能力，重新定位计算机基础教学应达到的知识、技能、能力要求，明确相应的知识与实践体系，对课程授课内容、教学模式、考核方式做出相应的调整，解决目前计算机基础课程教学的主要瓶颈问题。

（一）自主学训增强计算机操作能力

计算机操作能力培养的核心环节是实践，为此应根据教学内容安排，设计出合适的教学方法，构建新型实验体系，建设自主学训环境。以本校实验教学为例，课程设计了涵盖演示实验、虚拟实验、自主实验和综合实验的课程实验体系，构建包括导学网站、解答微视频、立体化教材、自测平台为一体的自主学训实验环境实现了课外实验的自主学训，提高了学员利用信息化技术和手段进行自主学习、自主训练的能力。通过自主学训，使学员掌握以Office等常见计算机应用软件的使用方法和技能，并达到国家计算机等级考试一级水平。其中，教研室集中力量编写的立体化教材分为两个部分。第一部分为计算机基础应用操作，主要包括Windows实验、办公自动化实验、数据库实验（数据库设计和查询设计等基本使用）、计算机网络实验、计算机绘图技术实验以及一个综合实验项目。每个实验以实验目的为牵引，配合翔实的步骤，并加以实战练习，以满足初学者的需求，同时在军事训练网和互联网均有各实验的讲解视频，学员可以参照学习。第二部分为Python程序设计实验，主要对计算机基础理论知识进行验证和设计，涵盖二进制运算、信息表示、操作系统、网络技术、数据库技术、多媒体技术等计算机基础理论体系的实验案例，以期加深学员对基础理论知识的理解和掌握。

（二）融合教学巩固计算机编程能力

这里的计算机编程能力主要是指把编程中的基本功做好，包括能阅读简单代码、学习他人优秀代码的结构、使用“程序流程图”进行简单程序设计和简单代码纠错。新大纲中增加了Python语言的程序设计和算法，由于受课时限制，课堂上只能做到Python程序的常用语法与基本结构等内容的介绍，而要达到掌握Python的数据结构、调试方法，理解Python实现典型算法和数据结构的方法，巩固计算机编程能力，为后续专业的程序设计课程夯实基础，就必须配合其他教学方式进行完善。为此，本文充分利用“互联网”下获取知识的高效性和获取途径的便捷性，在传统理论教学中构建了线上线下的混合教学模式，利用互联网上优秀教育平台，通过线上的SPOC自学和线下的翻转课堂，实现混合式教学，并以此来督促学员掌握Python编程的基础知识，巩固计算编程能力。计算机编程能力训练流程具体，如图1所示。

（三）案例引导掌握计算机求解问题能力

对计算机求解问题能力的锻炼是计算思维中不可或缺的一项，包括问题分析、问题表示、问题抽象、建立模型和模型求解等内容。目前，对这一部分的讲授多是通过案例教学，或使用循环结构可以实现。但在授课过程中，如果加入有一定难度且贴合专业背景的实战化案例，就能更好的达成思维融合。因此，本文设计了一些有特色的实验案例，如针对Python第三方库使用设计的运用Python的图像处理模块pillow，进行简单的图像裁剪、翻转等基础处理；针对Python程序结构设计的程序结构综合应用案例等。以程序结构综合应用案例为例，案例以运用Python中的Turtle绘制实现“导弹拦截问题”为背景，参考BOPPPS模型，具体课程展开六个步骤。一是导入。以简单的“发现敌方一枚导弹来袭，我方为保护阵地发射一枚导弹拦截”为大背景，引人入胜，激发兴趣。二是目标。让学生清楚掌握明确的学习目的，即程序控制结构的综合应用。三是前测。使用Python123平台进行小测试，获悉学生复习先导知识的情况。四是预评估。分析前导内容学习情况和后续课程的重难点。五是参与式学习。在教员示范讲解的基础上，从浅到深，从易到难，层层设问，逐步深入；随后采用小组讨论的形式，针对教学案例进行个案研究，提出改进方案或优化，实操编程并展示讲解。六是总结。总结课堂内容，分析导弹的关键技战术指标，引出我军装备建设现状，坚定热爱军队、献身国防的信念，最后完成作业布置。整个过程始终贯穿“做中学”的思路，体现了计算思维在具体应用领域的融会贯通。

（四）学赛一体提升计算机技术应用能力

积极引入课程竞赛，通过学期末课程的图文设计、数据分析和Python编程三项竞赛，加深学员对学习的Office、PS和Python编程内容的理解。竞赛还设置答辩环节，优秀学员台上交流学习和制作过程的心得体会，台下评委从作品内容、创新性、学生语言表达、仪表风范等方面对其进行综合测评，并纳入课程考核体系，实现学赛一体，全面提升学员计算机应用水平。同时，教员会进一步选拔优秀学员参加大学创新俱乐部，参与数据恢复、视频剪辑与合成、电脑维修120等活动，编程能力突出的学员会被重点培养参加全国软件设计大赛。

三、教学改革试点情况

目前，大学计算机基础课程改革在本校已经实施，课程遵循“以计算思维为牵引、突出部队应用特色、面向不同专业要求分类指导”的理念，明确相应的知识与实践体系，融入计算赋能，提升课堂吸引力，实现了教学质量的提升。

（一）实现了学习态度的转变

学员在自主学训环节中，明确要对自己的学习而负责，因此他们在训练中参与性增强，注意力集中，在掌握了以Office等常见计算机应用软件的基础上，根据自身爱好和特长，进一步加深了对计算机基础理论知识的理解。以本校2018级某班次教学情况为例，通过对比授课之前与授课之后学员的计算机操作水平测试成绩（见图2），可知学员在自主学习状态下，其成绩有了明显的提高。图2计算机应用水平测试成绩前后对比积极引入课程竞赛，实现学赛一体。通过课程的图文设计、数据分析和Python编程等竞赛选题，将竞赛考核纳入课程考核体系以及后备竞赛“种子选手”的选拔中，形式涵盖授课内容与课程教学相辅相成的特色学科。通过学习，学员学期末的选题趋势发生很大变化（见图3）。随着学员学习热情的增加，他们更愿意以参赛的方式来提升自身的编程水平，从而锻炼解决实际问题的能力。图3参与课程竞赛不同选题人数对比。

（二）实现了教学能力的提高

教员为了更好地开展教学活动，必须积极参加各类创新教研活动，还要针对改革过程中的需要积极配合编写有关案例和教材，根据课标要求，严格按计划实施，相互学习、相互促进。课程组教员普遍反映出责任心和教学热情的提高，教学设计和教学反思能力也得到了提升。

参考文献：

［1］教育部关于加强网络学习空间建设与应用的指导意见［EB／OL］．（2019－01－16）．

［2］郭福亮，周钢，李永杰．大学计算机基础课程的实验体系研究［J］．计算机教育，2018（2）：78－81．

［3］崔建峰，陈克忠，黄智云．新工科视角下地方高校计算机基础课程改革［J］．黑龙江教育（高教研究与评估），2019，1275（3）：34－37．

［4］周钢，郭福亮．基于计算思维的大学计算机基础课程混合教学改革实践［J］．计算机教育，2017（1）：23－26．

［5］崔良中，郭福亮，何智勇，等．基于计算思维能力培养的计算机类课程教学改革［J］．当代教育理论与实践，2018，10（3）：41－44．

作者：谢茜 张树龙 周钢 单位：海军工程大学电子工程学院 海军工程大学