面向新工科的大學計算機基礎課程教學反思與探索

嚴胡勇 朱超平 屈盈飛

摘要：新工科建設給高校計算機基礎課程教學帶來了新的機遇與挑戰(zhàn)。高校計算機專業(yè)是新工科人才培養(yǎng)的首要陣地，作為高校計算機專業(yè)排頭兵的大學計算機基礎課程是助力其開展新工科建設與培養(yǎng)新工科人才的一個重要著力點。本文分別從目前大學計算機基礎課程的教學內(nèi)容、教學目標、教學形式三個方面深入淺出地分析了其在新工科背景下面臨的困難，并且有針對性地提出了一系列教學改革措施，旨在摒棄傳統(tǒng)枯燥的教學手段，結合專業(yè)特色，充分調(diào)動學生學習的積極性與參與性，提高其在計算機環(huán)境下解決問題的能力，進而為計算機基礎教學改革提出一種新思路。

關鍵詞：新工科 大學計算機基礎教學 計算思維 課程體系

隨著信息技術的飛速發(fā)展，人們的學習與生活方式發(fā)生了極大的改變，大學計算機基礎作為大學非計算機專業(yè)本科生的公共基礎課程，以普及信息技術與網(wǎng)絡安全作為突破口，其內(nèi)涵與外延不斷豐富，教學體系日漸完善，產(chǎn)生了“1+X”模式，即一門大學計算機基礎課程加上幾門核心課程的模式。

所謂新工科的“新”，包括三個方面的內(nèi)容：新型、新生與新興。新工科代表的是最新的行業(yè)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，是即將形成或正在形成的新興工程學科。新工科的建設服務于以新模式、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)與新技術為特點的新經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略需求。從新工科及新經(jīng)濟發(fā)展模式來看，新經(jīng)濟主要通過產(chǎn)業(yè)鏈的整合來取代傳統(tǒng)學科相關專業(yè)化的分工，同時新工科也跨越原有行業(yè)與產(chǎn)業(yè)界限。從學科角度來看，新工科需要多個學科的滲透、交叉、融合與拓展。

圍繞新工科建設，無論是當前工科與其他學科的交叉融合，還是學科的跨領域整合，都需要基礎課程的支持，對非計算機專業(yè)本科生來說，大學計算機基礎課程作為公共基礎課程顯得極為重要。如何有效地提高學生的專注力、學習動力，使學生具備實踐能力、整合能力，有必要結合未來新工科概念，對大學非計算機專業(yè)公共基礎課——大學計算機基礎課程的學習方式、教學內(nèi)容進行改革，從而適應新工科背景下人才培養(yǎng)的需求。

一、大學計算機基礎教學面臨的問題

（一）教學內(nèi)容與時代發(fā)展不一致

筆者通過對重慶市部分高校的實地調(diào)研以及對重慶工商大學網(wǎng)絡在線學習平臺、藍墨云班課、中國大學MOOC等平臺的了解，得知目前許多高校的大學計算機基礎課程的教學內(nèi)容主要包括三大部分。第一個部分是計算機基礎知識部分，主要包括計算機的誕生與發(fā)展、計算思維基礎、計算機硬件系統(tǒng)與工作原理、計算機軟件系統(tǒng)、微型計算機硬件系統(tǒng)、操作系統(tǒng)基礎以及數(shù)制與信息編碼等；第二個部分是計算機實踐操作技能部分，主要包括Windows基本操作，微軟MS Office三大組件Excel、PowerPoint與Word的使用；第三個部分是計算機的一些熱點技術，包括大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實等，這部分內(nèi)容隨著計算機技術的發(fā)展更新頻率會加快。

由于熱點技術內(nèi)容通常只是簡單介紹概念，不會深入講解具體內(nèi)容，這就意味著大學計算機基礎課程在我國眾多高校開設的20多年間，在計算機科學技術發(fā)展翻天覆地變化的背景下，真正講解的內(nèi)容除了軟件版本的差異外，幾乎沒有發(fā)生實質(zhì)變化。

如何讓大學計算機基礎課程的教學內(nèi)容在計算機技術的飛速發(fā)展下，合理、有效地更新知識，是一項挑戰(zhàn)。

（二）高校檔次不同，教學目標高度相似

目前，國內(nèi)的計算機基礎課程無論是在“雙一流”建設高校，還是在普通本科院校、高職院校都是極為相似的教學內(nèi)容，無非就是計算機基礎知識、計算機實踐操作技能以及計算機的一些熱點技術三大部分，明顯不符合按層次、按梯度來培養(yǎng)人才的教學手段，無形中造成了資源與人才的浪費。

此外，人才培養(yǎng)方案中關于該課程的教學大綱與課時分配主要是針對第一個部分的內(nèi)容。第三個部分熱點技術的內(nèi)容雖然比較新，但內(nèi)容呈淺顯化。第二個部分的內(nèi)容主要安排在實驗課上進行實驗操作，并未安排在理論課上進行教學。一個突出的問題在于，第二個部分的內(nèi)容在實際應用中難以體現(xiàn)。具體來說，學生在實驗課上對某個具體的實驗操作沒有問題，但是在他們畢業(yè)論文的排版中卻錯誤百出。例如，目錄并非自動插入，而是手動輸入；參考文獻格式不統(tǒng)一；論文各個段落的間距不一致；等等。雖然這不代表全部，但也是比較普遍的情況。

（三）教學形式單一，師生互動有限

如今很多的大學計算機基礎課程都是將理論課程與實驗課程分開，理論課程的教學形式主要是教師上課講授為主，而實驗課程的教學形式主要是以學生操作為主。在一些實驗資源比較充足的高校，理論課程與實驗課程一般會安排在實驗室進行，教師上課時會根據(jù)知識點的難易來調(diào)整講解時間，并且適當安排學生進行課堂小測試、課后在線測試等練習，讓學生更加容易掌握知識，能夠有效避免學生由于理論學習與實際操作間隔太久造成的知識點的遺忘。

這種傳統(tǒng)的教師主講、學生主練的教學模式，難以讓學生積極參加到學習活動中，因此難以調(diào)動學生學習的主觀能動性。雖然教師逐一講解知識點的教學模式看起來合理，但是難以突出授課內(nèi)容的難點與重點。知識點的獨立式講解，容易造成知識點間缺乏銜接性，破壞了知識體系的整體性與連貫性，最終使得學生缺乏對知識體系的立體印象。

此外，計算機基礎課程一般是大班授課，通常是以兩個行政班甚至是三個行政班組成一個教學班，人數(shù)少則80人，多則上百人，加之學生生源地廣泛，有不少學生來自老、少、邊、窮及偏遠農(nóng)村的家庭，由于經(jīng)濟困難，很少接觸到計算機，而一些城市里的學生從小就接觸計算機，學生水平參差不齊，掌握的計算機基礎課程的知識點部分也相對零散。這種情況增加了課堂翻轉的難度，使得師生互動難以得到有效開展。

以上這些問題并不是否定當前的大學計算機基礎課程，相反，我們需要直面該課程存在的問題，尋求解決辦法，找出解決方案。

二、大學計算機基礎教學改革的措施

（一）適應新技術，重新組合教學內(nèi)容

隨著集成電路與半導體技術的飛速發(fā)展與不斷進步，計算機技術通過多元碎片的形式滲透到人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€領域。計算機技術與農(nóng)業(yè)的結合，形成了數(shù)字化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技；計算機技術與金融業(yè)的結合，催生了網(wǎng)上銀行、網(wǎng)上支付等新興金融詞匯的產(chǎn)生；計算機技術與工業(yè)的結合，造就了智能一體化生產(chǎn)。計算機已不再是一個實體的概念了，而教材中仍然稱計算機為“微機”，這里的“微機”就顯得不合適了。我們可以把第一個部分的內(nèi)容與第三個部分的內(nèi)容合并為計算機基礎部分，同時引入新技術，如大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等，這些內(nèi)容對學生的吸引力要比計算機的發(fā)展對學生的吸引力高得多；而傳統(tǒng)的計算機網(wǎng)絡，不一定是開放式系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）的七層協(xié)議體系或者傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（TCP/IP）的四層體系結構，也可以是第五代移動通信技術（5G）、智能光網(wǎng)絡、主動網(wǎng)絡、無線網(wǎng)格網(wǎng)絡（Mesh）、無線自組織網(wǎng)絡等。對于第二個部分計算機實踐操作技能部分，需要結合所在高?；蛘邔I(yè)特點。例如，工商金融類院?？梢越Y合一些信用卡購物的實例，引出數(shù)字印記的概念，從這個角度出發(fā)，把計算機技術應用于金融技術，構建計算機金融科學的學科方向；可以將Excel函數(shù)中的AVERAGE（）、COUNT（）、SUM（）等函數(shù)應用到面向不同客戶的貸款本息以及不同商品的折舊率這些具體實例中。以專業(yè)應用為導向的課程講解，能夠使學生學以致用，從而在以后的工作中，可以更好地展現(xiàn)自己的專業(yè)技能。

（二）結合所在高校層次，制定培養(yǎng)目標

如今的計算機軟件技術已經(jīng)非常成熟，MS Office軟件不論是在手機上，還是在個人電腦（PC）端上都非常普及。針對“雙一流”建設高校的學生，由于其基礎比較好，自學能力也比較強，在培養(yǎng)目標上就可以側重少教多學的模式，即教師提供更多的時間讓學生自主學習，然后教師并非對所有知識點都要講解，而是根據(jù)學生在學習過程中遇到的問題或者學生的個體差異開展教學。針對普通高校的學生，教師可以先全局性地布置任務，等大部分學生自主學習到一半的時候，再講解重難點，然后可以開展課堂小測試鞏固練習，這樣就能使這生掌握絕大部分知識點；針對高職高專的學生，教師在人才培養(yǎng)中就要以實踐操作為主，結合網(wǎng)絡教學與影視教學不僅可以豐富課堂教學手段，激發(fā)學生學習的主動性與積極性，還能讓學生根據(jù)自己的特點有選擇性地采用學習方式。需要注意的是，學習是一個不斷探索與迭代的過程，教師應該讓學生多主動創(chuàng)造學習的機會，只有讓學生成為導演，在學習中導演自己的人生，學生才能夠把知識徹底內(nèi)化成自己的技能。

（三）引入翻轉課堂，突破傳統(tǒng)教學瓶頸

翻轉課堂又被稱為顛倒課堂，在大學計算機基礎授課過程中，教師可以把事先準備好的和課堂內(nèi)容相關的學習資料，如視頻資料、文字資料、圖片資料等通過網(wǎng)絡途徑交給學生，讓學生開展自主式、合作式學習，再引導學生把不懂的知識點標注出來，然后在課堂上采取提問與解答、分享與交流等一系列教學手段。

傳統(tǒng)教學模式是教師講解知識點，學生被動地聽，然后在課后完成相應的作業(yè)進行知識點的鞏固，以此來掌握知識。翻轉課堂與傳統(tǒng)教學模式最大的不同在于，翻轉課堂可以使學生根據(jù)自己的專業(yè)基礎，在課下先完成知識點的學習，然后在課堂上進行分享與交流從而解決問題，這種教學模式實現(xiàn)了課堂時間的重新分配，充分調(diào)動了學生主動學習的積極性。

將翻轉課堂教學模式引入大學計算機基礎課程教學中，學生需要在課前采取閱讀教程及配套課件或觀看學習視頻等方式進行學習。學習視頻質(zhì)量的好壞會直接影響學生學習效果的高低。由于大學一年級的通識課程比較多、課后時間比較少，造成了學生的碎片化時間比較少，因此在制作學習視頻時，教師需要把時間控制在10分鐘以內(nèi)，最好是3～5分鐘。大學計算機基礎課程對實驗的要求比較高，因此在錄制視頻的時候，教師不僅需要對理論知識進行講解，最重要的是有實際操作的演示。MS Office中最難的是Excel，特別是一些函數(shù)不好理解，因此，教師需要設計銷售商品相關的實驗案例等，并提供實驗演示視頻。教師在課前將課件與視頻等資料通過QQ群以及在線學習平臺分享給學生，學生可以自主選擇時間觀看視頻與課件來完成學習。翻轉課堂需要學生有高度的自覺性與學習積極性，不然會影響翻轉課堂的效果。因此，為了充分調(diào)動學生的學習積極性，教師需要設計一些和日常生活、工作相關的實驗，使學生意識到課程的實用性。從現(xiàn)實情況來看，大部分學生能夠進行課前自學，但是有部分學生由于學習基礎、學習積極性以及學習能力等存在差異，對一些重要知識點的理解程度也有著不小的差異。這就要求教師在課堂上先通過提問或者測驗等方式檢查學生自學的情況，對學生已經(jīng)理解的知識點就不再講解，如果有部分學生沒有理解的知識點就需要通過課后時間加以輔導，對學生提出的比較集中的問題則需要進行解答。此外，由于課堂時間有限，教師不可能對所有學生的知識理解情況進行準確的測試，并且部分學生可能因為性格原因也不會主動提問，教師需要對難點、重點知識進行詳細講解。在課后，教師將學生提出的問題與答案、難點知識、重點知識整理發(fā)布到在線學習平臺或者QQ群里，學生可以通過課后的理論測試及實驗作業(yè)等檢查自己是否達到了教學目標的要求，以此鞏固所學知識。

實施翻轉課堂之后，我們通過在線學習平臺發(fā)起了問卷調(diào)查。從問卷結果來看，絕大部分學生對翻轉課堂有了一定認識，認為課件、學習視頻等資源對學習幫助比較大，學習能力得到了明顯的提高。大學計算機基礎課程采用上機考試的形式，不僅能夠對理論知識加以考查，更重要的是衡量學生的實踐能力。從期末考核結果來看，絕大部分學生完成了教學大綱對知識點的要求，達到了該課程的教學目標。

三、結語

新工科具有前瞻性、創(chuàng)新性、融合性與交叉性等特征，為基于人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等技術的新經(jīng)濟、新發(fā)展提供戰(zhàn)略需求服務，而新工科思維的實質(zhì)就是一種融合了數(shù)據(jù)思維的現(xiàn)代計算思維。因此，作為非計算機本科專業(yè)公共基礎課的計算機課程體系應具有時代性。新工科的建設對當前大學計算機基礎課程教學的發(fā)展不僅是機遇更是挑戰(zhàn)。新工科建設對大學計算機基礎課程教育者提出了更多的要求，這也會是計算機基礎課程教育工作再次升級的發(fā)展契機。大學計算機基礎課程教學質(zhì)量的提升不僅可以提高學生的創(chuàng)新與融合能力，最重要的是能夠培養(yǎng)學生在信息社會中的計算思維能力。因此，高校應該結合自身辦學特色，充分考慮大學計算機基礎課程教學的重要性，在條件配置、教學資源、課程體系建設以及課時分配上給予最大程度的支持。在新工科背景下，我們應該抓住這次機遇，充分利用慕課、網(wǎng)絡學習平臺等資源，突破傳統(tǒng)教學瓶頸，將新工科的特色理念融入傳統(tǒng)的大學計算機基礎課程教育中，促進高校公共基礎課程體系的教學改革。

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