大學計算機基礎課程教學改革和教材建設的重要指導

按教育部要求,由教育部理工類計算機基礎課程教學指導分委員會 編制完成的《計算機基礎課程教學基本要求》(V4.0,以下簡稱《基本要求》) 近期正式發布并出版發行。

《基本要求》的編制工作歷時三年,并在全國范圍內廣泛吸收了一線教師的意見,使其具有更廣泛的群眾性、合理性和可行性。《基本要求》從歷史、現狀與發展趨勢,關于深化高等學校計算機基礎教學改革的幾點意見,培養適應信息社會能力素質需求的基本信息素養,計算機基礎教學知識體系,計算機基礎實驗教學體系和計算機基礎教學工作評估五個方面,詳盡、透徹地分析了我國高等學校非計算機專業計算機基礎教育所面臨的問題和發展機遇,闡述了發展計算機基礎教育所必須認識和堅持的教育教學原則。《基本要求》還按理工類、醫藥類和農林(水)類,分別明確了計算機基礎教學的基本要求,并簡潔、明了地介紹了計算機基礎各知識單元所包含的知識點以及各實驗單元所包含的技能點。《基本要求》是新形式下規范我國高等院校非計算機專業計算機基礎課程教學改革和教材建設的重要指導性文件。

1《基本要求》建立的背景

我國高等學校非計算機專業的計算機基礎教育始于20世紀70年代末,20世紀90年代進入普及階段,21世紀得到了蓬勃發展。隨著國家信息化進程的加快,計算機基礎教育將進入一個新的發展階段。

1997年,教育部高教司發布《加強非計算機專業基礎教學工作的幾點意見》(155號文件),首次確立了計算機基礎教育的基礎課地位,提出了計算機基礎教育的“計算機文化基礎-計算機技術基礎-計算機應用基礎”的三層次課程體系,同時規劃了“計算機文化基礎”、“程序設計語言”、“計算機軟件技術基礎”、“計算機硬件技術基礎”和“數據庫應用基礎”等五門課程及其教學基本要求,提出了教學手段、方法改革要求和建立計算機基礎教育歸口領導的教學組織和教學條件建設的建議。155號文件的貫徹執行,有力推動了我國高校計算機基礎教育工作的發展。

進入21世紀,人類進入到以知識經濟為主導的信息時代,高校計算機基礎教育蓬勃發展。為適應形勢發展的需要,教育部高教司2006年發布《關于進一步加強高等學校計算機基礎教學的意見暨計算機基礎課程教學基本要求》(簡稱“白皮書”),明確提出了進一步加強計算機基礎教學的11條建議,例如:確立“4領域×3層次”知識結構的總體構架,構建“1+X”的課程設置方案,課程教學基本要求劃分為“一般”和“較高”兩個層次,以及設置“大學計算機基礎”等6門典型核心課程等。這個文件被認為“是一項大規模深入的研究工作,對基礎教育具有針對性和創新性,對規范和發展我國高校的計算機教育具有重要的指導意義,是我國計算機教育改革的一項重大研究成果”。

經過前三個發展階段,計算機基礎教育的格局已經基本形成并相對完善。高校計算機基礎教育發展的三十年來,國家教育部先后成立了計算機基礎課程教學指導委員會和文科計算機基礎教學指導委員會,并發布了多份有關計算機基礎教育的指導性文件;全國高等院校計算機基礎教育研究會和其他學術團體也開展了大量教學研究活動,對推動高校計算機基礎教育發揮了重要作用。

如今,信息技術繼續快速發展,計算機基礎教育正面臨著新的發展機遇和挑戰。研究表明,當前高等學校計算機基礎教育發展變化的主要特點是必須進一步同其他各個學科專業交叉與融合,迫切要求提高學生利用信息技術解決專業領域問題的能力。

《基本要求》指出:面對大學計算機教育不再是零起點的現實,面對其他學科專業教學中對信息技術應用的極大期望,面對社會用人單位對大學生計算機能力和信息素質要求越來越高的現實需求,高等學校計算機基礎教育必須從教育理念、培養模式、培養目標著手,深入研究學生的學習需求、專業需求和社會需求,在課程體系、教學模式、教材建設、教學設計、教學方法與教學手段改革、教學資源與環境建設、師資隊伍培養與梯隊建設、教學測評與質量保障等方面進行積極的探索和大膽的實踐。

《基本要求》認為計算機基礎教育將呈現以下的發展趨勢。

(1) 計算機基礎教育的基礎性地位越來越被重視,計算機基礎教育的功能定位越來越呈現出“面向應用、突出實踐、著眼信息素養”的特點。

(2) 計算機基礎教育本身將進一步呈現出“多元化、模塊化、融合化、網絡化”的發展趨勢。

(3) 計算機基礎教育的“能力模型”和與之相適應的“知識體系”和“實踐體系”將進一步完善和規范。

《基本要求》指出:一門能夠凝聚信息科學概念、技術和方法,能夠符合高等教育要求并有效支撐大學生信息素養培養的“大學計算機基礎”課程或者稱為“大學信息技術基礎”的課程建設,將成為發展的關注點,計算機基礎教育的發展會逐步朝著規范化的方向發展。

2深化計算機基礎教學改革的意見

在多年教學實踐和研究的基礎上,《基本要求》提出了深化高校計算機基礎教學改革的幾點意見:

(1) 進一步強化計算機基礎教學在高等教育中的基礎性地位。

計算機基礎教學是面向非計算機專業的計算機教學,它不同于計算機專業的計算機教學。計算機基礎教學的目標是為非計算機專業學生提供計算機知識、能力與素質方面的教育,培養非計算機專業的學生掌握一定的計算機基礎知識、技術與方法,以及他們利用計算機解決本專業領域中問題的意識與能力。因此,充分認識計算機基礎教學在高等教育中的基礎性地位,合理規劃計算機基礎教學的內容,是十分必要的。

(2) 不斷探索以培養目標為導向的分類分層次教學模式,重視與相關專業的溝通與融合。

計算機基礎教學涉及面非常廣,后繼專業教學中對計算機的要求也有很大的差別。不同層次的學校和不同的專業類別有不同的具體培養目標和內容,因此,計算機基礎教學應該探索分類分層次的教學模式,加強與相關專業的融合。

(3) 加強以知識體系和實驗體系為基礎的課程建設。計算機基礎教學課程的設置要圍繞人才的培養目標,以目標為導向,以知識體系和實驗體系為基礎,建立多層次、多類別的課程體系。要加強課程建設和教材建設的研究。

(4) 加強以應用能力培養為核心的實踐教學。

計算機課程是實踐性很強的課程,計算機知識的掌握與能力的培養在很大程度上有賴于學生上機的實踐。加強實踐教學環節的目的是培養學生的上機動手能力、解決實際問題的能力以及知識綜合運用能力等。實踐教學在今后的計算機基礎教學改革的重點,應該起更大的作用,很多教學內容可以通過實驗課教學形式講授。

(5) 統籌全校教師資源,加強高素質計算機基礎教學團隊建設。

計算機基礎教學的深入開展和教學質量的提高,師資隊伍建設是個關鍵。由于計算機技術更新快,計算機基礎教學的深層次教學內容與專業結合緊密,因此,計算機基礎教學應該統籌全校教師的資源,特別是計算機專業教師和相關專業教師的力量。另一方面,計算機基礎教學又有其自身的特點和在大學教育中有其基礎性的一面,因此也需要有一支相對穩定、熱心于基礎教學研究的教師團隊。

(6) 加強教學環境建設與教學方法、手段的改革及其現代教育技術的運用。

計算機基礎教學的實施需要有良好教學環境的支撐。現代教育技術為教學環境的建設和教學方法手段的改革提供了良好的技術手段。計算機基礎教學應該善于運用現代教育技術手段。

(7) 建立計算機基礎教學評價機制。

為保證教學質量和促進教學改革,各校應建立有關計算機基礎教學的評價機制,制定具體的檢查內容、評價標準及實施細則。高校的各級主管部門也應關注并檢查這項工作的落實情況。

3 計算機基礎教學的知識體系

高等學校計算機基礎教學是為非計算機專業學生提供的計算機知識、能力與素質方面的教育,旨在使學生掌握計算機、網絡及其他相關信息技術的基本知識,培養學生利用計算機分析問題、解決問題的意識與能力,提高學生的計算機素質,為將來利用計算機知識與技術解決自己專業實際問題打下基礎。

考慮到高校不同的辦學層次及專業對計算機課程的不同需求,為了更好地指導高校各類專業計算機基礎課程的設置,《基本要求》在分析計算機基礎教學目標和所涉及內容的基礎上,將計算機基礎教學所涉及的知識結構歸納為四個領域和三個層次。以此為依據,針對理工、醫藥、農林等類別各設計了一組基礎核心課程,作為構建不同專業類別計算機基礎課程組的選擇依據。為加強指導的可操作性,還給出一些典型類別專業的計算機基礎課程設置建議方案。

計算機基礎教學內容的知識結構主要涉及的四個領域是:系統平臺與計算環境、算法基礎與程序設計、數據管理與信息處理、應用系統分析與設計。其中“系統平臺與計算環境”以及“算法基礎與程序設計”領域的內容與學生的信息素養與能力密切相關,而“數據管理與信息處理”領域主要涉及解決專業問題的所需要的計算機信息處理的相關技術與知識,“應用系統分析與設計”則涉及應用系統的開發方法。不同層次、不同專業類別的學生需要掌握四個領域所涉及知識的范圍和深度也有所不同。

每個領域的知識又涉及不同的層次,主要是三個層次:概念與基礎、技術與方法、相關專業應用。其中“概念與基礎”偏向于通識教育的內容,而“相關專業應用”與專業類別直接相關,更可能成為專業課程的內容;“技術與方法”層次則界于兩者之間。

4 計算機基礎教學的實驗體系

根據國內外計算機教學狀況和社會對大學生計算機能力要求,計算機基礎實驗教學體系應該是以能力培養為核心、基于知識結構的分類分層的體系。

為了規范和強化計算機基礎教學的實驗教學環節,《基本要求》圍繞計算機基礎教學的知識結構,研究并提出了計算機基礎教學實驗體系,即計算機基礎教學中所涉及的實驗教學內容。實驗體系涉及與知識體系同樣的四個領域,包含了操作性基礎、綜合性技能、專業性應用三個層次的實驗內容。

(1) 實驗教學體系結構

計算機基礎實驗教學面向理工、農林、醫藥等多個學科,每個學科對學生計算機能力的培養應該是與本學科專業知識結構和綜合能力培養密切結合的,因此培養側重點有所不同。例如,理工類中許多專業側重于培養數值計算和多媒體信息處理能力,以及潛在的軟硬件應用系統的開發能力;醫藥農林類中許多專業側重于培養數據的分析與決策能力以及數據庫應用系統的開發能力。另外,對于學生來說,由于學科專業背景和學習能力的差異,也應該分層次培養。

計算機基礎實驗教學體系由若干實驗領域組成,每個實驗領域包含若干個實驗單元,每個實驗單元包含若干技能點。根據目前計算機科學與技術發展的現狀和當代大學生應該具備的計算機能力,將實驗體系劃分成四個領域,分別是:系統平臺與計算環境(S)、算法基礎與程序設計 (P) 、數據管理與信息處理(D)、系統開發與行業應用(A)。每個領域又分三個層次,分別是:

① 操作性基礎(B):常用軟硬件基本操作,基本原理的驗證。

② 綜合性技能(S):技術與方法的實現。

③ 專業性應用(A):涉及專業的應用技能,有關的專業軟件應用等。

(2) 實驗教學體系

計算機基礎的實驗教學體系由領域和層次組成,實驗單元列在由領域組成行由層次組成列的表格中,它是計算機實驗的基礎單位。實驗單元由“技能點”構成。

5 理工類課程體系及課程設置建議方案舉例

為了分類、分層次指導教學,《基本要求》針對理工、農林(水)、醫藥等不同的專業類別,分別明確計算機基礎教學的基本要求,給出了相應的課程體系及課程設置建議方案,同時針對每門課程都設計了兩個層次的教學大綱,供學校選擇和參考。

下面,以理工類為例做一簡單介紹。

(1) 核心課程

《基本要求》建議理工類計算機基礎教學的重點核心課程有六門,即:大學計算機基礎、程序設計基礎、微機原理與接口技術、數據庫技術及應用、多媒體技術及應用和計算機網絡技術及應用。

“大學計算機基礎”是大學計算機基礎教學中的基礎性課程,內容涉及上面四個領域的概念性基礎層次的內容,以及“計算機系統與平臺”領域的大多數內容。該課程應該類似于大學物理、大學化學等其他基礎課程,內容較為穩定、規范和系統。與目前普遍開設的“計算機文化基礎”課程相比較,“大學計算機基礎”更側重于計算機的基礎知識及基本原理的講解,而原課程中一些工具的使用與技能性的教學內容可通過實驗課完成。

“程序設計基礎”是學生從技術的角度學習計算機的主要基礎課,建議作為大多數專業(特別是技術類院系)的必修課。

由于不同學校、不同專業對學生程序設計能力的要求不盡相同,所以程序設計課程可以采用不同的教學語言。例如從課程內容側重點的不同,可以按下述方法進行選取:

①C或C++。側重講解結構化程序設計方法、數據結構與算法、模塊化程序設計等。

②C++或Java。側重講解面向對象的程序設計、應用程序編程接口等。

③VC++、VB或Delphi。側重講解可視化編程技術、組件技術、圖形用戶界面設計及應用程序開發等。

另外,從培養學生編程能力的側重點不同,程序設計課程也可分為兩個層次:語言級程序設計,重在語言 (如C++、C)級程序設計技術與原理;工具級程序設計,重在利用工具(如VC++、VB)開發應用程序。

無論選用哪種語言,都應講解程序設計的基礎知識與基本編程技術。

“數據庫技術及應用”、“多媒體技術及應用”是“數據分析與信息處理”領域中兩門典型的課程。“計算機網絡技術及應用”、“微機原理與接口技術”內容主要涉及“系統平臺與計算環境”知識領域的內容。

(2) 課程設置建議方案

由于不同的要求和學時所限,建議各校在課程設置中采用“1+X”的方案,即:大學計算機基礎 + 若干必修/選修課程。在規劃必修/選修課程時,可根據學生所在專業的不同需求,制定合適的必修和選修課程,也可將典型核心課程整合,構造新課程。

下面,從應用計算機的特點出發,對專業進行分類,并提出相應的課程建議方案。其中X部分沒有分必修或選修,可自行選定。

① 電子信息類

知識結構特點與要求:需要有較強的程序設計能力;在“系統平臺與計算環境”方面,側重計算機硬件結構以及網絡與通信等內容,同時需要掌握軟件平臺方面的基本知識。

建議課程:“大學計算機基礎”+“程序設計基礎”、“計算機網絡技術及應用”、“微機原理與接口”等。

② 科學計算類

知識結構特點與要求:需要有較強的程序設計能力;在“系統平臺與計算環境”方面,掌握計算機軟、硬件以及網絡方面的基本知識,重點掌握軟件平臺方面的應用技能;在“數據管理與信息處理”方面重點掌握數值計算與處理技術和(或)多媒體信息處理技術等。

建議課程:“大學計算機基礎”+“程序設計基礎”、“多媒體技術及應用”、“數據庫技術及應用”等。

③ 信息管理類

知識結構特點與要求:掌握程序設計的基礎性知識與應用技能;在數據庫應用系統設計方面應有較強的能力;在“系統平臺與計算環境”方面,掌握計算機軟、硬件以及網絡方面的基本知識,重點掌握軟件平臺方面的應用技能;在“數據管理與信息處理”方面重點掌握數據庫應用、多媒體技術以及分析與決策等方面的知識與技能。