大學計算機基礎課程與專業應用結合的教學研究

賴錦輝

摘要：闡述大學計算機基礎課程教學與專業結合教學的可能性和必要性，提出具體的研究方向和內容，結合廣東石油化工學院的實際工作，說明這種結合教學的效果，介紹此方法為其他基礎課程與專業結合教學研究提供的輻射、示范作用。

關鍵詞：卓越工程師；三位一體；翻轉課堂模式；云計算輔助教學

1 專業應用結合教學的可能性與必要性

1.1 可能性

數據庫技術、專家系統、機器學習和模式識別、軟件工程及網絡技術等都在生物學中有廣泛的應用，因此我們強調計算機基礎教育應該為專業服務，若拋開專業理論，獨立地講計算機基礎知識，學生根本沒有體會到計算機技術帶來的輔助性效果，必然對課程產生“無用論”思想和抵觸情緒。掌握現代計算機工具是所有專業的必然要求，計算機基礎課程教學面向全校所有院系專業學生，如何把專業應用、專業研究方向、專業發展和未來融入到教學內容設計過程中，是我們要把握的重點。對于學生而言，一方面他們可以體會到如何利用計算機解決專業領域問題，一方面又意識到計算機學科的知識和技術具有廣闊的應用舞臺，同時，也將激勵學生努力學好計算機科學技術，為今后學科領域的應用奠定基礎。

1.2 必要性

“卓越工程師教育培養計劃”是貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010—2020年）》的重大改革項目，也是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措，旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，工程師的類型主要分為應用型、設計型和研究型三種。應用型工程師主要在現場從事產品的生產、營銷、服務或工程項目的施工、運行、維護；設計型工程師主要從事產品或工程項目的設計與開發：研究型工程師主要從事復雜產品或大型工程項目的研究、開發以及工程科學的研究。應用型工程師主要在本科階段培養，設計型工程師主要在碩士階段培養，研究型工程師主要在博士階段培養。

以應用型工程師為培養目標的工科院校本科畢業生應達到的知識、能力與素質要求摘要如下：

（1）掌握扎實的專業知識，了解本專業的發展現狀和趨勢；

（2）具有綜合運用本專業所學科學理論方法和技術手段分析并解決本專業工程實際問題的能力，能夠參與生產及運作系統的設計，并具有運行和維護能力；

（3）具有較強的創新意識和進行產品開發和設計、技術改造與創新的能力；

（4）具備獲取專業前沿信息和終身學習的能力

從培養應用型工程師角度出發，計算機基礎課程教學應該圍繞如何闡述專業知識、如何將計算機技術代人解決專業問題展開，不僅要培養學生的計算機素養，更應該讓學生學會將計算機技術作為一種輔助工具去解決專業領域問題。

工學結合是將專業學習、能力訓練與實際工作經歷結合在一起，把學生推向市場。一般來說，用人單位并不希望花錢對新職員提供計算機技能的培訓，而是希望畢業生在校期間就能掌握所需知識，更期望求職的畢業生能較好地掌握信息技術，以便在工作中結合專業崗位有效地開展應用，提高工作效率。計算機技術因其實用性和有效性，已經滲透到了每一個專業領域，為解決專業問題提供極大的幫助。掌握計算機解決專業領域問題的能力，必然會提高工作效率，為企業創造更大的效益，這是用人單位最關心的問題。

應用型人才培養目標的“三位一體”包括知識、技能和素質。個人素質是否高，在于能否具備把所學知識和技能應用到解決專業領域問題的能力，如果所學知識不能用于解決任何問題，學生會感覺索然無味。計算機技術在各個領域都發揮了極大的作用，但是，對每個專業的學生來說，作用到底體現在什么地方，需要教師作為一個領路人指引其找到突破口。

2 研究內容

2.1 根據計算機基礎教育的定位，改革課程教學內容

計算機基礎教育的定位是配合其他專業學科的教學。目前還沒有一種具有專業特色的計算機基礎課程教材。教師要想突出專業特色，對現行教學內容的改革顯得尤為重要，這也是計算機基礎教育必須優先解決的問題。目前，廣東石油化工學院計算機基礎課程體系結構如表1所示。

以生物技術專業為例，教材的選擇應該兼顧學生的知識背景和學習興趣，盡量選擇有生物專業背景的作者撰寫的教材，其優點在于：

（1）生物專業背景的作者能夠從他們自己的知識體系出發，闡述計算機方法和技術如何用于生物數據的處理；

（2）生物專業背景的作者了解生物專業的學生需要哪些基本的計算機知識。

在授課過程中，針對學生的特點綜合使用多本教材更能達到預期效果，但就目前我們的研究所知，符合專業需求的、可借鑒的國內外相關教材比較少。

筆者建議先以程序設計基礎課程為例，以點帶面，綜合剖析人才培養方案，充分發揮本課程對支撐該專業學生素質和能力培養的核心作用，著重于專業領域的計算機技術應用改革課程教學內容。

2.2 按照為專業培養目標服務的理念，對教學目標的研究

目前，國內外大學計算機基礎課程的發展有兩個重要趨勢，一是計算機基礎理論開始引入非專業的計算機基礎教學，二是計算機基礎教學開始與專業課程內容結合。因此，對于新型的計算機基礎課程，我們必須重新認識、定位與設計，研究的教學目標是：

（1）讓學生學習和理解數據分析基礎。他們可能在專業課程學習中見過這些內容，但并不能深刻理解，更沒有將它們應用于現實數據分析過程中。

（2）學習如何將計算技術“運用”于分析和解決那些只用分析技術很難或不可能解決的問題。

（3）學會如何“應用”計算機技術解決現實世界中專業領域問題，并將認識到專業領域中由于計算機的局限性所不能解決的一些突出性問題。

2.3 對課程內容的設計和研究endprint

程序設計的目的是提供一種廣義的解決問題的技能，可以用在任何編程設計應用中。在傳統的程序設計教學過程中，一般按照數據類型、操作符、分支語句、循環語句、輸入輸出、模塊化、數據結構的順序教學并舉例說明。這種過程周期較長，而且實驗課程難以安排。教學實踐表明，過多的抽象概念和理論只會在學生和教師之間豎起高墻。

此外，在講授專業應用案例中，教師應盡可能利用學生熟悉的語言進行教學，可以參考情境概念教學中所應用的不同案例：物理學專業喜歡使用力學的例子討論速度和加速度；化工專業可能討論反應速率和動態均衡。對這些例子進行分析和理解后，教師可以進行再抽象，從中提取這些現象所依賴的數據規律。實際上，這些從專業分支得出的案例和基礎知識，很容易同計算的概念結合。

2.4 對教學方法和教學模式的研究

大多數教學活動主要以教師講解為主，學生的思考很少，很多問題學生知其然卻不知其所以然，應用能力不好。為了提高教學質量，很多教師對教學活動進行改革，提出任務驅動法、情景教學法、問題教學法等，還有的教學改革是從課程建設角度來進行的，包括課程內容的補充完善、實訓案例擴充、加強師生互動等方面進行教學的深度探索。此外為了提高學生的自主學習能力，基于網絡平臺進行的教學改革也越來越多。

2.5 重視實驗環節，對設計實驗內容的研究

實驗內容的設計要以專業實踐為突破口，實現計算機實踐教學與專業實踐教學交融、相長。就生物專業而言，實驗顯得尤為重要。例如，使學生了解計算機技術和方法在生物數據處理過程中的舉足輕重的作用。從實驗課中，他們可以領略到計算機技術的魅力，并堅定學好計算機知識的信念。

2.6 對引入競賽機制的研究

一般來說，企業在面試員工的時候，最先接觸的是學生的成績和各項獲獎資料，獲獎學生在同等條件下會被用人單位優先錄用，但如果大學4年下來，學生說不出做過什么，也沒有證據證明自己做得有多好，企業在選擇優秀人才的時候會無所適從，往往依靠院系推薦，而推薦的學生又未必是適合企業文化的。但是有了獲獎資料作為參考，企業很容易判斷學生學過什么課程知識、對哪方面比較感興趣、有什么長處、合適在什么崗位工作、是不是有上進心，這些都有助于企業順利招收合適的員工。

我們希望合理設計與專業相關的競賽選題，該項內容可以放在學期末最后幾周進行。競賽作品的制作和開發，是知識的綜合運用、實踐、創新的過程，有很強的系統性、目的性、實踐性。競賽必然包含證書和獎品，證書是大學畢業后進入企業的敲門磚，獎品則是對自己的努力、能力和付出的肯定，在一個富有挑戰性的競賽中獲得榮譽和獎勵，不僅讓學生感覺學有所得，也會極大地增強學生的自信心，不斷挑戰自我，積極向更深更廣的領域探索。

2.7 構建網絡課程交流服務平臺，培養學生團隊合作精神的研究

團隊合作非常重要，因此我們希望構建一個網絡課程交流服務平臺，所有獲獎作品都上傳到該平臺上供全校學生學習，在平臺上不定期組織獲獎學生在線交流和答疑，培養學生的服務意識。

通過構建網絡課程交流服務平臺，不同專業學生可以發現自己的興趣點，興趣相同的學生會很自然地融合和溝通。在溝通的同時，一些綜合素質較高并且志同道合的學生會慢慢凝聚成一支或幾支學習能力強、學習潛力大的骨干隊伍，這些隊伍必然會在校內受到廣泛關注，從而產生強烈的示范作用和影響力，有助于促進學風的整體提升。同時，團隊還可以創辦工作室，承接校內外項目，為將來創業就業打下堅實的基礎。

2.8 對構建CCAI（云計算輔助教學）資源平臺的研究

云計算輔助教學（Cloud Computing AssistedInstruction，簡稱CCAI）是將各種教學服務（如服務器、帶寬、軟件系統、數據資源乃至技術資源等）遷移到云端，學習者可以隨時隨地登錄云端獲取學習資源、制定學習計劃、保存私人數據等各項云服務，進行個性化的自主移動學習。

圖1是“云教育”平臺關系結構?！霸平逃逼脚_上沒有“教師”與“學生”之分，他們的關系是平等的，共同作為平臺的主體。平臺體現了“信息民主化”，教師作為“知識來源”的作用將部分由網絡替代，學生也是資源的提供者；教師既可在真實的學校中，也可在虛擬的網絡中體現教師的角色行為。平臺的“資源”“習題”和實時互動等功能，能很好地輔助學習。

云計算輔助教學平臺有利于學校節約經費，有利于教師構建自己的個性化網絡輔助教學環境、開展個性化網絡輔助教學活動、增強師生互動、完善課程特色教學建設、提高教學質量，有利于學生搭建個人學習環境、規劃和管理個人學習、自由選擇所需學習資源和服務、自主制定學習計劃和學習進度，促進學生高級思維能力和群體智慧發展。

2.9 對改革考核體系的研究

廣東石油化工學院計算機基礎課程的考核方式較單一。筆者建議在引入競賽機制的基礎上，讓每個學生從“成果展示+論文+模擬答辯+PPT演示+個人風采”幾個方面制作視頻并傳到網絡平臺上，邀請有關部門的教師和相關院系的學生等分配賬號，按照規定的評分標準，在某個時間內登錄平臺打分，課程教師的評分占30%，學生的評分占30%，其他評分占40%。

論文要求學生提交作品文字說明，訓練學生的表達能力和邏輯思維，增強與他人溝通交流的能力，有利于建構新信息和修正舊信息。個人風采包括作者完成競賽選題過程中的點點滴滴，模擬答辯、視頻制作等都要求學生親力親為，激發他們的創造力和合作精神，還可以間接學習視頻制作軟件Premiere和音頻制作軟件Cool edit等。

2.10 對教學改革出現的問題的研究

計算機基礎教學為專業服務的重新定位使得教學實踐過程中出現多方面問題。分析這些問題并探索解決措施，是推進結合專業教學的必要途徑，典型問題如下。

（1）教學內容選擇上如何找到最佳結合點，如何刪掉一些與該專業結合不緊密的內容，但又能保持內容體系的完整性。

（2）如何與專業課教師溝通，如何建立教師考評機制。

（3）如何建立有效的教學質量監督機制。

3 結語

大學計算機基礎教學以其特殊的優勢以及作為現代高科技在各專業領域應用的廣泛性，定位于服務其他專業學科的教學，在教學中努力把專業前景、專業研究方向、專業發展和未來融入到教學內容設計過程中。除了計算機基礎課程，很多其他課程都可以圍繞專業開展教學，讓學生整個大學期間都在濃厚的專業氛圍內完成學業并深刻感受每門基礎課程帶給專業課程的輔助性效果。

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（編輯：孫怡銘）endprint