面向專業應用的大學計算機基礎課程教學改革研究

韓艷

【摘要】本文分析了目前高校非計算機專業計算機基礎教學存在的主要問題，重新定位計算機基礎課程，提出了面向專業應用的大學計算機基礎課程具體改革方案，并從課程內容、教學方法手段、構建課程網絡交流平臺方面進行了探討。

【關鍵詞】非計算機專業；大學計算機基礎課程；專業應用

【中圖分類號】G642

1 引言

信息技術的迅猛發展，促使高等教育越來越重視大學生信息素養的培養。大學計算機基礎課程作為高校非計算機專業學生必修的公共基礎課，起著普及計算機基礎知識和技能以及推廣計算機應用的重要作用。但是由于全國各地中學計算機教育的不均衡，以及各專業的需求不同，如何針對不同起點、不同專業的學生進行計算機基礎教學，是高校計算機基礎教學中亟待解決的重要問題。

這項工作不但涉及的專業面廣，且國內外可借鑒的模式較少。2009 年，教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會制定了《高等學校計算機基礎教學發展戰略研究報告暨計算機基礎課程教學基本要求》[1]（以下簡稱2009 白皮書），對大學階段的計算機基礎教育進行規范和指導。由于國內各高校層次不同，生源情況不同，學習的專業和發展方向也不一樣，導致大學計算機基礎教育培養目標也不盡相同。各個學校如何從 2009 白皮書獲得有益的指導，進行各自的計算機基礎課程改革，是值得我們研究的。

目前高校非計算機專業的計算機基礎教育主要存在如下問題：計算機專業與非計算機專業的計算機基礎課程教學定位區別不夠明確；非計算機專業計算機基礎教育以專業為導向研究不夠深入。因此，對于非專業的計算機基礎課程，必須進行重新認識、定位與設計。

2 面向專業應用的課程改革具體方案

2.1 重新定位計算機基礎教育，改革課程教學內容

多數高校沿用多年的以“計算機文化基礎+高級語言程序設計”為基本框架的計算機基礎課程設置，在專業分類教學方面體現專業應用需求的導向不夠明確。當前高校非計算機專業的計算機基礎教學處于由知識普及型向服務專業應用型轉型時期，大學計算機基礎課程改革應定位在提高大學生計算思維應用技能，使學生能夠使用計算機解決其專業領域問題，提高學生就業的實力和信心。

我校雖然根據不同專業進行了分類教學（課程體系結構如表1所示），但課程內容在專業應用需求方面體現不明顯。目前還沒有一種具有專業特色的計算機基礎課程教材，所以對現行教學內容改革顯得尤為重要，這也是計算基礎教學改革必須首先解決的問題。對此，我校教師在課程內容的補充完善、實訓案例擴允、加強師生互動等方面進行了深度探索。

1） 對課程內容進行升級，引入“計算思維”等重要概念[2]

2006年，時任卡內基· 梅隆大學計算機系主任的周以真教授提出了“計算思維” 的概念，她認為計算中包含的思想方法，比如遞歸、回溯、抽象和分解、啟發式推理等，具有普適性，可以在多個學科中應用，在日常生活中也很常見，并把這些思想方法通稱為“計算思維”（Computational Thinking）。

以《大學計算機基礎課程》為例，傳統課程內容重點都是辦公軟件的使用，而目前大學新生具備的計算機基本應用技能比以往大有提高。針對非零起點學生，應進行課程內容升級，一些原來僅在專業類計算機基礎課程中的重要概念，如圖靈機、計算復雜度分析、問題求解、算法與數據結構等與計算思維有關的內容，應引入非專業計算機基礎課程。

把計算機基礎理論引入非專業的計算機基礎教學[3]，這將加深學生對計算機科學的認知，并期望能夠通過訓練計算思維能力，幫助學生使用計算機解決其專業領域的問題。

2）合理安排教學內容次序

在課程開始之初，過多的抽象概念和理論只會在學生和教師之間豎起高墻，所以在程序設計課程的前幾周，學生的主要任務是理解數據類型及表示，對數據進行操作，并設計程序。只有學習到一定程序之后，學生才會提出更加抽象的問題。例如，為什么會產生數據溢出，遞歸算法是否真正能夠提高運算效率，類和對象的區別是什么等等。又如《大學計算機基礎》中圖靈機、數據結構、計算復雜性等方面的計算機基礎理論，應當放在課程的結尾，而不是課程的開始。

2.2改革教學方法和教學模式

傳統課堂教學主要以教師講解為主，學生較為被動，主動思考很少，很多問題學生只知其然而不知其所以然，缺少了對問題的探究，應用能力較差。為了提高教學質量，很多教師對教學活動進行了改革，運用了任務驅動法、情景教學法、問題教學法等多種教學方法和手段。

1）選擇教學語境

絕大多數大學計算機基礎課程中程序設計的目的是提供一種廣義解決問題的技能，可以用在任何程序設計應用中。有強有力的證據[4]表明，如果不在一個具體領域內學習程序設計這樣的抽象概念，學生很可能什么都學不到。這更說明選擇某個與學生相關領域的重要性，而語境化教學是改善學習效果的鑰匙。

要進行語境化的計算機基礎教學，除了考慮學生的專業背景外，還可以使用學生具備的數學、物理、化學、生物、數學和信息技術知識，以降低大學計算機基礎中理論和程序設計等抽象內容的難度，改善教學的效果。例如可以參考微積分的概念結合各專業設計不同的案例，物理學專業可以用力學的例子討論速度和加速度，化學專業則討論反應速率和動態均衡。教師對這些例子進行分析和理解后，可以再進行抽象，從中提取這些問題所依賴的數學模型，然后編程實現。

2）使用應用案例教學，面向問題求解

在傳統程序設計教學過程中，一般按照數據類型及表示、運算符與表達式、三種基本控制結構及控制語句、輸入＼輸出操作、模塊化程序設計方法、數據結構（數組、指針）、文件操作的順序教學。這種教學過程周期較長，而且實驗課程難以安排，學生學習興趣不高。而比較有創新意義的做法[5]，是在講授語法之前直接使用應用案例，向學生展示程序設計結構和語句實例，進行實際的運行和數據測試。這種教學方法把原來的以語法為中心轉變成為面向問題求解，通過設計良好的展示案例，學生可以清晰地理解程序結構形成的過程，并將程序的形態與問題的求解關聯形成知識記憶，而不再是一個一個離散的程序設計語言語法知識點。

2.3構建網絡課程交流服務平臺，培養學生團隊合作精神

通過構建網絡課程交流服務平臺，提高學生的自主學習能力，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。

3結束語

大學計算機基礎課程改革不是簡單的開設幾門計算機基礎課程就能了事的，把計算機科學的基礎理論內容引入非專業的計算機基礎課程，將傳統計算機基礎教學中與專業問題無關的程序設計內容改造成為與專業領域結合、面向問題的程序設計教學，這不僅讓學生有所學，更應讓學生學有所用，這對大學計算機基礎的教學具有深遠意義。

大學計算機基礎教學改革是一項深入而持久的工作，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，如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；如何與專業課教師溝通等等，這些問題有待于進一步研究與探索。

參考文獻

[1]教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會.高等學校計算機基礎教學發展戰略研究報告暨計算機基礎課程教學基本要求[M].北京：高等教育出版社，2009： 2-5.

[2]Wing J M. Computational Thinking[J]. Communications of the ACM，2006，49（3）：33-35.

[3]M. Guzdial. Design Process for Non-majors Computing Courses[C]. 36th ACIvi Technical Symposium on Computer ScienceEducation（SIGCSE），ACM，2005.

[4]J Kolodner.Case Based Reasoning[M].San Mateo，CA： Morgan Kaufmann Publishers，1993.

[5]戰德巨，孫大烈.大學計算機「M].北京：高等教育出版社，2009.