高校計算機基礎教學體系分析

李穎　張世民　王春紅　王巧玲　程欣

當前高校計算機基礎教育面臨著國家教育發展、信息化建設發展迅速的形勢。為適應高教改革的需要和信息化建設對學生創新能力的要求，高校的計算機基礎教育在內容、教學方法等方面急需改革。

美國卡內基梅隆大學周以真在《Communications of the ACM》指出：“計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計、人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。”2010年，在“九校聯盟計算機基礎教學課程研討會”上，提出高校計算機基礎教學的核心任務是計算思維能力的培養。

“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”）是國家教育部貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》，是使我國成為工程教育強國的措施，面向社會需求培養人才，提高工程教育人才的培養質量。CDIO指構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），是國際上新型人才培養模式，CDIO和卓越計劃都以培養國際化工程師為目標。

基于卓越計劃和CDIO的計算機基礎體系研究與實踐，實現計算機基礎系列課程的工程性和實踐性，啟發與培養大學生工程能力和創造性，為后續專業課程的學習、畢業設計與科研工作奠定良好基礎，以計算思維為指導，探索新型的教學模式來提升學生的信息素養，從教學內容、教學模式等方面為創新型復合人才培養提供有效途徑，充分發揮信息技術在卓越人才培養中的重要作用。

計算機基礎教學體系研究與實踐

基于CDIO和卓越計劃研究計算機基礎體系系列課程的知識點，科學設置課程內容，并探討相關的教學方法、考試方式的改革與創新，緊緊抓住人才培養模式改革的關鍵環節，提高學生實踐能力，推進高校教育教學改革，創新人才培養模式，提升大學生基于計算機核心技能與信息素養的普適性行為方式和思維方式，探索計算機基礎體系系列課程教學模式，合理設置課程內容，面向應用、立足實踐、兼顧廣度和深度，培養具有工程實踐能力、計算思維和創新能力的高校創新型復合人才。

改革教學內容

高校在培養創新型復合人才的實踐中，肩負著重要歷史使命。對大學生進行全面、深入的計算機基礎教育是高等教育的重要任務之一。探索計算機基礎體系系列課程教學模式，在大學計算機基礎、C語言程序設計、VB程序設計、辦公自動化高級教程、Python程序設計、計算思維與算法設計、交換機和路由器配置實踐、C#程序設計基礎、HTML5程序設計、Flash動畫設計等計算機基礎體系系列課程教學中進行研究。

“大學計算機基礎”是根據教育部高教司2012年“以計算思維能力培養為切入點”的教改意見，按照教指委2013年的“計算思維教學體系”，從內容上支持計算機思維能力培養，從體系上完善課程和實驗一體化教學設計。“大學計算機基礎”是第一門計算機公共必修課程，學生入學后進行分級考試，計算機水平較好的進入A班，其余為B班，以培養學生的信息素養和計算思維進行課程內容設置，講授計算機科學基礎知識，提高了學生使用計算機進行問題求解的能力和計算機應用水平。通過對教學內容的基礎性、科學性和前瞻性的研究，以有效知識為主體，構建支持學生終身學習的知識基礎和能力基礎。

程序設計課程是計算機基礎教育的主要組成部分之一，課程內容最能體現語言級的問題求解方法，是計算思維能力培養的重要課程，以培養學生程序設計基本方法和技能為目標，以實踐能力為重點的課程。程序設計課程以編程語言為平臺，介紹高級語言程序設計的知識，在實踐中逐步掌握程序設計的思想和方法，引導學生在信息時代分析問題，利用計算機知識解決專業領域的相關問題打下堅實的基礎。通過大量的編程訓練，學生掌握了編程知識，提高了編程能力，理解和掌握了程序設計的思想和方法。C語言是應用廣泛、最具影響力的程序設計語言之一，已成為大學計算機基礎教育的公共必修基礎課。C語言程序設計涵蓋機械、材料、電氣、信息等多個專業，VB程序設計是生工、化工、環工等多個專業的公共必修基礎課，以培養學生計算思維、利用計算機解決實際問題的能力為目標。

面向全校本科生開設的選修課，目的是使學生初步認識和建立計算思維，鍛煉學生的邏輯思維能力和想象力，培養學生分析問題、解決問題的能力和理論聯系實際的能力。

通過對高校計算機基礎系列課程的教學研究，改革課程教學內容，并且在計算機科學技術、網絡工程、物聯網、通信、電子信息等專業使用部分思科課程資源，在課程內容、工程實踐等方面對創新人才培養具有推動作用，提升了計算思維和計算機技能。

采用多種方法因材施教

基于CDIO和卓越計劃的計算機基礎體系研究與實踐，為后續課程的學習做好必要的知識儲備。理論研究和實踐開發同步進行，以建構理論為指導，優化教學內容，改革學習方法、考試方式，為學生主動參與學習和交流合作等提供支持。采取多角度、多層次、多構成的形式進行研究，基于計算思維的“實例教學”與“任務驅動式教學”相結合，堅持針對性、實踐性、探索性、主體性等原則，采用調查法、歸納法、討論法、比較法等研究方法因材施教，創新教育教學方法，探索啟發式、探究式、討論式、參與式教學，在培養科學思維能力和實踐能力的同時，通過課堂講授、上機訓練、課下練習、師生討論等多種方式，使用計算機對實際問題進行具體分析和解決，在不斷強化的實踐過程中，將計算思維與行動能力有效結合，將計算的思想、方法、工具、知識等應用于各領域。

改革教學模式

個性化學習，是指以學習者個性差異為基礎，針對其個性特征和發展潛能而采取恰當的方法、手段、策略、內容、過程、評價等 。“翻轉課堂”把學生掌握知識的作業過程轉變為課堂上交流學習成果、完成課堂作業的過程。經過“翻轉”后的課堂是師生互動、合作學習、應用與實踐的課堂。“翻轉課堂”翻轉了教學流程、教學理念、教學模式，利用混合教學模式將在線學習和面授教學相結合。“翻轉課堂”根據學生需要有一個自定進度的學習，提升了學生的個性化學習能力，促進了學生的個性發展，達到了較好的效果。

在線課程資源豐富多樣，在數量和類型上達到課程知識點的要求，方便教師與學生自主搭建課程和進行學習，有先進的教學理念，突出了學生的主體地位。根據教學內容，結合在線課程的特點，增強在線課程有效性，教學活動模式多樣激發興趣，擴充課堂學習緯度，打破校本資源瓶頸，提供開放學習空間，調動了學生的學習積極性和主動性，促進師生之間、學生之間進行資源共享、交流溝通和協作學習，加強師生課堂與課下的互動，激發了學生的學習興趣。運用技術手段，對教學過程及結果進行全面、準確的測評，充分利用優質網絡課程推動了學習模式和教學模式的創新。

通過理論教學和實踐教學，建立了多門在線開放課程，借助MOOC資源和SPOC平臺，以翻轉課堂為載體，不僅使學生掌握計算機的理論基礎，而且培養學生利用計算機進行問題分析、問題建模及問題求解的方法和步驟，培養探索精神、實踐能力和創新能力，理論教學與實踐教學相結合，使學生的知識、能力和素質協調發展，提高了教育教學質量，培養適應信息產業需求不斷變化的創新型、應用型人才，培養學生計算思維。

改革上機練習和考試方式

課程考試是教學考核過程中重要的環節，在百科園系統中建立題庫，從題庫中抽取試題，實現教考分離，積極完成各階段學習任務，使學生具備使用計算機求解實際問題的能力。通過改革上機練習和考試方式，使用百科園測評系統，注重學習過程考察和學生能力評價。根據知識點劃分原則，按照教學大綱對各章節知識點教學與考核的具體要求，分別編寫每章節的試題。通過題庫和考試系統的應用研究，將教學和測評考核有機統一，學生通過在線自主學習，實現對各個科目的認知、理解和融會貫通，培養學生創新能力，為后續課程的學習打下堅實的基礎。

結語

基于CDIO和卓越計劃的計算機基礎教學體系研究與實踐，形成“教師指導下的，以學生為中心”的教學模式，因材施教，提高了學生的工程實踐能力、計算思維和創新能力，取得了很好的教學效果，在國內高校具有一定的推廣價值。

基金項目：河北省高等教育教學改革研究與實踐項目“基于卓越計劃和CDIO的計算機基礎體系研究與實踐”研究成果（項目編號：2016GJJG097）