新工科背景下大學計算機基礎課程改革研究

陳歡 劉濤 陶奉春

摘要：以計算思維為導向的大學計算機基礎教學改革逐漸走向深人，將該課程建設成為與大學英語、高等數學、大學物理等同樣地位的基礎課程具有至關重要的意義。在分析大學計算機基礎課程的現狀后，遵循以學生為中心的“互聯網+協同教育”理念，將MOOC、思維導圖與翻轉課堂等相融合以改善教學成效，提出基于"MOOC+思維導圖+翻轉課堂”的大學計算機基礎課程教學改革方式。期望這種線上線下互動混合式教學新方法能為各高校新工科建設奠定良好的基礎，使該課程能適應人才培養的需要。

關鍵詞：計算思維;互動混合式教學;新工科建設;思維導圖;翻轉課堂

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）13-0145-03

1引言

新工科建設由2017年開始被教育部大力倡導，很多高校對此極為關注，繼而陸續開展了有關新工科建設的研究討論，主要有“復旦共識”、“天大行動”和“北京指南”等。結合各高校特色的新工科建設方案與實施計劃被相繼提出，同時一些高校已快速開展行動。由于人才培養目標導向是新工科建設與工程教育的基本原則，所以適應新技術、新經濟、新產業發展的人才需求和人才培養目標，是討論新工科建設與人才培養時需著重關注的內容。如今由新一代信息技術導向的新經濟迅速發展急需新型工科人才的支撐，因此針對當前形勢與未來發展培養創新人才成為一項重要任務。在新工科建設和人才培養階段中，關鍵之處是教育教學模式改革與創新。

近年來，作為一門面向高校非計算機類專業的通識教育課程，大學計算機基礎教學在人才培養中發揮的作用越來越顯著，這與通信技術、移動互聯網、大數據和人工智能的快速發展緊密相關，大學計算機基礎也成為信息時代培養大學生綜合素質和創新能力必不可少的重要課程。所以在新工科建設的背景下，如何能更好地開展大學計算機基礎課程教學，達到工程教育目標，提高人才培養質量，是需要深人研究的課題。

2大學計算機基礎課程發展與現狀

作為非計算機類各專業本科生學習的第一門計算機課程，它由“計算機文化基礎”、“計算機應用基礎”再發展到“大學計算機基礎”，這種變化不僅在于課程名稱的改變，而是課程具有了不同的內涵。《九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》在2010年旗幟鮮明地提出“把‘計算思維能力的培養作為計算機基礎教學的核心任務”嘲，2012年7月“第一屆計算思維與大學計算機課程教學改革研討會”在西安交通大學召開，會上提出今后大學計算機課程應以計算思維培養作為切入點來進行深化改革和提高質量，由此可見計算思維能力培養的重要性。計算思維的概念是2006年由美國卡內基·梅隆大學Jeannette M.Wing教授提出的，該教授認為計算思維是應用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計，以及人類行為理解等涉及計算機科學之廣度的一系列思維活動。計算科學已經和理論科學、實驗科學并列成為推動人類文明進步和科技發展的三大支柱所以用計算思維改革大學計算機基礎課程的方針和原則是顯而易見的。

現在一些學校的大學計算機基礎課程教學是將計算機作為工具教學生如何使用，即“狹義工具論”的問題。結合筆者所在高校實際教學總結出，一個教學班人數較多，多為100人左右，專業多而雜，工學、理學、管理學等全都涉及，甚至出現一個班級有十幾個專業的情況，而且大學新生的計算機基礎參差不齊，有些學生計算機基礎很好，有些學生則相對較弱。所以怎樣真正做到“以學生為中心，因材施教”是需要我們著重考慮的問題。

針對大學計算機基礎課程的發展狀況和以上現狀，本文從以下兩個方面著手課程改革：

（1）為適應新工科的發展，分析研究大學計算機基礎課程應該怎樣設置教學內容，即“教什么”，以此來解決“狹義工具論”的問題。

（2）充分結合信息技術轉變教學模式，由“教師將知識傳授給學生”向“讓學生自己去發現和創造知識”轉變，從以“教”為中心向以“學”為中心轉變，即“如何教與學”，以此來滿足“以學生為中心，因材施教”的需求。

3面向計算思維的大學計算機基礎課程教學內容

大學計算機基礎課程教學內容應該從以下幾方面考慮設置：（1）中小學信息技術課程的普及使得大學計算機教育不再是從零開始;（2）大學計算機教育不能受限于熟練操作，而要融入計算思維，加強學生知識、能力和素質的全面培養;（3）在計算機技術快速發展的背景下，大學計算機基礎課程可分為三個層面：一是知識結構相對穩定的課程內容;二是知識結構更新相對較快的動態課程內容;三是近年來發展的新技術。

經過課程組多年的建設與實踐，已形成了較豐富完整的課程資源，包括教學大綱、授課計劃、教學課件、習題與解答、試題庫等，并在實踐過程中不斷加以完善。針對大學計算機基礎課程內容可按如圖1結構進行組織教學。

我們認為大學計算機基礎課程應包含六個部分的內容：計算機硬件;計算機軟件;算法思維;數據表示與組織;信息素養;新技術簡介。

4課程教學改革方式

為了更好地滿足“以學生為中心，因材施教”的需求，結合“互聯網+協同教育”理念，本文提出一種基于“MOOC+思維導圖+翻轉課堂”的大學計算機基礎課程教學改革方式。

M00C（Massive Open Online Course）為解決基礎一內容一學時的矛盾提供了有效手段，通過短視頻網上在線學習，可令學生不受時間、空間、師資等方面的局限，隨時隨地重復觀看視頻以加深課程內容的理解。

思維導圖又稱心智導圖，是一種表達發散性思維的直觀圖形思維工具。思維導圖采取圖文并重的方式，用相互隸屬與相關的層級圖表現出各級主題之間的關系，建立主題關鍵詞與圖像、顏色等的記憶鏈接，并通過符號、圖像、顏色把思維過程“畫出來”，將一連串枯燥的信息變為彩色的、易于記憶的、有高度組織性的圖，抽象的思維過程便可以形象地展示出來。在繪制出來發散性思維過程的同時，不但可以幫助人們改善思維，理清思維方式，還可使學習能力和學習效率得到提高。

翻轉課堂作為一種新型的教學模式，是對傳統教學模式的大翻轉嘲，學生首先在課前通過觀看視頻自學知識、發現并記錄問題，然后再在課堂上相互交流與探討達到對知識的內化與吸收，課后則對所學知識進行總結反思和實踐應用。

學生們在MOOC學習過程中，可以記錄關鍵詞和核心知識點，在完成MOOC學習之后，學生們按照自己的理解繪制思維導圖，通過對知識點有效的組織與構建形成知識樹，從而將新知識同化到自己的知識結構中。學生們通過MOOC學習和繪制思維導圖后對新知識有了自己的理解與認知，然后任課教師在課堂上組織他們進行討論，相互交流獲取的知識與制作的思維導圖等內容。為了讓所有學生都能參與、充分調動他們的學習積極性、培養他們主動思考的習慣，教師組織的研討以小班模式進行。

下面以課程體系中的計算機網絡部分為教學內容展開說明。

任課教師在課前給學生指定相關MOOC資源，督促學生及時進行在線學習，并將學習者網上學習情況納入平時成績中。學生在自主學習以后，將已經學習的課程內容思維導圖繪制出來，進而對所學知識進行歸納整理。圖2為利用XMind軟件來制作計算機網絡內容的思維導圖：

學生通過自主學習對課程內容有了逐步認識后，教師利用翻轉課堂教學模式組織學生進行研討。目前大學計算機基礎課程采用大班授課，要想做到因材施教，以學生為中心，首先教師需將學生按專業大類分為若干個研討班（此為筆者所在高校的實踐方法，別的高校可考慮其他規則），小班人數在20-30人為宜，也可根據需要再進行小班內的分組。學生們經過獨立思考和交流分享可以進一步加深對課程內容的理解，掌握重難點知識，達到教學目標。

通識教育課程應重點訓練學生的思維方式，由培養計算思維能力統一專業需求的差異，通過建立完善的課程體系，采用多樣化的教學模式與課程形式，結合MOOC、翻轉課堂、思維導圖訓練等，有效設計課程內容，更高質量地給學生提供計算機基礎教育。

5結語

隨著信息技術的發展，中國大學MOOC等網絡課堂提供了很好的學習資源，大學生群體應充分利用碎片化時間進行在線學習。實踐表明將思維導圖和翻轉課堂相結合應用到大學計算機基礎課程教學中，學生可以在了解課程整體框架的基礎上，理清知識點之間的邏輯關系，并能利用關鍵詞對各個知識點進行聯想記憶，順利完成復習和總結，取得較好的學習效果。

雖然本文提出的課程教學改革方式已經取得了較好的教學效果，但在金課背景下，我們還需進一步努力，將大學計算機基礎課程建設成為一流課程，為我國一流本科教育和一流人才培養奠定堅實的基礎。