大学计算机基础课程的教学改革实践探究
陈娟+赵欢+吴蓉晖+李小英+杨圣洪
[摘 要]如何将计算思维落到实处，是大学计算机教学中亟待解决的现实问题。项目组以在面向应用的过程中培养计算思维为基本导向，探讨大学计算机基础课程的教学改革，从教学内容、教学模式、考核机制、实训课程等方面阐述湖南大学的教学实践，提出进一步改革的设想。
[关键词]面向应用；计算思维；大学计算机基础课程
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）02-0043-02
随着时代的发展，传统大学计算机基础教学的教学内容和教学模式受到质疑。近年来，将计算思维能力的培养作为大学计算机基础教学的核心任务已经成为共识。[1]然而，如何将计算思维培养落到实处，是大学计算机教学中亟待解决的现实问题。
在大学计算机研讨43院校厦门会议中，旗帜鲜明地提出在坚持面向应用的过程中培养计算思维。[2]湖南大学以此为基本导向，对计算机导论课程进行新一轮的改革。实践证明，这些改革措施，在注重知识应用、技能培养的同时，重视知识体系的构建和理论的融会贯通，对培养学生的计算思维能力，提升其综合素质有着显著的效果。
一、合理专业分类，更新教学内容
湖南大学是综合性高校，学校学科专业涵盖经济学、法学、文学、理学、工学等11大学科门类。为了将计算机导论课程的教学内容与学生后续专业课程的学习更加紧密地结合，培养学生使用计算机解决实际问题的计算思维，我们首先在各学院进行调研，了解各专业对计算机课程的教学需求，然后根据高等学校计算机基础课程教学的基本要求，并结合我校实际情况，归纳出五种专业类别，设置各专业类别的计算机导论课程的教学内容，如表1所示。
表1 专业分类及计算机导论课程的教学内容
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1.工科类。土木、化工、机械等工科类专业学生，需要掌握程序设计的基本方法、编程技能与上机调试能力，并通过编程解决一些应用问题。[3]而c语言具有简洁灵活、运算符丰富、可移植性好等优点，因此选用c语言作为该专业类别的教学语言。
2.理学类。数学、力学、生物等理学专业学生，需要理解实际问题与模型、模型与软件算法、算法与问题数值解的内在联系，掌握在计算机软件辅助下如何解决实际工程问题的技巧。Matlab软件基于矩阵运算，具有强大的数值运算和数据处理功能，在复杂算法方面有优势。因此选用该软件作为该专业类别的教学工具。
3.管理类。经济、国贸、会计等管理类专业学生，应了解数据库在各领域中的应用，理解数据库的基本概念和简单SQL语言的使用，掌握一种数据库管理软件来设计、开发简单的数据库应用实例。[3]开源数据库管理软件MY SQL和脚本语言PHP，是目前成熟、稳定、安全的WEB开发技术。在教学中选用该组合，符合互联网发展趋势。
4.经法类。统计、金融、法学等专业学生，需要掌握必要的统计学知识，并能运用各种统计原理，通过操作统计软件来完成特定的数据分析任务，适应不同专业对各种数据整理以及挖掘的需要。而SPSS作为“统计产品与服务解决方案”软件， 集数据录入、整理、分析功能于一身，操作简单，功能强大，是国际上最流行的统计软件之一。
5.文史艺类。影视、新闻、英语、历史等文科类学生，要求初步了解多媒体信息表示和处理的基本原理，掌握常用多媒体素材的制作方法与处理技术，能够使用专业创作工具进行多媒体应用系统的设计与开发。[3]通过综合学习photoshop、flash、AE等工具软件，可解决其在多媒体应用的实际问题。
二、改革教学模式，贯彻计算思维
在计算机教学中，建立计算思维才是根本目的，即运用计算机科学的基础概念对问题进行求解、系统设计和行为理解。[1]虽然学生是通过掌握语言或工具来学习，但学会使用计算思维的基本方法解决问题比起学会具体解决问题的技术，前者更加重要。在此轮教学改革中，我们运用了案例教学、翻转课堂、项目教学等多种教学方式，贯穿在课上课下、主体课程与综合实践环节之中。具体来说，将课堂教学和实验教学分解为以下几个阶段：
1.教师将每堂课的内容分解为多个知识点，将每个知识点的电子教案、微课视频、案例素材上传至课程网站。学生进行课前准备，预习教学资料，准备课堂讨论的内容。
2.在课堂上，教师首先列出主要知识点，然后通过相关案例阐述说明，再引导学生对知识点进行讨论、理解和消化。在每个学习阶段，结合学生专业，布置项目式的综合练习。
3.在课余时间，学生以学习小组为单位，合作完成综合练习。在每次实验课，安排一个时间段，由学生演示其设计思路和完成情况，教师和其余同学对其进行点评。
4.在实验课教学中，将实验内容提前发布在课程中心，学生可以在实验课堂上完成任务，将结果提交课程中心。对于学习确有困难，未能及时完成的，也可以在课余完成后指定时间内提交。
图1和图2分别演示了在新的教学模式下教师和学生的各阶段任务。由于学生在课前通过观看教学视频了解相关知识点，在课堂上改变了教师满堂灌，学生被动接受状态的现状，可以腾出更多时间进行课堂讨论，让学生更多地融入课堂，从而调动了学生的主观能动性。在项目式的综合练习中，学生需要组合成学习小组，协同合作，上网搜索资料，实际动手完成项目，制作演示文件，在实践课上还需要展示演示文件，回答教师和同学的提问。这些环节，让学生掌握了问题求解的思路和方法，理解计算思维过程，也提高了学生的計算机应用开发能力、应用创新能力。
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图1 新教学模式下教师各阶段的任务
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图2 新教学模式下学生各阶段的任务
三、调整考核方式，综合评定学生成绩
计算机课程的学习效果很难通过理论考试的成绩来衡量。为了提高考核的科学性，应强调从多个方面来综合评定学生成绩：实验课作业成绩、课堂讨论的表现、学习小组完成综合练习的情况、期中和期末的机测成绩。
其中，Office基本操作的内容，以计算机基本能力测试形式进行，所有专业学生均要求通过。学生可以根据自己的水平，在教学网站选取不同难度层次的教学资源进行自主学习。每个学期提供两次机器测试机会，考试合格即可获取学分。
工科类计算机导论的实验，采用在线测试系统，支持自动评测。通过分章建立的海量题库，支持实验的自动评测，学生可在实验課或课余多次登录系统答题。
其他类别的导论课程实验，目前采用课程中心网站的作业功能按章节布置实验题。学生在实验课登录网站提交作业，若没有及时完成，在指定时间内也可以提交。由教师或助教登录系统人工批改作业，作业成绩作为平时成绩的重要组成部分。
期中和期末，均安排机器考试，主要考查学生的动手实践能力。为了体现对学习过程的考查，期末成绩在期评成绩中占比不超过50%。
具体来说，各部分成绩所占比例如表2所示。
表2 专业分类及计算机导论课程的教学内容
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四、开展实训课程，注重能力培养
为了强化学生的动手能力和综合能力，在小学期安排实训课程。实训课程通常以四周为一个周期，采取项目教学法。教师依据教学内容设计合理的项目。各门实训课程有所偏重，注重知识的综合运用。工科类的计算机导论，实训题目为C程序设计训练；理学类的导论，实训题目为matlab工程训练项目；经法管理类的导论，实训题目为调查报告及spss数据分析；文史类的实训题目为网站设计与制作。
在项目的实施阶段，以学生为主体，组成小组，完成系统的分析、设计、开发、集成和测试各个环节。在项目进行的各个阶段，从开题报告、中期检查到后期测试，教师要适时地指导和监督，引导学生不断完善项目。
五、结语
随着技术发展，计算机科学正逐步成为其他学科领域的基础。培养计算思维，将进一步提升大学生的综合素质，启发其创新能力。我校在计算机导论课程的改革中，通过以上举措，稳步推进了计算思维培养的全面有效落实。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 佚名.九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明[J].中国大学教学，2010（9）：4.
[2] 卢湘鸿.大学计算机体系研讨——43所院校厦门会议共识[J].计算机教育，2014（13）：29.
[3] 教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会.高等学校计算机基础教学发展战略研究报告暨计算机基础课程教学基本要求 [M]. 北京：高等教育出版社，2009.
[4] 教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会.计算思维教学改革宣言[J].中国大学教学，2013（7）：10.
[责任编辑：钟 岚]
[摘 要]如何将计算思维落到实处，是大学计算机教学中亟待解决的现实问题。项目组以在面向应用的过程中培养计算思维为基本导向，探讨大学计算机基础课程的教学改革，从教学内容、教学模式、考核机制、实训课程等方面阐述湖南大学的教学实践，提出进一步改革的设想。
[关键词]面向应用；计算思维；大学计算机基础课程
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）02-0043-02
随着时代的发展，传统大学计算机基础教学的教学内容和教学模式受到质疑。近年来，将计算思维能力的培养作为大学计算机基础教学的核心任务已经成为共识。[1]然而，如何将计算思维培养落到实处，是大学计算机教学中亟待解决的现实问题。
在大学计算机研讨43院校厦门会议中，旗帜鲜明地提出在坚持面向应用的过程中培养计算思维。[2]湖南大学以此为基本导向，对计算机导论课程进行新一轮的改革。实践证明，这些改革措施，在注重知识应用、技能培养的同时，重视知识体系的构建和理论的融会贯通，对培养学生的计算思维能力，提升其综合素质有着显著的效果。
一、合理专业分类，更新教学内容
湖南大学是综合性高校，学校学科专业涵盖经济学、法学、文学、理学、工学等11大学科门类。为了将计算机导论课程的教学内容与学生后续专业课程的学习更加紧密地结合，培养学生使用计算机解决实际问题的计算思维，我们首先在各学院进行调研，了解各专业对计算机课程的教学需求，然后根据高等学校计算机基础课程教学的基本要求，并结合我校实际情况，归纳出五种专业类别，设置各专业类别的计算机导论课程的教学内容，如表1所示。
表1 专业分类及计算机导论课程的教学内容
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1.工科类。土木、化工、机械等工科类专业学生，需要掌握程序设计的基本方法、编程技能与上机调试能力，并通过编程解决一些应用问题。[3]而c语言具有简洁灵活、运算符丰富、可移植性好等优点，因此选用c语言作为该专业类别的教学语言。
2.理学类。数学、力学、生物等理学专业学生，需要理解实际问题与模型、模型与软件算法、算法与问题数值解的内在联系，掌握在计算机软件辅助下如何解决实际工程问题的技巧。Matlab软件基于矩阵运算，具有强大的数值运算和数据处理功能，在复杂算法方面有优势。因此选用该软件作为该专业类别的教学工具。
3.管理类。经济、国贸、会计等管理类专业学生，应了解数据库在各领域中的应用，理解数据库的基本概念和简单SQL语言的使用，掌握一种数据库管理软件来设计、开发简单的数据库应用实例。[3]开源数据库管理软件MY SQL和脚本语言PHP，是目前成熟、稳定、安全的WEB开发技术。在教学中选用该组合，符合互联网发展趋势。
4.经法类。统计、金融、法学等专业学生，需要掌握必要的统计学知识，并能运用各种统计原理，通过操作统计软件来完成特定的数据分析任务，适应不同专业对各种数据整理以及挖掘的需要。而SPSS作为“统计产品与服务解决方案”软件， 集数据录入、整理、分析功能于一身，操作简单，功能强大，是国际上最流行的统计软件之一。
5.文史艺类。影视、新闻、英语、历史等文科类学生，要求初步了解多媒体信息表示和处理的基本原理，掌握常用多媒体素材的制作方法与处理技术，能够使用专业创作工具进行多媒体应用系统的设计与开发。[3]通过综合学习photoshop、flash、AE等工具软件，可解决其在多媒体应用的实际问题。
二、改革教学模式，贯彻计算思维
在计算机教学中，建立计算思维才是根本目的，即运用计算机科学的基础概念对问题进行求解、系统设计和行为理解。[1]虽然学生是通过掌握语言或工具来学习，但学会使用计算思维的基本方法解决问题比起学会具体解决问题的技术，前者更加重要。在此轮教学改革中，我们运用了案例教学、翻转课堂、项目教学等多种教学方式，贯穿在课上课下、主体课程与综合实践环节之中。具体来说，将课堂教学和实验教学分解为以下几个阶段：
1.教师将每堂课的内容分解为多个知识点，将每个知识点的电子教案、微课视频、案例素材上传至课程网站。学生进行课前准备，预习教学资料，准备课堂讨论的内容。
2.在课堂上，教师首先列出主要知识点，然后通过相关案例阐述说明，再引导学生对知识点进行讨论、理解和消化。在每个学习阶段，结合学生专业，布置项目式的综合练习。
3.在课余时间，学生以学习小组为单位，合作完成综合练习。在每次实验课，安排一个时间段，由学生演示其设计思路和完成情况，教师和其余同学对其进行点评。
4.在实验课教学中，将实验内容提前发布在课程中心，学生可以在实验课堂上完成任务，将结果提交课程中心。对于学习确有困难，未能及时完成的，也可以在课余完成后指定时间内提交。
图1和图2分别演示了在新的教学模式下教师和学生的各阶段任务。由于学生在课前通过观看教学视频了解相关知识点，在课堂上改变了教师满堂灌，学生被动接受状态的现状，可以腾出更多时间进行课堂讨论，让学生更多地融入课堂，从而调动了学生的主观能动性。在项目式的综合练习中，学生需要组合成学习小组，协同合作，上网搜索资料，实际动手完成项目，制作演示文件，在实践课上还需要展示演示文件，回答教师和同学的提问。这些环节，让学生掌握了问题求解的思路和方法，理解计算思维过程，也提高了学生的計算机应用开发能力、应用创新能力。
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图1 新教学模式下教师各阶段的任务
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图2 新教学模式下学生各阶段的任务
三、调整考核方式，综合评定学生成绩
计算机课程的学习效果很难通过理论考试的成绩来衡量。为了提高考核的科学性，应强调从多个方面来综合评定学生成绩：实验课作业成绩、课堂讨论的表现、学习小组完成综合练习的情况、期中和期末的机测成绩。
其中，Office基本操作的内容，以计算机基本能力测试形式进行，所有专业学生均要求通过。学生可以根据自己的水平，在教学网站选取不同难度层次的教学资源进行自主学习。每个学期提供两次机器测试机会，考试合格即可获取学分。
工科类计算机导论的实验，采用在线测试系统，支持自动评测。通过分章建立的海量题库，支持实验的自动评测，学生可在实验課或课余多次登录系统答题。
其他类别的导论课程实验，目前采用课程中心网站的作业功能按章节布置实验题。学生在实验课登录网站提交作业，若没有及时完成，在指定时间内也可以提交。由教师或助教登录系统人工批改作业，作业成绩作为平时成绩的重要组成部分。
期中和期末，均安排机器考试，主要考查学生的动手实践能力。为了体现对学习过程的考查，期末成绩在期评成绩中占比不超过50%。
具体来说，各部分成绩所占比例如表2所示。
表2 专业分类及计算机导论课程的教学内容
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四、开展实训课程，注重能力培养
为了强化学生的动手能力和综合能力，在小学期安排实训课程。实训课程通常以四周为一个周期，采取项目教学法。教师依据教学内容设计合理的项目。各门实训课程有所偏重，注重知识的综合运用。工科类的计算机导论，实训题目为C程序设计训练；理学类的导论，实训题目为matlab工程训练项目；经法管理类的导论，实训题目为调查报告及spss数据分析；文史类的实训题目为网站设计与制作。
在项目的实施阶段，以学生为主体，组成小组，完成系统的分析、设计、开发、集成和测试各个环节。在项目进行的各个阶段，从开题报告、中期检查到后期测试，教师要适时地指导和监督，引导学生不断完善项目。
五、结语
随着技术发展，计算机科学正逐步成为其他学科领域的基础。培养计算思维，将进一步提升大学生的综合素质，启发其创新能力。我校在计算机导论课程的改革中，通过以上举措，稳步推进了计算思维培养的全面有效落实。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 佚名.九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明[J].中国大学教学，2010（9）：4.
[2] 卢湘鸿.大学计算机体系研讨——43所院校厦门会议共识[J].计算机教育，2014（13）：29.
[3] 教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会.高等学校计算机基础教学发展战略研究报告暨计算机基础课程教学基本要求 [M]. 北京：高等教育出版社，2009.
[4] 教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会.计算思维教学改革宣言[J].中国大学教学，2013（7）：10.
[责任编辑：钟 岚]
