大學(xué)計(jì)算機(jī)特色課程研究

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1加強(qiáng)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論教育

由于傳統(tǒng)的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程是從計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)進(jìn)化而來(lái)，所以教學(xué)內(nèi)容的主體實(shí)際上是計(jì)算機(jī)應(yīng)用技能的訓(xùn)練。而新教材的特點(diǎn)則突出了計(jì)算機(jī)科學(xué)的部分基礎(chǔ)理論，表現(xiàn)為如下內(nèi)容。

1）“計(jì)算思維”等重要概念的引進(jìn)。2006年，時(shí)任卡內(nèi)基•梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)系主任的周以真教授提出了“計(jì)算思維”的概念[3]，她認(rèn)為計(jì)算中包含的思想方法，比如遞歸、回溯、抽象和分解、啟發(fā)式推理等，具有普適性，可以在多個(gè)學(xué)科中應(yīng)用，在日常生活中也很常見(jiàn)，并把這些思想方法通稱(chēng)為“計(jì)算思維”（ComputationalThinking）。2011年高等教育出版社出版的《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》（第2版），首次比較系統(tǒng)地討論了計(jì)算思維對(duì)非專(zhuān)業(yè)計(jì)算機(jī)教學(xué)的意義和內(nèi)涵，以及計(jì)算思維應(yīng)用技能的養(yǎng)成方法[4]。

2）“圖靈機(jī)”等計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)理論思想的引入。在以往的非專(zhuān)業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中，涉及計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)概念的理論，主要是二進(jìn)制和馮•諾依曼計(jì)算機(jī)。2009年高等教育出版社出版的《大學(xué)計(jì)算機(jī)》、2011年電子工業(yè)出版社出版的《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》和《計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)》都開(kāi)始引入圖靈機(jī)、圖靈機(jī)思想和模型，這對(duì)非專(zhuān)業(yè)學(xué)生了解計(jì)算機(jī)科學(xué)的起源和形成具有重要意義。

3）問(wèn)題求解的基本過(guò)程。在以往的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中，程序設(shè)計(jì)是教學(xué)內(nèi)容的組成部分。但由于課時(shí)不足而內(nèi)容廣泛，因此教學(xué)效果很差。在本輪新的課程內(nèi)容改革中，不僅程序設(shè)計(jì)的內(nèi)容得到了極大的重視和加強(qiáng)，而且普遍引入了問(wèn)題求解過(guò)程[5]42-78[6]88-93、算法及計(jì)算復(fù)雜度分析[5]120-132[7]97-113、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[6]148-175有關(guān)的章節(jié)和內(nèi)容。這些內(nèi)容強(qiáng)化了利用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的教學(xué)要求，對(duì)發(fā)展工程類(lèi)學(xué)科學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力具有重要意義。

4）信息的表達(dá)與處理。在以往的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教材中，信息的表達(dá)與處理方面的內(nèi)容有比較大的局限性，往往無(wú)法解決學(xué)生在信息社會(huì)中遇到的具體問(wèn)題。例如，漢字機(jī)內(nèi)碼的問(wèn)題，大部分教材停留在GB2312上，而自從十余年前Windows2000問(wèn)世，PC中常用的機(jī)內(nèi)碼早已是Unicode，而Unicode的規(guī)范和不同主機(jī)系統(tǒng)上的實(shí)現(xiàn)至少有3種常用形式，并導(dǎo)致應(yīng)用問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題在最近出版的一些教材[8]12-19中得到了比較全面的說(shuō)明。

5）計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)方面的內(nèi)容。在最近出版的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教材中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面的內(nèi)容也得到充實(shí)。例如，除了介紹傳統(tǒng)的馮•諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)外，也介紹哈佛結(jié)構(gòu)[6]86-87。除了介紹一般的二進(jìn)制數(shù)值計(jì)算外，還介紹機(jī)器碼[6]41-44、邏輯運(yùn)算、門(mén)電路和邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[7]31-37。除了介紹目前流行的主流計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)外，還介紹基于圖形處理器的并行計(jì)算硬件結(jié)構(gòu)和基于企業(yè)級(jí)應(yīng)用的多機(jī)系統(tǒng)[8]252-259等。這些內(nèi)容為提升工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力打下較深厚的基礎(chǔ)。這些理論內(nèi)容的加入，從根本上改變了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的基本內(nèi)容，為大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的改革開(kāi)辟了新路。

2實(shí)踐內(nèi)容上的深入和進(jìn)化

在課程內(nèi)容改革的同時(shí)，最為重要的是將改革后的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為學(xué)生的應(yīng)用能力，而能力是不能僅通過(guò)書(shū)面考試實(shí)現(xiàn)的。一些新版教材在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革方面表現(xiàn)出如下特點(diǎn)。

1）程序設(shè)計(jì)內(nèi)容的加大與深入。引入程序設(shè)計(jì)內(nèi)容的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教材，目前主要限于面向工科的重點(diǎn)院校，如戰(zhàn)德臣、孫大烈編著的《大學(xué)計(jì)算機(jī)》，對(duì)程序設(shè)計(jì)、算法求解和計(jì)算復(fù)雜度的內(nèi)容進(jìn)行整合，從而避免了以往程序設(shè)計(jì)內(nèi)容偏重程序本身的語(yǔ)法，而忽略了利用程序介紹算法求解的教學(xué)目的[5]123,125,127。吳寧等編著的《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》，則是選擇了新型程序語(yǔ)言的教學(xué)平臺(tái)，利用平臺(tái)優(yōu)勢(shì)引入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等以往高年級(jí)課程中的內(nèi)容，并利用程序設(shè)計(jì)向大學(xué)新生做問(wèn)題求解的教學(xué)[6]88-93，頗有新意。

2）應(yīng)用型問(wèn)題的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)。在新近出版的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教材中，有一個(gè)傾向值得關(guān)注，那就是把實(shí)踐性?xún)?nèi)容與理論教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行緊密耦合。例如，在戰(zhàn)德臣、孫大烈編著的《大學(xué)計(jì)算機(jī)》中，將以往教材的“辦公自動(dòng)化軟件的應(yīng)用”進(jìn)化成為“科技文章的電子化制作與編排”，十分契合科技類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)和實(shí)踐需求[5]151-153。另外，在面向普通高校一般性專(zhuān)業(yè)和應(yīng)用型人才培養(yǎng)中，電子工業(yè)出版社出版的《計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)》也在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)方面作了嘗試。例如，在“計(jì)算機(jī)硬件”一章中，引入CPU工況測(cè)試；在“多媒體技術(shù)”一章，引入矢量圖繪制、位圖到矢量圖的轉(zhuǎn)換等新型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[8]53-59,184-185。

3）加速平臺(tái)的進(jìn)化和替代。由于諸多因素的影響，不可忽略的一個(gè)事實(shí)是大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)環(huán)境的更新?lián)Q代普遍落后，這不僅影響教學(xué)效果和學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量，也使得學(xué)生因?yàn)闆](méi)有機(jī)會(huì)接觸新的技術(shù)平臺(tái)，開(kāi)始就業(yè)時(shí)就輸在起跑線(xiàn)上。在這方面，吳寧等編著的《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》帶了一個(gè)好頭。在程序設(shè)計(jì)平臺(tái)的選擇上，直接采用VB2008，使學(xué)生有機(jī)會(huì)直接接觸新型的程序設(shè)計(jì)和應(yīng)用平臺(tái)，并利用平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)以往大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)難以實(shí)現(xiàn)的教學(xué)任務(wù)[6]137-141。中國(guó)人民大學(xué)出版社出版的《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)2011》一書(shū)，將計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)整體做了升級(jí)，以便應(yīng)用型專(zhuān)業(yè)的學(xué)生可以在最新的應(yīng)用平臺(tái)上進(jìn)行學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)[9]。

4）突破“桌面”計(jì)算的局限。在以往的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中，主要關(guān)注“桌面”應(yīng)用內(nèi)容的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)廣泛普及、社會(huì)對(duì)高校學(xué)生網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用能力不斷提高的今天，以往計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)體系結(jié)構(gòu)中的內(nèi)容已經(jīng)難以滿(mǎn)足教學(xué)的要求。電子工業(yè)出版社出版的《計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)》一書(shū)，在突破“桌面”計(jì)算的局限上做出了初步嘗試。在主要的章節(jié)中，該書(shū)將重要知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用領(lǐng)域都分別列舉了“桌面”和“網(wǎng)絡(luò)”應(yīng)用平臺(tái)的案例。例如，在文字信息編碼中，主要的桌面應(yīng)用為UTF-16（即Unicode），而在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域則為UTF-8；在多媒體技術(shù)圖像部分，在“桌面”應(yīng)用上，主要為位圖中的.bmp和.tif格式，而萬(wàn)維網(wǎng)中則為.jpg、.gif和.png格式等；在數(shù)據(jù)庫(kù)部分，不僅列舉傳統(tǒng)的MSAccess的“桌面”數(shù)據(jù)庫(kù)，而且引入MySQL這類(lèi)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用案例[8]225-229。要將新的課程改革內(nèi)容落到實(shí)處，就是通過(guò)可以實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`的內(nèi)容，讓學(xué)生體會(huì)使用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的強(qiáng)大力量和樂(lè)趣。而實(shí)踐性?xún)?nèi)容又具有強(qiáng)烈的時(shí)效性，這一點(diǎn)是與計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論大不相同的，所以實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的不斷更新和深入，是保持大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程生命力的重要手段。

3存在的問(wèn)題與矛盾

在教學(xué)內(nèi)容改革中，不可避免會(huì)有問(wèn)題與矛盾，這些問(wèn)題和矛盾可能包括如下內(nèi)容。1）理論內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)的銜接問(wèn)題。教學(xué)改革過(guò)程中，許多非專(zhuān)業(yè)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課內(nèi)容往往從計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的教科書(shū)引入，而專(zhuān)業(yè)類(lèi)計(jì)算機(jī)教材或課程教學(xué)在許多情形下是教學(xué)與實(shí)驗(yàn)分離的，這對(duì)設(shè)計(jì)非專(zhuān)業(yè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)提出了新的要求。如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)暮罄m(xù)課程或?qū)嶒?yàn)進(jìn)行驗(yàn)證、練習(xí)和應(yīng)用，改革后的新教學(xué)內(nèi)容十分容易被遺忘，無(wú)法真正形成學(xué)生的通識(shí)基礎(chǔ)。2）教學(xué)內(nèi)容與課時(shí)限制的矛盾。由于目前大學(xué)中普遍進(jìn)行的課時(shí)和學(xué)分壓縮，導(dǎo)致非專(zhuān)業(yè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的學(xué)時(shí)緊縮。往往新設(shè)計(jì)的課程內(nèi)容框架沒(méi)有足夠的時(shí)間展開(kāi)，也就難以達(dá)到教學(xué)設(shè)計(jì)期望達(dá)到的效果。3）教學(xué)要求、課程改革與規(guī)章制度的矛盾。從目前改革的趨勢(shì)可以看出，要求學(xué)生具備足夠的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)能力（尤其是在加入了程序設(shè)計(jì)和問(wèn)題求解內(nèi)容后），肯定離不開(kāi)大量的計(jì)算機(jī)實(shí)踐。而不少學(xué)校對(duì)大學(xué)新生擁有計(jì)算機(jī)設(shè)備有限制措施，如果學(xué)校沒(méi)有足夠的實(shí)驗(yàn)室資源供給，顯然學(xué)生在課內(nèi)所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)并不足以完成課程所需的技能訓(xùn)練。因此，也就難以達(dá)到教學(xué)所設(shè)計(jì)的目標(biāo)。以上問(wèn)題和矛盾，需要教師和學(xué)生投入足夠的努力加以解決。例如，筆者在教學(xué)實(shí)踐中曾經(jīng)采用一些措施，來(lái)緩解以上矛盾。1）針對(duì)新近引入的內(nèi)容，廣泛收集相關(guān)信息和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，供學(xué)生參考。2）展開(kāi)問(wèn)題討論式的教學(xué)，將課程內(nèi)容分配給學(xué)生預(yù)習(xí)，針對(duì)問(wèn)題集中的知識(shí)點(diǎn)深入講解，避免在課堂上照本宣科的講述，以保證教學(xué)重點(diǎn)的落實(shí)。3）要求學(xué)生在課外預(yù)先編寫(xiě)程序，而在上機(jī)時(shí)間集中輸入調(diào)試，以保證上機(jī)時(shí)間的使用效率。

4結(jié)論

今天的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育是大學(xué)新生在中學(xué)已經(jīng)形成的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。充分利用已經(jīng)形成的基礎(chǔ)，再搭建新的知識(shí)體系，為學(xué)生進(jìn)入明天的信息社會(huì)作好準(zhǔn)備，是高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的重要使命。中小學(xué)信息教育的進(jìn)步，也向高校的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育提出挑戰(zhàn)，而高校的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程改革，并不是將計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)課程的某些概念和方法直接引入并淘汰部分已經(jīng)過(guò)時(shí)的內(nèi)容那么簡(jiǎn)單。對(duì)于各個(gè)高校來(lái)說(shuō)，在改革過(guò)程中必須研究各自學(xué)生的發(fā)展方向、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、社會(huì)需求等方面的內(nèi)容，并統(tǒng)籌進(jìn)行考慮，最終使改革適應(yīng)本校的具體情況，達(dá)到預(yù)期效果。