大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)新形式探究

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1“1＋X”的計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程體系

實(shí)踐育人是目前我國大學(xué)教育面臨的新問題盡管多年來大學(xué)教育一直強(qiáng)調(diào)教學(xué)實(shí)踐，但是如何完善實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使實(shí)踐教學(xué)與課堂教學(xué)有機(jī)融合，是我們面臨的問題。新模式注重實(shí)踐教學(xué)體系，從計算機(jī)技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展以及發(fā)展過程中里程碑式的人和事，使學(xué)生對計算機(jī)技術(shù)影響人類文明發(fā)展有了全面系統(tǒng)的了解；突出計算機(jī)技術(shù)在相關(guān)專業(yè)和交叉學(xué)科中解決問題的思維方式與科學(xué)方法，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的思維與創(chuàng)造力；拓展學(xué)生的自我學(xué)習(xí)空間，構(gòu)造多層次創(chuàng)新人才成長環(huán)境，使學(xué)生充分感受到計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的滲透力，面對未來敢于挑戰(zhàn)?；谛履Ｊ綐?gòu)建的課程體系突出公共基礎(chǔ)課程的特點(diǎn)，從單純的技能培養(yǎng)上升到強(qiáng)調(diào)通識知識、文化的學(xué)習(xí)和對學(xué)生計算機(jī)思維能力的培養(yǎng)。圍繞新模式我們開展了一系列教學(xué)實(shí)踐，構(gòu)建以資源整合為基礎(chǔ)的實(shí)踐訓(xùn)練平臺。

2以計算思維為導(dǎo)向的計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程新體系

計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程新體系以學(xué)分制為基礎(chǔ)實(shí)施目標(biāo)管理，設(shè)定總體學(xué)分要求，學(xué)生可據(jù)此自主構(gòu)筑知識結(jié)構(gòu)。新的課程體系內(nèi)容包括如下3層：

（1）素質(zhì)培養(yǎng)層。通過大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)培養(yǎng)大學(xué)生所必須具備的計算機(jī)文化基本素質(zhì)，在計算機(jī)基礎(chǔ)知識與綜合能力方面打基礎(chǔ)，為后繼課程作準(zhǔn)備。

（2）思維訓(xùn)練層。以培養(yǎng)學(xué)生計算思維的基本方法和運(yùn)用計算機(jī)的基本能力為目標(biāo)。計算機(jī)程序設(shè)計作為大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程后的一門重頭課，教學(xué)內(nèi)容針對不同專業(yè)領(lǐng)域，覆蓋面向?qū)ο蟮腃++、Java、VB、Web等不同的實(shí)踐環(huán)境，支持實(shí)現(xiàn)分類分層教學(xué)，滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)要求。

（3）拓展創(chuàng)新層。該層目標(biāo)是開拓學(xué)生視野，提升學(xué)生綜合應(yīng)用計算機(jī)的能力，使學(xué)生具有基本的創(chuàng)新意識。通過一組選修課程（如與專業(yè)結(jié)合的計算機(jī)課程、前沿技術(shù)的計算機(jī)課程等），進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的計算機(jī)綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，滿足專業(yè)需求和信息化社會對人才的需求。

3以培養(yǎng)思維創(chuàng)新能力為核心的實(shí)踐教學(xué)體系

3.1多層次人才培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)平臺

按照新的教學(xué)體系，以文化修養(yǎng)熏陶和基本操作技能訓(xùn)練為基礎(chǔ)，以計算思維素質(zhì)培養(yǎng)為核心，以綜合應(yīng)用和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線，構(gòu)建新的實(shí)踐課程體系（以下簡稱“新體系”）。新體系橫向劃分為4個層次，重視操作型和技能驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，普及設(shè)計型和綜合型實(shí)驗(yàn)，鼓勵研究型和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。第1層次為文化修養(yǎng)熏陶。學(xué)生通過計算機(jī)認(rèn)知學(xué)習(xí)平臺了解和認(rèn)識計算機(jī)，注重計算機(jī)在人類發(fā)展歷史上的作用和新的發(fā)展趨勢，加深對計算機(jī)的學(xué)習(xí)與理解。該層次要求學(xué)生掌握計算機(jī)基本操作，如文字處理以及通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息檢索。學(xué)生可通過立體化學(xué)習(xí)資源以及課外輔導(dǎo)自行完成。第2層次為基本技能實(shí)驗(yàn)。以操作型和技能驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主，注重基本的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能，初步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和綜合素質(zhì)。以計算機(jī)基本操作和基本應(yīng)用為主，如掌握信息獲取、數(shù)據(jù)處理、信息展示等相應(yīng)軟件的使用。學(xué)生可以通過選修課、實(shí)訓(xùn)等方式在開放的軟件實(shí)驗(yàn)環(huán)境完成。第3層次為計算思維素質(zhì)實(shí)驗(yàn)。以設(shè)計型和綜合型實(shí)驗(yàn)為主，訓(xùn)練學(xué)生的計算機(jī)程序設(shè)計能力，重在培養(yǎng)學(xué)生計算思維，主要包括C++語言程序設(shè)計、Java語言程序設(shè)計、VB語言程序設(shè)計、Web程序設(shè)計和網(wǎng)站與網(wǎng)頁設(shè)計等課程。不同專業(yè)方向的學(xué)生根據(jù)專業(yè)需求進(jìn)行選擇。本層實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)提高軟件應(yīng)用能力，培養(yǎng)應(yīng)用所學(xué)知識解決工程實(shí)際問題的綜合能力。第4層次為綜合應(yīng)用與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。本層次包括計算機(jī)硬件、數(shù)據(jù)庫、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、多媒體等課程，以創(chuàng)新型、新技術(shù)和高層次應(yīng)用實(shí)驗(yàn)為主，重在啟發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的研究興趣和動手能力，提高學(xué)生綜合素質(zhì)和研究能力。本層次的教學(xué)結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新項目，強(qiáng)調(diào)將教師的研究成果應(yīng)用于教學(xué)中。教師根據(jù)自己的研究工作和科研項目實(shí)驗(yàn)項目內(nèi)容。學(xué)生選擇相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項目后，在教師指導(dǎo)下，自主地對實(shí)驗(yàn)項目進(jìn)行分析和設(shè)計，以小論文或軟件形式給出結(jié)果。

3.2“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”的實(shí)踐教學(xué)模式

堂上不曾講授過的知識和問題，由于不能盡快獲得教師的指導(dǎo)，使得一些疑難問題得不到解決，嚴(yán)重影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。為此，結(jié)合大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革，我們對教師工作進(jìn)行重新配置，保證線上和線下都能參與輔導(dǎo)。同時，安排高年級研究生進(jìn)行實(shí)時線上輔導(dǎo)，安排教師在實(shí)驗(yàn)室值班，承擔(dān)起學(xué)生課外計算機(jī)應(yīng)用技能的輔導(dǎo)。我們構(gòu)建以能力為主導(dǎo)的課程考試機(jī)制，檢驗(yàn)學(xué)生是否掌握計算機(jī)知識和技術(shù)，即學(xué)生如何應(yīng)用計算機(jī)解決實(shí)際問題?？荚嚈C(jī)制將提高計算機(jī)實(shí)測比例，根據(jù)解決問題的實(shí)際效果客觀評判?？偝煽?yōu)椤盎A(chǔ)知識+綜合實(shí)驗(yàn)+教學(xué)參與”，占比為5:4:1。建立學(xué)習(xí)獎勵機(jī)制，即成績結(jié)構(gòu)中的教學(xué)參與成績，對學(xué)習(xí)拓展模塊和參與創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的同學(xué)，綜合其實(shí)驗(yàn)報告、實(shí)驗(yàn)結(jié)果演示、答辯等環(huán)節(jié)，對他們的學(xué)習(xí)主動性進(jìn)行評價。在課程的總成績中，實(shí)驗(yàn)成績所占比例由20%提高到40%，對其中特別優(yōu)秀的，經(jīng)過答辯組老師的評議，其成績可直接作為該課程的成績，免予期末考試。3.3“惠及大眾，培育冒尖”的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式實(shí)踐ACM-ICPC(ACMInternationalCollegiateProgrammingContest)是世界上公認(rèn)的規(guī)模最大、水平最高的國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽，是當(dāng)代信息技術(shù)相關(guān)專業(yè)的大學(xué)生展示其創(chuàng)新實(shí)踐能力和國際競爭力的高端平臺。為此，我們構(gòu)建了以ACM程序設(shè)計競賽為基礎(chǔ)的拓展創(chuàng)新訓(xùn)練平臺，堅持“惠及大眾，培育冒尖”的主導(dǎo)思想，踐行“賽課結(jié)合，賽練互動”的執(zhí)教方法，重視“訓(xùn)練平臺，管理機(jī)制”的建設(shè)環(huán)節(jié)，獲得了良好的實(shí)踐效果。ACM程序設(shè)計競賽是少數(shù)精英型學(xué)生參與的活動，但是也不能曲高和寡、脫離大眾。根據(jù)學(xué)生的實(shí)際需求，結(jié)合國內(nèi)、國際不同層次的計算機(jī)競賽要求，在重點(diǎn)培養(yǎng)拔尖人才的同時，充分利用優(yōu)勢資源，面向全校開設(shè)講座以及校內(nèi)競賽，達(dá)到鼓勵一般、重點(diǎn)培養(yǎng)的目的。

4差異化教學(xué)實(shí)踐模式

4.1基于學(xué)科差異的分類教學(xué)

好的教學(xué)體系需要一個操作性強(qiáng)的教學(xué)模式來支持。計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)面對全校不同專業(yè)的學(xué)生，每個專業(yè)的計算機(jī)能力要求差異較大。在對北京交通大學(xué)各學(xué)院調(diào)研的基礎(chǔ)上，我們對專業(yè)需求進(jìn)行分析、歸類和總結(jié)，根據(jù)“學(xué)科專業(yè)、知識結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)層次”構(gòu)建如下的計算機(jī)基礎(chǔ)課程分類、分層和模塊化的教學(xué)模式。學(xué)科專業(yè)分為3個大類：理工類、人文/外語類、經(jīng)濟(jì)/管理類。知識結(jié)構(gòu)分為3個模塊：大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)、程序設(shè)計基礎(chǔ)和計算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用。培養(yǎng)層次分為2個層次：基本能力培養(yǎng)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

4.2基于學(xué)生個體差異的分層教學(xué)

根據(jù)學(xué)生個體差異，構(gòu)建“強(qiáng)基礎(chǔ)，重技能，鼓勵創(chuàng)新”的層次教學(xué)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化對理論知識的掌握和對實(shí)踐能力的培養(yǎng)。理論知識分為基礎(chǔ)知識、專項應(yīng)用和綜合應(yīng)用3層；實(shí)踐能力分為基本技能、應(yīng)用技能和創(chuàng)新技能。新課程體系在教學(xué)實(shí)踐中考慮學(xué)生的個體和專業(yè)差異，培養(yǎng)方案面向全體學(xué)生。如圖2所示，基礎(chǔ)教學(xué)強(qiáng)調(diào)對基本的概念、原理和方法的掌握，目標(biāo)定位在使絕大部分學(xué)生通過學(xué)習(xí)能夠掌握該課程領(lǐng)域的基本知識和技能。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可以根據(jù)各自的基礎(chǔ)選擇學(xué)習(xí)或免修。個體培養(yǎng)面向優(yōu)秀學(xué)生（如思源班、卓越工程師計劃班、國際班等），該部分教學(xué)與學(xué)校的大學(xué)生創(chuàng)新活動和學(xué)科競賽相結(jié)合，使學(xué)生有機(jī)會進(jìn)一步拓展視野，提高能力。

4.3基于過程的模塊化課程教學(xué)

在分類、分層次教學(xué)體系中，每門課程采取“重基礎(chǔ)、強(qiáng)實(shí)踐、過程考核”的模塊化教學(xué)。每門課程包括基礎(chǔ)知識模塊和研究拓展模塊?；A(chǔ)知識模塊為本課程所有學(xué)生必須掌握的基礎(chǔ)理論和基本技能；拓展模塊為根據(jù)授課對象構(gòu)建的該課程的專項應(yīng)用知識和技能。我國中學(xué)計算機(jī)教育狀況不均衡，為滿足不同水平學(xué)生的求知欲望，考試采用階段性過關(guān)考核方式，每學(xué)期安排至少2次考試，對于已學(xué)習(xí)過相關(guān)內(nèi)容的學(xué)生可以參加第一次考核，通過后進(jìn)入優(yōu)秀學(xué)生培養(yǎng)過程的學(xué)習(xí)，進(jìn)行拓展模塊知識的學(xué)習(xí)。拓展模塊由任課教師根據(jù)所在教學(xué)班的具體情況進(jìn)行安排，充分發(fā)揮教師的優(yōu)勢，體現(xiàn)個性化教育。

4.4實(shí)踐教學(xué)新體系

建立與理論教學(xué)并行的，既相對獨(dú)立，又相互聯(lián)系的實(shí)踐教學(xué)新體系。新體系加強(qiáng)基礎(chǔ)，拓寬專業(yè)知識面，培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力，全面提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)知識、實(shí)驗(yàn)技能、工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力，加強(qiáng)學(xué)生的社會適應(yīng)能力。新體系壓縮了課內(nèi)教學(xué)時數(shù)，增加實(shí)驗(yàn)時數(shù)，同時精選知識點(diǎn)和技能點(diǎn)。教師在課堂上講出內(nèi)容的精髓后，讓學(xué)生在計算機(jī)上練習(xí)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的技術(shù)和方法。教學(xué)和實(shí)驗(yàn)時數(shù)一般達(dá)到1:1甚至1:2，如C語言程序設(shè)計課程，24學(xué)時上課，24學(xué)時實(shí)驗(yàn)教學(xué)，再加上24學(xué)時的課外實(shí)踐。

5教學(xué)實(shí)踐與成果

5.1新課程體系應(yīng)用

2012北京交通大學(xué)新教學(xué)計劃規(guī)定非計算機(jī)專業(yè)計算機(jī)課程選修學(xué)分為4學(xué)分。根據(jù)計算機(jī)基礎(chǔ)教育的指導(dǎo)思想與教育理念，大學(xué)本科學(xué)生入學(xué)后先學(xué)學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程，然后選修1門程序設(shè)計課及相應(yīng)的課程設(shè)計。

5.2教學(xué)實(shí)踐成果

新課程體系經(jīng)歷了“研究—實(shí)踐—調(diào)研—修改”的螺旋式發(fā)展過程，我們從教學(xué)實(shí)踐中找問題，發(fā)現(xiàn)新方法，不斷完善課程體系。

1）開展能力培養(yǎng)與思維訓(xùn)練相結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)。利用自制的立體化教學(xué)資源，突出實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的分類、分層的分級實(shí)踐教學(xué)模式，以滿足不同基礎(chǔ)不同層次不同專業(yè)學(xué)生對教學(xué)的需求，實(shí)現(xiàn)因材施教和個性化培養(yǎng)。新課程體系在2010年選擇了3個學(xué)院、4個課堂進(jìn)行試點(diǎn)，2011年開始在新生范圍內(nèi)試運(yùn)行，2012年在全校范圍內(nèi)試行新課程體系。2）突出過程考核與理論考試相結(jié)合的能力檢查機(jī)制。利用自主研制開發(fā)的在線考試系統(tǒng)和試題庫構(gòu)建靈活的考核機(jī)制。自2008年以來每屆新生的大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程考試全部采用“實(shí)驗(yàn)作業(yè)+課程設(shè)計”方式，強(qiáng)調(diào)對學(xué)生實(shí)踐動手能力和計算機(jī)綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)；C語言程序設(shè)計課程采用筆試和上機(jī)編程相結(jié)合的模式，其他系列課程則分別采用開卷、半開卷等模式進(jìn)行考核。

3）探索“惠及大眾，培育冒尖”的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。2008—2011年間，北京交通大學(xué)代表隊連續(xù)4年晉級ACM-ICPC全球總決賽，并獲排名獎狀，其成績在中國大陸名列前茅（中國大陸只有上海交通大學(xué)、清華大學(xué)、北京大學(xué)、浙江大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、中山大學(xué)和北京交通大學(xué)7所學(xué)校連續(xù)4年晉級全球總決賽并獲排名獎狀）；北京交通大學(xué)代表隊在ACM-ICPC亞洲區(qū)預(yù)賽中獲金獎5次、銀獎9次和銅獎17次。6結(jié)語非計算機(jī)專業(yè)計算機(jī)課程教學(xué)的新模式在近3年的教學(xué)實(shí)踐中獲得良好效果，但是，大學(xué)計算機(jī)教育不同于大學(xué)數(shù)學(xué)教育，它建立在計算機(jī)科學(xué)學(xué)科之上。這門學(xué)科的飛速發(fā)展以及社會對計算機(jī)應(yīng)用人才需求不斷變化，要求我們對新模式要不斷地進(jìn)行實(shí)踐與完善，才能培養(yǎng)出符合社會發(fā)展需要的人才。

作者：許宏麗 王移芝 單位：北京交通大學(xué)計算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院