王 新，周 勇，徐月美，孙晋非，毛 磊

一、“大学计算机基础”课程改革发展的四个阶段

“大学计算机基础”课程主要面向高等学校非计算机专业学生开设，是培养信息时代大学生综合素质和创新能力不可或缺的重要环节，是培养复合型创新人才的重要组成部分。中国矿业大学“大学计算机基础”课程建设与教学改革始于1992年，当时课程名为“计算机基础知识及应用”，由计算中心承担全校计算机公共基础教学的管理工作和一部分教学任务。1997年学校成立了计算机科学与技术学院，专门组建了从事计算机基础教学的计算机基础教学部，有了一批专门从事计算机基础教学的师资队伍，对计算机基础教学实行了全面改革。经过三次重大的改革举措，由“计算机基础知识及应用”到“计算机文化基础”课程，后来发展为“大学计算机基础”，主要经历了四个大的改革阶段。

1.“计算机基础知识及应用”课程建设时期（1992年-1996年）

“计算机基础”课程最初的教学内容包括计算机基础知识、DOS操作系统、WPS文字排版等内容。1995年基础课任课教师们编写了我校第1本计算机基础的教材“计算机基础知识及应用”。

2.“计算机文化基础”课程建设时期（1996年-2001年）

1996年，国家教委根据高校非计算机专业的计算机培养目标，提出了三个层次课程体系，将原来开设的基于DOS环境的“计算机基础知识及应用”课程改为基于Windows环境的“计算机文化基础”课程，并按不同专业开设不同的计算机语言课程。这一重大举措不仅涉及到基于Widows环境的课程体系设置和教学方法、教学手段的改进，更重要的是教材建设和师资队伍建设。1997年我校成立计算机系，计算机系的计算机基础部全面负责全校的计算机基础课程教学及管理。基础部教师们探索计算机基础课程的教学规律，完善课程体系，进行了全方位、力度较大的一系列教学改革：1998年和2001年编写了基于Windows环境的《计算机实用基础》《计算机应用基础》教材；积极制作计算机基础课件，改革教学方法与手段，结束了“黑板+粉笔”的单一的教学模式。

3.“大学计算机基础”课程建设期（2002年-2007年）

2002年全面修改课程内容体系。“大学计算机基础”课程教学较之“计算机文化基础”有了很大程度的改革，无论从内容的广度、深度有了质的改变，强化了计算机的基本原理、基本知识、基本方法，增加了数据库基础、多媒体基础、网络基础，计算机信息安全、程序设计基础等。2004年按照教育部计算机课程指导委员会推出的“白皮书”中关于该课程的改革精神，基础课教师相继编写出版了《大学计算机信息技术基础》《大学计算机基础》等教材和与之配套的实验教材。为保持教材的连续性并与“白皮书”设置的课程的一致性，将“计算机基础知识及应用”课程改名为“大学计算机基础”。

4.“大学计算机基础”课程分类分层改革（2008年至2018年）

针对高校非计算机专业计算机基础教育新形势的需求，学院基础课教师提出了计算机基础教育教学理念，即“面向对象、分类分层；因材施教、教育创新”；对大学计算机基础课程体系进行改革，提出了分类分层教学改革方案，即分为三个类别（理工类、文管类、艺术体育类）、三个层次（免修、较高要求、一般要求）。在这个教学改革方案下，设置了不同类别、不同层次的计算机基础课程体系，制订了具有各自专业特色的分类教学计划和体现不同学生个体差异的分层次教育模式。具体措施有：针对大学计算机基础课程不同类别、不同层次的教学需求，建立了丰富完备的教学资源，包括教材、多媒体教学包、辅助教学网站、实验教学环境和资源等；针对分类分层教学需求，改革教学模式和手段，从传统的教学模式转变为在教师指导下的学生自主学习的方式；通过课堂教学、实验教学、自主学习和个性化学习、创新活动等多种模式，积极培养学生创新意识和创新能力。

二、当前“大学计算机基础”课程面临的问题

信息技术革命日新月异，物联网、云计算、大数据这些新概念和新技术的出现，在很多领域引发了一系列革命性的突破，信息技术已经渗透到各个学科，因此教育部对大学计算机基础课程教学提出了新的要求。面对当前计算机基础教育的新形势，目前国内高校开设的“大学计算机基础”课程面临以下两个问题。

1.计算思维缺少“落地”环节

2016年1月，教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会确立了推进课程改革的总体目标：明确以计算思维为导向的教学改革方向、探索多元化的教学方案、推动以在线开放课程为代表的教学模式改革、完善课程教学成效测评方式，从而建设适应时代要求的新的大学计算机基础教学体系[1]。计算思维作为大学计算机基础课程的核心教学内容之一，需要让学生能够在计算机上“体会和实践”计算思维，从而提升包括计算思维在内的普适性能力，更高层面为专业服务。但是，包括我校在内的国内部分高校的计算思维教学仍然停留在对计算思维概念层面的介绍，还没有更好的解决在实际教学过程中“落地”问题。

2.人工智能基础知识的匮乏

2018年，教育部关于印发《高等学校人工智能创新行动计划》的通知中指出：根据人工智能理论和技术具有普适性、迁移性和渗透性的特点，主动结合学生的学习兴趣和社会需求，积极开展“新工科”研究与实践，重视人工智能与计算机、控制、数学、统计学、物理学、生物学、心理学、社会学、法学等学科专业教育的交叉融合，探索“人工智能+X”的人才培养模式；文件明确规定将人工智能纳入大学计算机基础教学内容[2]。但是，笔者查阅了目前国内很多高等学校的教材，“人工智能”在大学计算机基础教材中鲜有介绍。与此同时，在国内影响力大、受众较广的平台如“中国大学MOOC”“学堂在线”等，目前虽然开设有“人工智能与信息社会”“人工智能导论”等相关课程，也没有在“大学计算机基础”课程中介绍人工智能基础的知识点。

中国矿业大学计算机科学与技术学院在学校的大力支持下，在广泛调研、研讨和汇报后，统一思想，构建“计算思维与人工智能基础”新课程体系，并于2018年9月在中国矿业大学2018级矿业学院和安全学院学生中进行授课，于2019年4月在“中国大学MOOC”开设“计算思维与人工智能基础”在线开放课程。

三、构建“计算思维与人工智能基础”新课程体系

中国矿业大学在调研其他高校优秀成果的基础上，提出了构建“计算思维与人工智能基础”新的课程体系。

1.教学目标

“计算思维与人工智能基础”课程是中国矿业大学计算机基础通识教育的第一门公共基础必修课，在培养学生的计算思维水平以及人工智能基础理论方面具有基础性和先导性的重要作用，适用于非计算机专业学生。通过该课程的学习，使学生掌握计算机软硬件的基础知识、计算机求解问题的基本方法以及人工智能的基本知识，以培养学生的信息素养和计算思维能力、运用计算机解决实际问题的能力，进一步提高学生对人工智能的整体认知和应用水平。

2.教学内容

“计算思维与人工智能基础”课程的知识点包括计算机与计算思维、互联网与物联网、计算机求解问题基础、人工智能基础四大模式（见表1）。

表1 “计算思维与人工智能基础”课程知识点模块

“计算思维与人工智能基础”新课程教学内容主要有两大特色：

（1）进一步明确“计算思维”在大学计算基础通识教育中的核心地位。在第1模块“计算机与计算思维”和第3模块“计算机求解问题基础”中切实解决计算思维的“落地”问题。其中，在第3模块中选择Raptor——一种基于流程图的可视化程序设计环境。Raptor规则简单，容易掌握，能够使学生短时间就可以进入问题求解的实质性算法学习，让学生在计算机上“体会和实践”计算思维[3]。

（2）将人工智能纳入大学计算机基础通识教育。具体知识点内容如下：人工智能概述知识点包括人工智能的概念、人工智能的发展、人工智能的研究内容、人工智能的主要方法以及人工智能当前研究热点（机器视觉、自动驾驶、自动客服等）；搜索与博弈知识点包括基于状态空间图的搜索技术、深度优先搜索和宽度优先搜索和博弈；机器学习知识点包括机器学习概述、距离函数及相似性度量函数、分类算法分析和聚类算法分析。

3.教材建设

在教师、知识、学生的教学活动序列中，教材具有举足轻重的地位，不仅是“体现教学内容和教学方法的知识载体”，而且是开展教学活动、联系教学和学生的重要工具和纽带。2018年教学团队成员编写“计算思维与人工智能基础”教材，共分为九章内容，分别是：第一章“计算机技术与计算思维基础”，第二章“计算机中信息的表示”，第三章“计算机系统的基本组成和基本工作原理”，第四章“互联网与物联网”，第五章“计算机新技术”，第六章“计算机求解问题基础”，第七章“人工智能概述”，第八章“搜索与博弈和第九章机器学习”。

教材的表现形式有数字资源平台包括试题库、PPT课件、电子教案、教学大纲、教材素材等。教材同时提供教学短视频二维码，方便学生扫描预习和复习。2019年4月，教学团队编写的“计算思维与人工智能基础”教材正式立项为“十三五”江苏省高等学校重点教材。

4.教师队伍

为了加强“计算思维与人工智能基础”授课教师的水平，中国矿业大学计算机科学与技术学院对现有师资管理方式实施调整，加大师资队伍的培训力度。

（1）调整教学系室结构。首先将计算机基础部18名教师转入专业系室，使他们逐步融入专业教学并拓展自身知识结构和教育理念。通过师资管理模式的变革，为教师创造了换角色、换视角、换位思考的机会，使他们能够在课程调整之后，驾驭教材、分解知识点的能力得到提升。其次，鼓励长期担任专业课的教师主讲“计算思维与人工智能基础”课程。这些具有广阔的计算机专业知识背景的专业教师，根据自身对计算机科学领域的研究，对“计算思维”和“人工智能”的解读更加深入。他们的授课得到非计算机专业学生的一致好评，使更多的学生受益，也提升了学校“计算思维与人工智能基础”课程的整体教学水平。编入专业系室的基础课任课教师，在承担一到两门专业课程的同时，参与课程设计、毕业设计等工作，拓展了专业能力和职业素养。

（2）师资队伍培训。为了进一步提升教师的专业能力，引导教师研究教学、潜心教学，切实提升教师的教学能力和水平，学校教务部联合学院，每年组织两次“师德师风与教学能力提升研修班”。为了在我校全面开展“计算思维与人工智能基础”课程教学，该课程的任课教师全部参加2019年苏州大学的“大数据、人工智能”专题师资培训。

5.教学手段

“计算思维与人工智能基础”在传统多媒体教学的基础上，加入网络教学环节，进行了MOOC平台建设。借助“中国大学MOOC”网络平台，教学团队于2019年4月推出“计算思维与人工智能基础”网络在线课程。根据第一轮网络授课基础上总结的经验，计划2019年9月在中国矿业大学新生中实施“MOOC+SPOC”的线上线下混合教学模式，进一步提升学生课堂参与力和讨论能力，提高学生学习兴趣和积极性，培养学生自主学习能力。进行线上线下的混合教学，特别需要加强对学生学习过程的监控。因此，课题组采取两大措施保证良好的教学效果。

（1）重视学习跟踪。利用网络平台，每章课程学习结束后向学生发布学习内容和学习要求，并将学生学习情况（如观看视频、章节测验、作业等）向学生发布，以达到督促的目的。

（2）重视过程考核。为了引导学生从关注“期末一锤定音”到关注“学习过程”，我们将课程最终成绩分为线上学习成绩和线下学习成绩，成绩比例分配如表2所示。线上学习成绩包含章节测验和观看视频部分成绩，这部分成绩比例不能过大，否则就会造成成绩失真。线下学习成绩包含课堂表现及综合作业、课堂测验和期末考试部分。

表2 “计算思维与人工智能基础”成绩比例分配

6.教学保障

随着网络的发展，目前考试的形式已经转向为计算机网络为依托的在线考试模式。题库建设是在线考试系统的真正核心，是在线考试中最重要的一个环节。为了保证“计算思维与人工智能基础”课程的标准化测试，教学团队建设完成机考题库系统。题库中知识点设计既要符合教学大纲的要求，又要突出课程的重点难点，并且需要全面覆盖教学内容。“计算思维与人工智能基础”题库系统分为两部分：一部分是练习题库，供学生在学习一个阶段后，管理员开放练习题库让学生测试知识点的熟练程度；另一部分为考试题库，专门用来课程的标准化考核。

“计算思维与人工智能基础”课程配套的实验课程内容在进一步完善之中。目前，实验预约课程管理平台已经建设完成。计算机科学与技术学院利用专业优势，自主研发了实验预约课程管理平台，主要的功能模块是：学生实验预约系统、实验排课系统、教师管理系统、学生管理系统、实验室课表管理系统、实验室动态信息系统和统一身份认证系统。学生通过手机或者电脑自主预约实验上课时间，根据课程平台的预约时间和机房；教师根据学生实验内容进行个性化指导，不再统一规定实验内容和实验进度。考虑到大学生计算机基础差异，教师根据实验教学重点和难点，提前录制了微课程，发布到实验教学平台供学生随时随地的网上观看或本地下载学习。

四、结束语

2018年12月，“计算思维与人工智能基础”第一轮授课结束。通过调查数据显示，379名中国矿业大学矿业学院和安全学院的学生对“计算思维与人工智能基础”课程的整体评价较高：占87.1%的学生喜欢学习这门课程，占88.4%的学生认为在将来的工作以及生活中都会有一定的应用，接近七成的学生认为很有必要学习这门课程。

然而，在推进“计算思维与人工智能基础”课程教学改革过程中，还有很多具体问题值得探讨，亟待解决。例如，目前还有没有适当的、针对大一新生知识背景的人工智能基础实验；没有基于学生知识和能力水平差异的“计算思维与人工智能基础”分层教学；课程的教学评价有待进一步细化；等等。