李艳玲，张剑妹，王文溥

(长治学院 计算机系，山西 长治，046011 )

大学计算机基础教育在高校通识教育背景中对非计算机专业学生的思维能力培养起着举足轻重的作用。学生通过对大学计算机基础课程的学习，不仅可认识以计算机为核心的信息技术在信息化社会中的地位和作用，更重要的是能够培养其信息素养，为后续专业课程的学习打下一定的基础。

培养创新型人才是当下高等院校的核心任务。在此背景下新工科教育改革方向得以形成，并先后形成了“复旦共识、天大行动和北京指南”。2018 年教育部提出大力发展“新工科、新医科、新农科、新文科”的四新战略布局。如何应对新科技革命的挑战是摆在相关学科教学面前的难题。新工科的内涵是“培养未来多元化、创新型卓越工程人才”，而新形势下大学计算机基础课程的教学改革，对培养具有可持续竞争力的“创新型卓越工程人才”显得尤为重要。新工科要求地方应用型本科院校要对区域经济发展和产业转型升级发挥支撑作用，充分利用地方资源，发挥自身优势，深化产教融合、校企合作、协同育人，增强学生的就业创业能力，培养大批具有较强行业背景知识、工程实践能力、胜任行业发展需求的应用型和技术技能型人才[1]。因此，地方应用型本科院校如何切实有效地进行大学计算机基础课程的教学改革，以适应新工科人才培养的需要是目前亟待解决的问题。

20 世纪70 年代末，国内高等院校面向各专业大学生开展计算机基础教学。随着计算机的普及和网络的发展，人类进入信息化社会，整个社会对于计算机的依赖程度越来越高，高校计算机教育也变得越来越重要。1997 年教育部高教司颁发了《加强非计算机专业计算机基础教学工作的几点意见》,对于促进和规范高校计算机基础教学工作发挥了重要作用。实践证明，该课程所包含的知识和技能对于信息化时代的大学生来说是不可或缺的。使学生较系统地学习计算机的操作技能和相关的科学理论，提高学生获取新知识的能力，提高计算机文化素质，能够使其适应未来工作的需要，为今后进一步学习打下了良好的基础。但这个时期的计算机基础课程更多处于扫盲阶段，没有将能力培养的重要地位突显出来。21世纪随着互联网的广泛普及，MOOC 和SPOC 席卷全球，大学教学方式发生了翻天覆地的变化。大学计算机基础教学面临着巨大的机遇与挑战。

1 面向新工科的计算机基础课程体系构建

1.1 计算机通识能力培养的教学目标

教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会制订的《大学计算机基础课程教学基本要求》提出：大学计算机基础课程应该培养学生的“认知与理解计算系统和方法，掌握应用计算机技术分析解决问题的方法，正确获取、 评价与使用信息的素养，基于信息技术手段的交流与持续学习能力”，从教学层面上提供一个可操作的内容和标准，以实现学生计算机通识能力培养的教学目标[2]。而新工科时代的主要特征是智能化和信息化，强调培养人工智能、智能制造、“互联网+制造”、机器人、云计算与大数据等方面的跨学科、跨专业的新型人才培养的重要性和紧迫性，对学生计算机系统的综合应用能力提出了更高的要求和目标。

根据新工科教育的新目标，结合《大学计算机基础课程教学基本要求》，笔者以“通过计算机基础知识，建立计算机科学与机器计算的思维方式，具有面向算法计算的思维能力；通过现代软件的运行模式，建立面向问题的思维理念，具有在现代计算机环境下解决复杂问题的能力；掌握面向解决系统性问题的方案设计与实践方法，初步具备新工科理念解决系统性、综合性问题的能力”等三个方面为教学目标，培养学生的计算机通识能力[3-5]。

1.2 大学计算机基础课程体系

21 世纪，大学计算机基础教学通过构建“能力体系-知识体系-课程体系”，扩展了计算机基础教学的广度与深度。课程体系建立于知识体系和能力体系基础之上，基于此，按照“1+X+Y”的结构设置大学计算机基础课程的体系基本框架，如图1 所示。该体系结构中，“1”为计算机文化基础，主要讲授计算机基础知识和基本技能。“X”指的是x 门拓展课程，“Y”指的是一组深度运用信息技术的程序设计课程。

图1 “1+X +Y”课程体系结构

x 门拓展课程旨在补充各专业因学时所限而无法涉及的内容及计算机领域的前沿技术，拓宽和加深课堂学习的内容。y 门深度运用信息技术的程序设计课程面向复合要人才的培养，注重培养学生利用计算机技能解决实际应用问题的能力，增强学生的就业能力。根据不同的专业需求，可以在原有的课程体系中增加拓展性内容。按照上述基本框架，通过入学测试及发放调查问卷，了解学生需求，开展分类分层多样化教学[10]。

根据我校实际情况，将非计算机专业学生主要分为三类：理工类、文科类和艺术类。理工类学科学生逻辑性强，注重规则，态度严谨，具有良好的逻辑推理能力。因此讲授内容侧重于程序设计、大数据应用等，培养具备程序设计能力的创新人才。文科类学生综合素质高，富有创新进取精神。讲授则偏重于信息检索等知识，注重培养学生敏锐的信息意识和计算思维。艺术类专业包括音乐、体育、美术和学前教育。这类学生的整体文化基础水平较弱，但是思想活跃，有较强的赏析能力。所以从传统侧重知识的传授转向注重实践能力的培养，采用项目驱动方式强化软件应用能力的形成，培养其作品欣赏与设计能力。

1.3 课程实施

1.3.1 理论教学

根据教指委的教学基本要求，大学计算机教学包含3 个领域，即系统平台与计算环境、算法基础与程序开发、数据管理与信息处理。每个领域又包含若干子领域，可根据分类分层次的需求及学生的掌握水平调整内容，设计适合本校不同专业学生的教学方案。

基于网络合作学习理论对原有教学内容重新整合并梳理排序，从而使整合后的知识模块能够与网络课程教学平台较好地结合在一起。通过在线学习和课堂教学，进一步加深和完善教学内容。在线学习的各模块知识要点相对独立，便于实现碎片化学习。采用翻转课堂进行教学，以此提高学生的学习积极性。

1.3.2 实践教学

大学计算机是一门实践性非常强的课程，旨在培养学生运用计算机解决实际应用的能力。关于实验步骤的讲解，以往只能通过老师的语言描述，其中涉及到的理论、算法等内容非常抽象、不易理解。虚拟仿真实验将枯燥的实验数据可视化，用直观的动画演示帮助学生理解复杂的概念及原理，打破过去“老师讲，学生听”的单一局面，提升学生身临其境的参与感。为提高学生实验实践能力及创新实践能力，笔者自主研发了进程调度的模拟实验，为学生计算机能力的提升提供强有力的保障，如图2 所示。通过虚拟仿真实验，加深学生的工程实践能力。该实验结合实例演示激发学生主动思考，配合帮助文档引导，在相对轻松的氛围中帮助学生理解程序与进程的关系。

图2 虚拟仿真实验效果图

以学生素质和能力的培养为出发点，采用“进阶式”教学，分层设计实验内容。实验按层次划分为基础验证型实验、综合型实验和创新型实验。基础验证型实验主要用于巩固课内知识点，以便老师了解学生的学习效果和实际动手操作能力。课外学生还可以通过小组合作形式设计综合型实验，进一步综合应用所学知识点。创新型实验则针对有余力的学生，重点培养其创新性思维。

1.3.3 思维能力培养

计算思维能力可通过熟练掌握计算机科学的基础概念而提高。《大学计算机基础课程教学基本要求》中总结凝练了大学计算机教学涉及的42个主要核心概念，并将其划分为基于8 个类别的计算思维表达体系，即计算、抽象、自动化、设计、评估、通信、协调和记忆，每个知识模块需关注相应核心概念的计算思维培养，在课程中渗透计算思维的思想[11]。如程序设计课程体现了诸多计算思维的核心思想，这些思想和方法有助于学生理解计算的本质和计算机求解问题的基本思想。因此掌握计算机分析问题和解决问题的思想方法，并创新性地用于其他应用问题的求解，特别是学生感兴趣的实际问题，加以适度引导从而作为创新型实验，可以激励学生创新意识，提升计算思维能力。

在此过程中同时关注课程和思政的结合，丰富课程内容，如振兴中国芯片、发展5G 技术等，鼓励学生为中国梦奋发图强，培养学生的爱国情怀[12]。

2 多元化交互式教学模式

随着教育信息化2.0 时代的到来，多元化和网络化模式正日益取代传统的单一化教学。多元互动使教师和学生的身份发生了本质的变化，学生和教师不再只是教与学的关系，而是在此基础上实现的多元化互动格局。因此有必要以上述课程体系基本框架为依据，建立多元交互的学习模式[13]。

教师将课程内容划分成若干模块，基于MOOC 平台制作线上课程，打破传统课堂教学的局限，提升教育教学质量。整个教学分为课前、课中和课后三个部分，如图3 所示。

图3 “多元交互学习”教学模式

课前教师发布学习任务，学生利用碎片时间选取模块线上听课。在此过程中，学生真正实现按需学习，对于不熟悉的内容可以反复学习。这部分基础知识以自学为主，课上不再重复讲解。课中，教师作为引导者，以翻转课堂的方式进行答疑解惑。由于学生已提前预习，所以一定是带着问题听课的，由此可以提高课堂上对这些知识点的掌握程度。教师可以采用小组讨论、项目探究等多种方式增强师生、生生间的互动，激发学生的学习兴趣。课后通过设计作品、互评、线上测试等方式形成考核机制，有利于学生总结反思，从而达到知识升华的目的。在此过程中，线上平台会记录每位学生的学习痕迹，所有学习过程均可以被统计，为教学跟踪与反馈提供依据，促使学生按设定的目标主动学习。

结语

新工科建设背景下，大学计算机基础教学如何改革是一个重要的议题。计算机基础课程的实践性和应用性特点决定了其在专业建设、学科建设中必然发挥重要的作用。未来教育对课程目标、课程定位、内容设计均提出了新的要求。另一方面，互联网、大数据、人工智能的发展改变了传统的教学环境，极大地影响了我们的学习和思维方式[14]。只有确立分类课程体系与交流互动的教学模式，才能实现学生全面、多样化、个性化的发展，才能体现以学生中心，注重能力培养的教学理念，才能有效提升课程的高阶性和创新性。