秦永彬 林川 杨志 张波

摘  要：在数字化背景下，我国提出要实施国家教育数字化战略行动，推动新工科等领域的人才培养和对应课程的高质量建设。于是，计算机公共基础课程作为建设“四新”学科的重要支撑，其数字化转型、改革和应用必将得到更多的关注，同时也将面临新的挑战和机遇。该文总结目前的大学计算机公共基础课程教学中存在的问题，并探讨在教育数字化转型背景下对该课程的教学改革思路，重点在于如何通过大数据、人工智能等结合新兴的数字化技术分析学生的学习过程、教师的教学过程及二者的交流过程，促进教师的教学能力及学生对计算机知识的自主学习和综合运用能力，并尝试以数字技术为依托改革课程体系和教学模式，实现计算机公共基础课程教学的数字化转型。

关键词：数字化背景；教育数字化转型；计算机公共基础课程；数字化技术；教学改革

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）15-0046-05

Abstract： Under the background of digitalization， China has proposed to implement the National Education Digitalization Strategy Initiative to promote the training of talents and the high-quality construction of corresponding courses in areas such as the new engineering disciplines. Thus， as an important support for the construction of "four new" disciplines， the digital transformation， reform and application of computer public foundation courses will certainly receive more attention， and will also face new challenges and opportunities. This paper summarizes the current problems in the teaching of College Computer Public Foundation Course and discusses the teaching reform ideas of the course in the context of digital transformation of education. The study focuses on analyzing the learning process of students， teaching process of teachers and the communication process between them through big data， artificial intelligence and other emerging digital technologies， promoting the teaching ability of teachers and the independent learning and comprehensive application of computer knowledge of students. The aim is to reform the curriculum system and teaching mode based on digital technology to realize the digital transformation of the teaching of computer public foundation courses.

Keywords： background of digitalization; context of digital transformation of education; Computer Public Foundation Course; digital technologies; teaching reform

2022年10月16日，習近平同志在中国共产党第二十次全国代表大会上的报告中指出：“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。[1]”2022年，国务院印发《“十四五”数字经济发展规划》，提出深入推进智慧教育[2]。全国教育工作会议提出实施国家教育数字化战略行动。在我国信息化快速建设、发展及广泛应用的推动下，教育信息化已经从最初的1.0时代跨越到2.0时代，且大跨步开启了教育数字化建设的新征程。

随着人工智能、云计算、物联网、大数据和区块链等新兴技术的高速发展和实际落地应用[3]，数字化信息处理技术不断向各行各业融合和渗透，各行业领域和各学科领域对于数字化技术的需求越来越大，这对新工科、新医科、新农科和新文科等领域人才的培养和对应数字技术课程的建设提出了更高的要求[4]。

显然，“四新”学科的发展需求强调了面向非计算机类专业学科开设和变革信息课程的重要性，强化了针对非计算机专业学生开展计算机基础知识教学的思想性和实用性，强化了对于数字技术应用和教育数字化转型的深入理解和实践要求，强化了跨学科、跨专业、跨领域培养计算机创新应用型人才的发展要求[5]。在目前的计算机基础课程教学中，除了传统通用基础软件的使用，Python、R语言等各类专业软件和工具的使用也成为该课程的发展趋势和要求。此外，现在学校的计算机公共课程体系设置和教学方法大多是传统教育、在线教育或者是二者相结合的教育方式，这些教学方法对师生互动、学习行为捕捉、学习过程跟踪及学习效果评价的支持并不友好。因此，计算机公共基础课程需要顺应时代发展趋势，顺应学科数字化交叉应用的趋势，以数字技术为依托改革课程体系和教学模式，实现公共课程教学的数字化转型。

一  现有的计算机公共基础课程教学存在的问题

近年来，在信息化技术快速发展及新冠感染疫情的影响下，我国众多高校开始采取互联网与实际课堂学习相结合的教学模式，通过虚拟场景与现实学习相互交织和共同促进，形成多元体系结构和教学层次的场景生态，构建以学生为中心、以培养高质量人才为目标，实现个性化授课与学习服务的教育新形势、新态式[3]。自2020年开始，许多高校的相关课程只能在线上开展，如通过超星学习通、雨课堂、中国大学MOOC等平台开展大学计算机基础等课程的线上教学。同时，在疫情防控常态化的背景下，不少高校也在这些平台上开展了大量关于计算机公共基础课程的线上线下相结合的教学工作。这些教学工作积累了一定的教学经验，也发现了很多问题[3-10]。这些问题集中表现在教师和学生对线上课程或混合型教学方式的认可度不是很高；大学计算机公共基础的课程门数种类很多，面向的学生专业方向很多，如果不对学生进行相应的专业与层次分类，而是简单地使用线上与线下的混合教学方式，不能很好地激发学生的学习积极性；线上课程及混合型课程的课程目标达成度，学生的线上学习体验感、学生对知识的把握程度、线上线下教学的融合程度和课程评价体系等一系列问题都需要进一步改进。

总的来说，现有的计算机公共基础课程体系设置和教学方法存在以下几个方面的问题，且以往的计算机公共基础课程的体系结构如图1所示。

（一）  学生基本素养差异

计算机公共基础课通常面向本科低年级（如大一、大二）的学生设立，但是由于学生不同的家庭情况、生长环境、所在地区等众多因素的影响，每位学生对于计算机基础知识的了解、掌握和应用水平都有着较大的差异。有些学生在中学阶段就能熟练地操作计算机甚至能够编译简单的应用程序，但也有部分学生（尤其是一些农村偏远地区、家境较为贫寒的学生）却连计算机都没有接触过，不懂任何计算机知识，也没有任何计算机基础，起点偏低。并且由于本门课程是公开选课后由授课教师进行大班授课，以往的授课模式会使得一部分掌握计算机基础知识的学生觉得过于简单，另一部分毫无计算机基础的学生又存在跟不上、学不懂的问题，这容易影响学生的学习积极性和授课效果。

（二）  教学手段不足

计算机公共基础课程提供了一定课时的线下面授辅导，但部分教师在课堂上仍然采用传统方法向学生灌输知识点，忽略了上机实践操作，学生只能被动吸收书本的理论知识，不能体现计算机应用基础课程的实践性和操作性。另外，虽然许多的在线教育平台提供了在线学习及在线测评的相应功能，但是部分老师教学手段单一，过度依赖线上教学，平常也不跟学生进行讨论和交流，教学效果并不理想。

（三）  教材等教学资源滞后

在信息时代，互联网发展日新月异，计算机软硬件更新也很快。但是每位学生自身需求和能力不同，老师不能有效地进行分层教学，为学生提供具有个性化的自主学习教学资源，学生在网上学习过程中缺乏选择性和主动性，不利于培养学生自主学习和探究的能力。

（四）  课时少，教学任务繁重，师生沟通欠缺

该课程通常只设立32学时或48学时，需要在短时间内完成高质量的课程内容教学，教授任务非常繁重。加之现有的教学模式通常以教师教学为主，忽略了学生自主学习的主观能动性，且师生间不会进行主动的交流与沟通，导致学生缺少自主思考和學习的时间，只能被动地接收和消化授课教师在课堂上教授的有限知识。长期以往，学生不仅会逐渐失去学习计算机知识的兴趣，而且容易失去质疑和创新精神。

（五）  学生不分专业方向的统一选班教学模式导致无法因材施教

目前该课程的主流教学模式是教师同时面向一个班级的所有非计算机专业的学生，使用完全一致的计算机公共基础课程教材或统一的网上课程、采用同一个评判打分标准、统一的模式（如翻转课堂、微课堂）进行教学，无法根据学生之间不同的能力水平进行因材施教，完全属于“一刀切、一锅煮”，容易造成有些学生觉得过于简单，而部分学生又听不懂、学不会的现象。

（六）  课程体系及评价方式单一

以往线下或线上的教学方式通常由教师规定统一的课程、采用统一的教学模式和评价标准来开展计算机基础课程的教学。显然，这对学生而言是极其不友好的，学生无法根据其自身的知识水平、兴趣爱好来选择课程，而且学生成绩评价方式不够科学。该门课程主要通过作业、上机实训操作以及期末实践对学生进行考核，学生往往只关注需要考核的方面，完成教师要求的任务，缺乏过程性考核。

（七）  缺少过程性建模，无法有效地分析教学活动

现有的线上教学模式没有通过大数据、人工智能、物联网等新兴技术对学生的学习过程、教师的教学过程及二者的交流过程进行有效的建模和分析，导致无法深入捕捉和挖掘学生的有效学习行为、教师的高质量教学行为，以及学生与教师之间起积极促进作用的沟通交流行为。

（八）  线上平台收集的大量数据未得到较好地分析和利用

学校多年使用的各类信息管理系统或目前使用的在线教学平台（超星学习通、雨课堂、中国大学MOOC等）收集的大量教学数据没有得到很好的分析和利用，使得学生无法顺畅地进行数字化学习。同时，由于缺少对教学工作者的教学数据进行分析和挖掘，会导致教学工作者缺少相应知识和技能来保障高质量的数字化教学等。

（九）  缺少奖励机制，不能充分调动学生的自主学习积极性

虽然说学习是学生自己的事情，所学的知识也是学生自己的收获，但是目前在该课程的教学过程中缺少合适的奖励激励机制，无法充分调动学生的主观能动性，这会导致学生的自主学习积极性不高，也不愿意进一步提升自己对于计算机知识的综合运用能力。

二  数字化转型背景下计算机公共基础课程教学改革思路探索

根据前文对目前计算机公共基础课程教学存在的问题进行阐述和深入剖析后，现对其课程体系设置和教学方法等数字化教学改革工作提出以下几点建议。

优化教学内容。在计算机公共基础和前沿技术课程的教学中，通常存在着重理论轻实践的现象。该课程的理论知识得到充分的教学，然而却忽略了引导学生理论联系实践。信息技术发展很快，传统的按照教材内容进行教学的方式已经不能适应社会发展的需求，教师必须在遵照教学大纲要求的前提下融入当下的新技术和新应用的知识，同时也要在教学过程中融入思政元素，以满足学校对教学的要求。

革新教学模式。大学计算机基础这门课的学时通常只有48学时，如何在有效的学时内让学生既学习到计算机基础理论知识，又结合自身专业学习一些软件的应用和计算思维的知识，就目前看来，只有通过在线学习平台实现线上线下混合教学才能解决以上问题。

开展分层次教学。对于综合性的大学来说，院系与专业较多，各个专业对学生的计算机应用能力要求不一样。同时，学生来自不同的城市，其在中学阶段所受的计算机教育差异较大，如果采用传统的教学模式使用统一的教学大纲与教学内容，老师很难调动学生的学习积极性，也体现不了不同专业所学计算机知识的不同要求。所以需要对全体学生开展因材施教，使水平不同、能力不同、层次不同的学生都能学习到符合自身发展和社会需求的计算机专业知识和专业技能。

转变教学观念，革新教学理念。在传统的教学观念和理念中，教师们通常认为学生只需要掌握课本上的知识就行，这严重阻碍了学生对计算机基础知识学习的主观能动性，也忽略了社会对复合型人才的需求，同时还不便于开展分专业、分层次的针对性教学模式并设立相应的课程体系。因此，高校教师要逐步转变教学观念、不断更新教学理念，充分了解和掌握现代化、信息化、数字化理念及相应知识、技能，深刻认识和理解学生学习的主观能动性、分专业类别和分能力层次开展教学的重要性以及社会需求的紧迫性，从而使得自身的教学能够在学生今后的就业和工作中发挥应有的作用。

构建学习全过程追踪体系。结合新兴的大数据、物联网、区块链、深度学习、人工智能和虚拟现实等信息技术构建数字化基础课程教育平台，并通过该平台对学生的学习过程、教师的教授过程及二者的交流学习过程进行全方位追踪和分析，充分利用有限的教学时间快速发现学生和教师的不足，从而帮助学生和教师查缺补漏，也便于开展多元化、分层次教学。

有效分析和利用在线平台收集教学数据。利用构建的数字化基础课程教育平台对互联网在线学习平台（如水杉在线）以及学校多年使用的各类信息管理系统所收集的大量教学数据进行有效挖掘和分析，并基于该分析结果对学生、教师、课程知识点进行高质量刻画和数字化特征建模。之后通过人工智能、大数据、云计算等技术不断更新三者之间的时序特征，以此实现学生根据自身的需求和能力来选择相关的课程，并且向学生推荐其能力适配、感兴趣的学习资源，同时给教师提供多元化的教学方案，帮助教师优化教学内容、革新教学理念、开展多层次教学。

完善课程体系及评价方式。在数字化基础课程教育平台中完善计算机公共基础课程体系设置，并根据学生不同的知识水平、兴趣爱好、数字化特征进行分层次、分班教学。之后，教师可以通过平台查看学生所选择的不同课程，设立多元化课程评价标准，同时可根据全过程追踪体系实现学生的学习行为捕捉、刻画及过程化考核。

设立合适的奖励激励机制。通过设立合适的奖励激励机制来提升学生的自主学习积极性。比如，学生在完成多少課程、多少知识点，参加“互联网+”、挑战杯等重大赛事，或者是构建一些数字化应用平台的情况下可以适当增加平时成绩的比重，从而提升学生对计算机基础课程和相应知识的学习主观能动性、积极性以及学生对计算机综合知识的数字化应用能力。

总之，在教育数字化转型的大背景下，针对面向新工科的大学计算机公共基础课程体系进行分专业类别与层次的改革方式如下。

第一个层次，大学计算机基础是整个课程体系中培养学生计算机素养，提高计算机应用能力的重要课程。大学计算机基础作为教授计算机知识的通识型课程，通常面向全校学生开放，且没有明确的专业指向， 其目标在于向非计算机专业的学生普及计算机的基本知识和原理，重点是让该类学生了解计算机系统的基本知识、基本程序设计思想及方法、计算机基本应用程序和信息技术与实际应用等。根据学生人数多和专业种类多的特点，可以按照学生不同的专业类别，把该课程分成三个类别种类，第一个类别是针对体育与艺术类学生，开设传统的大学计算机基础课程；第二个类别是针对文科学生，开设大学计算机基础与计算思维；第三个类别为针对理工科学生，开设大学计算机基础+程序设计+大数据与人工智能新技术简介。

第二个层次，在计算机应用基础之上的技术型应用课程。此类课程具有较为明确的专业指向性，且含有很大范围的专业覆盖性和实际应用需求性，重点是使学生根据各自专业的应用特点，熟练掌握计算机技术在自身专业领域中的广泛运用，为今后的工作和实际应用打下相应的基础。典型的技术型应用课程有程序设计基础（算法与数据结构、C与Java）、Python高级程序设计应用（爬虫、数据分析、机器学习）、数据库技术与应用、Java web程序设计与应用、多媒体技术与应用（PS、Premiere视频剪辑等数字媒体处理软件），大类专业应用基础课程（AutoCAD，涉及建筑、设计、机械等大量工科学院）以及新兴信息处理技术方面课程如安全多方计算、人工智能、深度学习、机器学习、虚拟现实、云计算、大数据技术、物联网技术和区块链技术等。

第三个层次，计算机应用技术与实际专业相结合的基础性交叉型、复合型、应用型课程，同时考虑学生的创新创业的一些竞赛类课程。这类课程具有明显的专业特征和需求，主要是培养学生跨专业应用计算机技术解决问题的能力，从学生专业需求的角度展现和运用计算机技术和方法解决实际生活的难题。典型的基础性交叉型、复合型、应用型课程有物联网传感器技术与应用、工业互联网、嵌入式技术及应用、对话机器人及其应用、人工智能与智能系统和数字化技术及应用等。新的计算机公共基础课程体系结构如图2所示。

此外，构建的数字化基础课程教育平台的基本思路及运转流程如图3所示。在该平台的助推下，新兴的信息技术被用来刻画和建模教师、学生、知识点及三者间交互的数字化特征；教师可以开展多元化、分层次的数字化教学，而学生可以根据自身的需求和能力来选择相关的课程；平台的过程性建模和全过程追踪被用来帮助学生和教师查缺补漏；奖励激励机制也有助于提高学生的自主学习积极性和主观能动性。

三  结束语

尽管我国教育信息化取得了阶段性的成就，但当前数字技术与计算机公共基础课程教学的融合仍存在着诸多挑战。数字化学习环境下已有的教学方法和课程体系无法满足要求；学生的学习过程也并非数据全覆盖。特别地，在信息社会背景下，掌握基本数字化应用能力的人才培养已成为各行各业数字化转型的关键推力，教育需要培养出能够主动适应未来数字化社会发展的人才。因此，除了本文已经提出的一些数字化教学改革的方案外，如何进一步使用人工智能、云计算、5G通信技术、物联网、大数据、工业互联网、区块链及元宇宙等新一代信息技术加速推动计算机公共基础课程教学的数字化转型仍然值得探索和研究。

參考文献：

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