新工科下计算机基础教育改革探究

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摘要:新工科背景下，计算思维成为所有大学生应该具备的素质和能力。以培养“新工科”人才为目标，武昌工学院展开以计算思维为核心的计算机基础教育改革。改革方案中，“计算机技术与应用”课程通过以证代考方式督促学生对计算机基础知识与基本技能的学习，使学生形成初步计算思维;以计算思维为切入点，推进“程序设计及编程语言类”教学改革，培养学生利用计算机解决本专业领域问题的能力，使学生具备良好的计算思维素质;以“开放实验室”形式，向全校工科专业普及计算机硬件相关知识，普及计算机控制基本思想。以“C语言程序设计”课程为例，在课程建设方案和课程实施过程中全面贯彻计算思维培养，深受学生、专家和同行好评。

关键词:新工科;计算机基础教育;计算思维;教学改革;武昌工学院

1概述

培养“新工科”人才，是现阶段民办院校工程教育的重要任务［1-4］。计算思维是指运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为，它包括一系列广泛的计算科学的思维方法［5-7］。“新工科”促进了各学科之间的相互交叉、融合、渗透，计算思维成为所有大学生应该具备的素质和能力。武昌工学院是经国家教育部批准设立的全日制普通本科高等学校，学校面向区域经济发展设置专业，形成了以工学为主，多学科门类协调发展的学科布局。2019年最新人才培养方案，以培养“新工科”人才为目标，设置了12个工科专业，共计16个培养方向。计算机基础教育面向全校学生开展，以培养计算思维能力为核心，内容包括学生计算机基础知识和基本操作技能;计算机求解问题的基本方法、基本原理和在本专业领域的典型应用;计算机控制基本原理及初步设计。

2教学现状

目前，学校工科计算机基础教育主要通过以下几类课程实现。“计算机技术与应用”面向我校所有非计算机类工科专业开设，包括电子信息类专业、机械制造类专业和土木工程类专业等。课程讲授计算机基本知识(包括计算机软硬件结构、计算机网络、数据库系统、多媒体技术等)、基本操作技能(包括操作系统、办公软件、网络应用等)，使学生能够合理、准确地理解和掌握计算机中的基本概念、基本原理、基本方法和基本技能，形成初步的计算思维。程序设计及编程语言类课程，主要包括“C语言程序设计”“面向对象程序设计”和“Python程序设计”，主要培养学生掌握程序设计的基本方法并逐步形成正确的程序设计思维，培养学生掌握软、硬件设计的能力。通过学习该门课程，使学生掌握程序设计相关理论和程序设计典型方法，掌握程序调试的基本方法，为学生进一步学习后继专业课程以及今后从事软、硬件开发工作打下坚实的基础，使学生初步具备从事本专业职业岗位所必需的程序设计基本知识、基本理论和基本技能，并具备程序设计和简单开发的能力。计算机硬件类课程，主要包括“微机原理与接口技术”和“单片机原理”，通过对微机(单片机)结构、原理和功能的介绍，使学生获得微机(单片机)应用系统设计的基本理论、基本知识与基本技能，掌握微机(单片机)应用系统各主要环节的设计、调试方法，并了解微机(单片机)在测量、控制等电子领域中的应用，使学生能将接口的硬件电路设计和程序的编制有机结合，初步具备应用微机(单片机)技术进行系统设计和产品开发的能力。

3改革方案

3．1以证代考，以考促学

计算机技术与软件专业技术资格(水平)考试中，“信息处理技术员”资格考试［8-9］要求如下:了解信息技术的基本概念，熟悉计算机的组成、各主要部件的功能和性能指标，了解计算机网络与多媒体基础知识;熟悉信息处理常用设备，熟悉计算机系统安装和维护的基本知识;熟悉计算机信息处理的基础知识，熟练掌握操作系统和文件管理的基本概念和基本操作;熟练掌握文字处理的基本知识和基本操作;熟练掌握电子表格的基本知识和基本操作;熟练掌握演示文稿的基本知识和基本操作;熟练掌握数据库应用的基本概念和基本操作;熟练掌握Internet及其常用软件的基本操作;了解计算机与信息安全基本知识，了解有关的法律、法规要点，正确阅读和理解计算机使用中常见的简单英文。“计算机技术与应用”课程教学内容和教学目标与“信息处理技术员”资格认定一致，为进一步明确学生学习目的，增加民办院校学生竞争力，2020学年起，对“计算机技术与应用”课程进行教学与考试改革，对标“信息处理技术员”资格进一步丰富、优化教学内容;在考核方式上，引入并鼓励学生“以证代考”，自愿采用此方式的学生，无须参加课程期末考试，直接报名“信息处理技术员”资格考试，考试成绩计入课程成绩。

3．2新工科计算思维能力培养

计算机通识教育主要是培养学生的信息素质，而信息素质中的最重要、最核心的内容就是“计算思维”能力，这个教学目标必须要通过计算机的程序设计课程来实现。以计算思维为切入点，推进“程序设计及编程语言类”教学改革，培养学生利用计算机解决本专业领域问题的能力，使其更加全面地发展，更好地适应时代的要求。目前我校开设的“程序设计及编程语言类”课程包括C语言、C++、JAVA、Python。改革方案中，“程序设计及编程语言类”课程为工科专业学生限选课，要求学生从4门不同语言的课程中至少选修1门。为了能够通过上述四种语言平台更明晰地传达程序设计过程中的计算思维，排除具体语言中语法细节对课程教学效果的干扰，该类课程可以将教学内容整合凝练为两大板块:计算思维的建立和计算思维在程序设计中的体现。计算思维的建立，此板块是本课程的核心内容，主要介绍程序设计基本概念、基本方法等基础知识，聚焦计算思维的建立，使学员掌握问题求解的基本策略，能够将要解决的问题转化为计算机求解的步骤。计算思维在程序设计中的体现，此板块以程序设计语言为平台，在具体的算法实现过程中传授用语言表达思想的技术，聚焦如何将计算思维附着于程序设计语言的躯体上。使学生不只是简单地掌握了一种语言的语法，还能理解隐含在语法背后的思想，并初步具备灵活使用这些思想进行程序设计解决实际问题的能力。

3．3“计算机控制”思想启蒙

信息化时代，现代工业系统中，无不贯彻“计算机控制”的思想，计算机硬件基础知识成为新工科专业自然科学模块公共基础教育的重要内容。根据我校实际情况，对计算机硬件基础知识教学指导思想:将以实践为中心，启发计算思维，驱动核心知识点学习;具体教学模式:以“第二课堂”“兴趣小组”“研学讲座”等多种方式通过“开放实验室”展开教学活动。下表列举了一些典型的教学项目。作为公共基础教育环节，计算机硬件基础的教学是学生学习、了解、掌握计算机硬件的启蒙教育。在“开放实验室”通过项目实践，对计算机硬件体系结构与嵌入式系统开发建立初步的概念，激发学生学习求知欲和学习兴趣，进一步丰富“计算思维”，为下一阶段与本专业相结合学习计算机硬件知识奠定基础。

4教学案例

4．1建设方案

以C语言为例，课程建设方案如下:课程教学目标为:以C语言为载体，使得学生掌握程序设计的基本思想和过程，能够了解程序设计语言的基本结构，理解通过程序设计求解实际问题的基本过程，掌握程序设计的基本思想、方法和技巧，养成良好的程序设计风格，初步具备利用C语言解决各类实际计算问题的开发能力。围绕课程教学目标，建议课程主要包括以下6个基本知识模块:概念基础，语言基础，基本语句、语法与结构，模块化程序设计，复杂数据类型和文件操作。通过实践教学培养学生的实践能力，是教学质量的重要落脚点和计算思维能力培养的重要体现。在各个模块的教学组织过程中，重视课程实践项目的设计，将课程内容恰当地融入所设计的项目当中。开设编程环境与程序基础、分支结构设计、循环结构设计、函数设计、数组应用、311指针应用、结构应用和文件应用等。

4．2课程实施

在课程教学过程中，强调以学生为中心，调动学生的学习积极性，发挥学生的主体性作用和教师的主导性作用。教师引导学生进行在线学习、开展实践活动、展示实践成果、继续深入学习;学生收到学习任务，在教师的指导下开展实践活动和探索性学习。教学中注重理论与实践相结合。本课程是一门实践性非常强的课程，课程以C语言为载体，讲授程序设计的思想和方法，为学生更好地利用计算机解决工程实践、科学研究和日常生活中的问题打下基础。考核中注重过程与结果相结合。学习不仅仅是获得知识，而且要培养学习能力、企业需要的解决问题能力、团队合作能力和职业素养等。评价主体多元化，根据在线开放课程的特点，以网络学习课程积分作为评价依据之一，除教师参与评价外，还引入学生作为评价主体，以激发学生竞争意识，调动学生学习积极性。课程授课教师为计算机专业专职教师，具有较深厚的学术功底，丰富的教学经验和一定的在线课程开发、应用能力。课程基于超星泛雅平台进行线上线下混合教学，要求学生自备学习终端(智能手机或电脑)，在配备多媒体的教室开展课堂教学与研讨，课程实验在实验室进行，提供Windows操作系统、云平台和编程环境。

4．3教学评价

自2019年秋季学期起，C语言课程教学按教学改革方案实施，两年的教学实践表明，以培养“新工科”专业学生“计算思维”为目标的课程改革初显成效，受到学生、专家及同行好评。学生评价，通过典型例题导入学习内容，启发学生兴趣，能够立即吸引学生进入学习状态，遨游在计算机编程的知识海洋，在体验编程艰辛的同时享受用计算机解决问题的快感。校外专家认为，学校计算机教育在师资队伍建设、教学改革、课程建设与教学管理方面均做了有益的积极探索，成绩显著，符合应用型本科教育的特点，培养出来的学生实际动手能力很强。同行教师认为，课程建设理念先进，积极探索教学内容和教学方法改革，教师队伍教学经验丰富，教学质量在校内具有很高的评价。结语新工科旨在培养能够适应、甚至引领未来工程需求的人才，计算思维能力培养是新工科建设之中的一项重要课题。论文立足新工科背景下民办高校计算机教育需求，以计算思维为核心，进行计算机基础教育体系的规划与重构，探索民办院校计算机教学改革之路，并付诸相关课程建设和教学实践，将计算思维培养落到实处。具体方案包括对标“信息处理技术员”资格要求，“计算机技术与应用”课程进行“以证代考”改革;调整“程序设计及编程语言类”课程为公共选修课，纳入通识教育层次，贯彻计算思维能力培养;以“开放实验室”形式，向全校工科专业普及计算机硬件相关知识，进行计算机控制思想启蒙。武昌工学院计算机基础教育改革，包含计算机基础知识、基本技能、程序设计基础和软硬件技术基础四个维度，以公共基础课、选修课、第二课堂、课外讲座等多种方式实施，目前已初见成效。在今后的工作中，将进一步总结经验，深化计算机基础教育改革与创新，培养民办院校学生计算思维能力，力求为他们提供在各学科研究创新的计算新手段、新方法和应用计算手段进行各学科研究创新的新能力。

作者:李娟 周华涛 陈园 单位:武昌工学院信息工程学院