李穎　張世民　王春紅　王巧玲　程欣

當(dāng)前高校計算機(jī)基礎(chǔ)教育面臨著國家教育發(fā)展、信息化建設(shè)發(fā)展迅速的形勢。為適應(yīng)高教改革的需要和信息化建設(shè)對學(xué)生創(chuàng)新能力的要求，高校的計算機(jī)基礎(chǔ)教育在內(nèi)容、教學(xué)方法等方面急需改革。

美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)周以真在《Communications of the ACM》指出：“計算思維是運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計、人類行為理解等涵蓋計算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動。”2010年，在“九校聯(lián)盟計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程研討會”上，提出高校計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)是計算思維能力的培養(yǎng)。

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（簡稱“卓越計劃”）是國家教育部貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》，是使我國成為工程教育強(qiáng)國的措施，面向社會需求培養(yǎng)人才，提高工程教育人才的培養(yǎng)質(zhì)量。CDIO指構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），是國際上新型人才培養(yǎng)模式，CDIO和卓越計劃都以培養(yǎng)國際化工程師為目標(biāo)。

基于卓越計劃和CDIO的計算機(jī)基礎(chǔ)體系研究與實踐，實現(xiàn)計算機(jī)基礎(chǔ)系列課程的工程性和實踐性，啟發(fā)與培養(yǎng)大學(xué)生工程能力和創(chuàng)造性，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計與科研工作奠定良好基礎(chǔ)，以計算思維為指導(dǎo)，探索新型的教學(xué)模式來提升學(xué)生的信息素養(yǎng)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式等方面為創(chuàng)新型復(fù)合人才培養(yǎng)提供有效途徑，充分發(fā)揮信息技術(shù)在卓越人才培養(yǎng)中的重要作用。

計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)體系研究與實踐

基于CDIO和卓越計劃研究計算機(jī)基礎(chǔ)體系系列課程的知識點，科學(xué)設(shè)置課程內(nèi)容，并探討相關(guān)的教學(xué)方法、考試方式的改革與創(chuàng)新，緊緊抓住人才培養(yǎng)模式改革的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提高學(xué)生實踐能力，推進(jìn)高校教育教學(xué)改革，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，提升大學(xué)生基于計算機(jī)核心技能與信息素養(yǎng)的普適性行為方式和思維方式，探索計算機(jī)基礎(chǔ)體系系列課程教學(xué)模式，合理設(shè)置課程內(nèi)容，面向應(yīng)用、立足實踐、兼顧廣度和深度，培養(yǎng)具有工程實踐能力、計算思維和創(chuàng)新能力的高校創(chuàng)新型復(fù)合人才。

改革教學(xué)內(nèi)容

高校在培養(yǎng)創(chuàng)新型復(fù)合人才的實踐中，肩負(fù)著重要?dú)v史使命。對大學(xué)生進(jìn)行全面、深入的計算機(jī)基礎(chǔ)教育是高等教育的重要任務(wù)之一。探索計算機(jī)基礎(chǔ)體系系列課程教學(xué)模式，在大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)、C語言程序設(shè)計、VB程序設(shè)計、辦公自動化高級教程、Python程序設(shè)計、計算思維與算法設(shè)計、交換機(jī)和路由器配置實踐、C#程序設(shè)計基礎(chǔ)、HTML5程序設(shè)計、Flash動畫設(shè)計等計算機(jī)基礎(chǔ)體系系列課程教學(xué)中進(jìn)行研究。

“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”是根據(jù)教育部高教司2012年“以計算思維能力培養(yǎng)為切入點”的教改意見，按照教指委2013年的“計算思維教學(xué)體系”，從內(nèi)容上支持計算機(jī)思維能力培養(yǎng)，從體系上完善課程和實驗一體化教學(xué)設(shè)計?！按髮W(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”是第一門計算機(jī)公共必修課程，學(xué)生入學(xué)后進(jìn)行分級考試，計算機(jī)水平較好的進(jìn)入A班，其余為B班，以培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)和計算思維進(jìn)行課程內(nèi)容設(shè)置，講授計算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)知識，提高了學(xué)生使用計算機(jī)進(jìn)行問題求解的能力和計算機(jī)應(yīng)用水平。通過對教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性、科學(xué)性和前瞻性的研究，以有效知識為主體，構(gòu)建支持學(xué)生終身學(xué)習(xí)的知識基礎(chǔ)和能力基礎(chǔ)。

程序設(shè)計課程是計算機(jī)基礎(chǔ)教育的主要組成部分之一，課程內(nèi)容最能體現(xiàn)語言級的問題求解方法，是計算思維能力培養(yǎng)的重要課程，以培養(yǎng)學(xué)生程序設(shè)計基本方法和技能為目標(biāo)，以實踐能力為重點的課程。程序設(shè)計課程以編程語言為平臺，介紹高級語言程序設(shè)計的知識，在實踐中逐步掌握程序設(shè)計的思想和方法，引導(dǎo)學(xué)生在信息時代分析問題，利用計算機(jī)知識解決專業(yè)領(lǐng)域的相關(guān)問題打下堅實的基礎(chǔ)。通過大量的編程訓(xùn)練，學(xué)生掌握了編程知識，提高了編程能力，理解和掌握了程序設(shè)計的思想和方法。C語言是應(yīng)用廣泛、最具影響力的程序設(shè)計語言之一，已成為大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教育的公共必修基礎(chǔ)課。C語言程序設(shè)計涵蓋機(jī)械、材料、電氣、信息等多個專業(yè)，VB程序設(shè)計是生工、化工、環(huán)工等多個專業(yè)的公共必修基礎(chǔ)課，以培養(yǎng)學(xué)生計算思維、利用計算機(jī)解決實際問題的能力為目標(biāo)。

面向全校本科生開設(shè)的選修課，目的是使學(xué)生初步認(rèn)識和建立計算思維，鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力和想象力，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力和理論聯(lián)系實際的能力。

通過對高校計算機(jī)基礎(chǔ)系列課程的教學(xué)研究，改革課程教學(xué)內(nèi)容，并且在計算機(jī)科學(xué)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程、物聯(lián)網(wǎng)、通信、電子信息等專業(yè)使用部分思科課程資源，在課程內(nèi)容、工程實踐等方面對創(chuàng)新人才培養(yǎng)具有推動作用，提升了計算思維和計算機(jī)技能。

采用多種方法因材施教

基于CDIO和卓越計劃的計算機(jī)基礎(chǔ)體系研究與實踐，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)做好必要的知識儲備。理論研究和實踐開發(fā)同步進(jìn)行，以建構(gòu)理論為指導(dǎo)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改革學(xué)習(xí)方法、考試方式，為學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)和交流合作等提供支持。采取多角度、多層次、多構(gòu)成的形式進(jìn)行研究，基于計算思維的“實例教學(xué)”與“任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)”相結(jié)合，堅持針對性、實踐性、探索性、主體性等原則，采用調(diào)查法、歸納法、討論法、比較法等研究方法因材施教，創(chuàng)新教育教學(xué)方法，探索啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學(xué)，在培養(yǎng)科學(xué)思維能力和實踐能力的同時，通過課堂講授、上機(jī)訓(xùn)練、課下練習(xí)、師生討論等多種方式，使用計算機(jī)對實際問題進(jìn)行具體分析和解決，在不斷強(qiáng)化的實踐過程中，將計算思維與行動能力有效結(jié)合，將計算的思想、方法、工具、知識等應(yīng)用于各領(lǐng)域。

改革教學(xué)模式

個性化學(xué)習(xí)，是指以學(xué)習(xí)者個性差異為基礎(chǔ)，針對其個性特征和發(fā)展?jié)撃芏扇∏‘?dāng)?shù)姆椒?、手段、策略、?nèi)容、過程、評價等 ?！胺D(zhuǎn)課堂”把學(xué)生掌握知識的作業(yè)過程轉(zhuǎn)變?yōu)檎n堂上交流學(xué)習(xí)成果、完成課堂作業(yè)的過程。經(jīng)過“翻轉(zhuǎn)”后的課堂是師生互動、合作學(xué)習(xí)、應(yīng)用與實踐的課堂?！胺D(zhuǎn)課堂”翻轉(zhuǎn)了教學(xué)流程、教學(xué)理念、教學(xué)模式，利用混合教學(xué)模式將在線學(xué)習(xí)和面授教學(xué)相結(jié)合。“翻轉(zhuǎn)課堂”根據(jù)學(xué)生需要有一個自定進(jìn)度的學(xué)習(xí)，提升了學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)能力，促進(jìn)了學(xué)生的個性發(fā)展，達(dá)到了較好的效果。

在線課程資源豐富多樣，在數(shù)量和類型上達(dá)到課程知識點的要求，方便教師與學(xué)生自主搭建課程和進(jìn)行學(xué)習(xí)，有先進(jìn)的教學(xué)理念，突出了學(xué)生的主體地位。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合在線課程的特點，增強(qiáng)在線課程有效性，教學(xué)活動模式多樣激發(fā)興趣，擴(kuò)充課堂學(xué)習(xí)緯度，打破校本資源瓶頸，提供開放學(xué)習(xí)空間，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，促進(jìn)師生之間、學(xué)生之間進(jìn)行資源共享、交流溝通和協(xié)作學(xué)習(xí)，加強(qiáng)師生課堂與課下的互動，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。運(yùn)用技術(shù)手段，對教學(xué)過程及結(jié)果進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的測評，充分利用優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)課程推動了學(xué)習(xí)模式和教學(xué)模式的創(chuàng)新。

通過理論教學(xué)和實踐教學(xué)，建立了多門在線開放課程，借助MOOC資源和SPOC平臺，以翻轉(zhuǎn)課堂為載體，不僅使學(xué)生掌握計算機(jī)的理論基礎(chǔ)，而且培養(yǎng)學(xué)生利用計算機(jī)進(jìn)行問題分析、問題建模及問題求解的方法和步驟，培養(yǎng)探索精神、實踐能力和創(chuàng)新能力，理論教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合，使學(xué)生的知識、能力和素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展，提高了教育教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)適應(yīng)信息產(chǎn)業(yè)需求不斷變化的創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才，培養(yǎng)學(xué)生計算思維。

改革上機(jī)練習(xí)和考試方式

課程考試是教學(xué)考核過程中重要的環(huán)節(jié)，在百科園系統(tǒng)中建立題庫，從題庫中抽取試題，實現(xiàn)教考分離，積極完成各階段學(xué)習(xí)任務(wù)，使學(xué)生具備使用計算機(jī)求解實際問題的能力。通過改革上機(jī)練習(xí)和考試方式，使用百科園測評系統(tǒng)，注重學(xué)習(xí)過程考察和學(xué)生能力評價。根據(jù)知識點劃分原則，按照教學(xué)大綱對各章節(jié)知識點教學(xué)與考核的具體要求，分別編寫每章節(jié)的試題。通過題庫和考試系統(tǒng)的應(yīng)用研究，將教學(xué)和測評考核有機(jī)統(tǒng)一，學(xué)生通過在線自主學(xué)習(xí)，實現(xiàn)對各個科目的認(rèn)知、理解和融會貫通，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

結(jié)語

基于CDIO和卓越計劃的計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)體系研究與實踐，形成“教師指導(dǎo)下的，以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式，因材施教，提高了學(xué)生的工程實踐能力、計算思維和創(chuàng)新能力，取得了很好的教學(xué)效果，在國內(nèi)高校具有一定的推廣價值。

基金項目：河北省高等教育教學(xué)改革研究與實踐項目“基于卓越計劃和CDIO的計算機(jī)基礎(chǔ)體系研究與實踐”研究成果（項目編號：2016GJJG097）