王 新，周 勇，徐月美，孫晉非，毛 磊

一、“大學計算機基礎”課程改革發(fā)展的四個階段

“大學計算機基礎”課程主要面向高等學校非計算機專業(yè)學生開設，是培養(yǎng)信息時代大學生綜合素質和創(chuàng)新能力不可或缺的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)復合型創(chuàng)新人才的重要組成部分。中國礦業(yè)大學“大學計算機基礎”課程建設與教學改革始于1992年，當時課程名為“計算機基礎知識及應用”，由計算中心承擔全校計算機公共基礎教學的管理工作和一部分教學任務。1997年學校成立了計算機科學與技術學院，專門組建了從事計算機基礎教學的計算機基礎教學部，有了一批專門從事計算機基礎教學的師資隊伍，對計算機基礎教學實行了全面改革。經過三次重大的改革舉措，由“計算機基礎知識及應用”到“計算機文化基礎”課程，后來發(fā)展為“大學計算機基礎”，主要經歷了四個大的改革階段。

1.“計算機基礎知識及應用”課程建設時期（1992年-1996年）

“計算機基礎”課程最初的教學內容包括計算機基礎知識、DOS操作系統(tǒng)、WPS文字排版等內容。1995年基礎課任課教師們編寫了我校第1本計算機基礎的教材“計算機基礎知識及應用”。

2.“計算機文化基礎”課程建設時期（1996年-2001年）

1996年，國家教委根據(jù)高校非計算機專業(yè)的計算機培養(yǎng)目標，提出了三個層次課程體系，將原來開設的基于DOS環(huán)境的“計算機基礎知識及應用”課程改為基于Windows環(huán)境的“計算機文化基礎”課程，并按不同專業(yè)開設不同的計算機語言課程。這一重大舉措不僅涉及到基于Widows環(huán)境的課程體系設置和教學方法、教學手段的改進，更重要的是教材建設和師資隊伍建設。1997年我校成立計算機系，計算機系的計算機基礎部全面負責全校的計算機基礎課程教學及管理?；A部教師們探索計算機基礎課程的教學規(guī)律，完善課程體系，進行了全方位、力度較大的一系列教學改革：1998年和2001年編寫了基于Windows環(huán)境的《計算機實用基礎》《計算機應用基礎》教材；積極制作計算機基礎課件，改革教學方法與手段，結束了“黑板+粉筆”的單一的教學模式。

3.“大學計算機基礎”課程建設期（2002年-2007年）

2002年全面修改課程內容體系?！按髮W計算機基礎”課程教學較之“計算機文化基礎”有了很大程度的改革，無論從內容的廣度、深度有了質的改變，強化了計算機的基本原理、基本知識、基本方法，增加了數(shù)據(jù)庫基礎、多媒體基礎、網(wǎng)絡基礎，計算機信息安全、程序設計基礎等。2004年按照教育部計算機課程指導委員會推出的“白皮書”中關于該課程的改革精神，基礎課教師相繼編寫出版了《大學計算機信息技術基礎》《大學計算機基礎》等教材和與之配套的實驗教材。為保持教材的連續(xù)性并與“白皮書”設置的課程的一致性，將“計算機基礎知識及應用”課程改名為“大學計算機基礎”。

4.“大學計算機基礎”課程分類分層改革（2008年至2018年）

針對高校非計算機專業(yè)計算機基礎教育新形勢的需求，學院基礎課教師提出了計算機基礎教育教學理念，即“面向對象、分類分層；因材施教、教育創(chuàng)新”；對大學計算機基礎課程體系進行改革，提出了分類分層教學改革方案，即分為三個類別（理工類、文管類、藝術體育類）、三個層次（免修、較高要求、一般要求）。在這個教學改革方案下，設置了不同類別、不同層次的計算機基礎課程體系，制訂了具有各自專業(yè)特色的分類教學計劃和體現(xiàn)不同學生個體差異的分層次教育模式。具體措施有：針對大學計算機基礎課程不同類別、不同層次的教學需求，建立了豐富完備的教學資源，包括教材、多媒體教學包、輔助教學網(wǎng)站、實驗教學環(huán)境和資源等；針對分類分層教學需求，改革教學模式和手段，從傳統(tǒng)的教學模式轉變?yōu)樵诮處熤笇碌膶W生自主學習的方式；通過課堂教學、實驗教學、自主學習和個性化學習、創(chuàng)新活動等多種模式，積極培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

二、當前“大學計算機基礎”課程面臨的問題

信息技術革命日新月異，物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)這些新概念和新技術的出現(xiàn)，在很多領域引發(fā)了一系列革命性的突破，信息技術已經滲透到各個學科，因此教育部對大學計算機基礎課程教學提出了新的要求。面對當前計算機基礎教育的新形勢，目前國內高校開設的“大學計算機基礎”課程面臨以下兩個問題。

1.計算思維缺少“落地”環(huán)節(jié)

2016年1月，教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會確立了推進課程改革的總體目標：明確以計算思維為導向的教學改革方向、探索多元化的教學方案、推動以在線開放課程為代表的教學模式改革、完善課程教學成效測評方式，從而建設適應時代要求的新的大學計算機基礎教學體系[1]。計算思維作為大學計算機基礎課程的核心教學內容之一，需要讓學生能夠在計算機上“體會和實踐”計算思維，從而提升包括計算思維在內的普適性能力，更高層面為專業(yè)服務。但是，包括我校在內的國內部分高校的計算思維教學仍然停留在對計算思維概念層面的介紹，還沒有更好的解決在實際教學過程中“落地”問題。

2.人工智能基礎知識的匱乏

2018年，教育部關于印發(fā)《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》的通知中指出：根據(jù)人工智能理論和技術具有普適性、遷移性和滲透性的特點，主動結合學生的學習興趣和社會需求，積極開展“新工科”研究與實踐，重視人工智能與計算機、控制、數(shù)學、統(tǒng)計學、物理學、生物學、心理學、社會學、法學等學科專業(yè)教育的交叉融合，探索“人工智能+X”的人才培養(yǎng)模式；文件明確規(guī)定將人工智能納入大學計算機基礎教學內容[2]。但是，筆者查閱了目前國內很多高等學校的教材，“人工智能”在大學計算機基礎教材中鮮有介紹。與此同時，在國內影響力大、受眾較廣的平臺如“中國大學MOOC”“學堂在線”等，目前雖然開設有“人工智能與信息社會”“人工智能導論”等相關課程，也沒有在“大學計算機基礎”課程中介紹人工智能基礎的知識點。

中國礦業(yè)大學計算機科學與技術學院在學校的大力支持下，在廣泛調研、研討和匯報后，統(tǒng)一思想，構建“計算思維與人工智能基礎”新課程體系，并于2018年9月在中國礦業(yè)大學2018級礦業(yè)學院和安全學院學生中進行授課，于2019年4月在“中國大學MOOC”開設“計算思維與人工智能基礎”在線開放課程。

三、構建“計算思維與人工智能基礎”新課程體系

中國礦業(yè)大學在調研其他高校優(yōu)秀成果的基礎上，提出了構建“計算思維與人工智能基礎”新的課程體系。

1.教學目標

“計算思維與人工智能基礎”課程是中國礦業(yè)大學計算機基礎通識教育的第一門公共基礎必修課，在培養(yǎng)學生的計算思維水平以及人工智能基礎理論方面具有基礎性和先導性的重要作用，適用于非計算機專業(yè)學生。通過該課程的學習，使學生掌握計算機軟硬件的基礎知識、計算機求解問題的基本方法以及人工智能的基本知識，以培養(yǎng)學生的信息素養(yǎng)和計算思維能力、運用計算機解決實際問題的能力，進一步提高學生對人工智能的整體認知和應用水平。

2.教學內容

“計算思維與人工智能基礎”課程的知識點包括計算機與計算思維、互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)、計算機求解問題基礎、人工智能基礎四大模式（見表1）。

表1 “計算思維與人工智能基礎”課程知識點模塊

“計算思維與人工智能基礎”新課程教學內容主要有兩大特色：

（1）進一步明確“計算思維”在大學計算基礎通識教育中的核心地位。在第1模塊“計算機與計算思維”和第3模塊“計算機求解問題基礎”中切實解決計算思維的“落地”問題。其中，在第3模塊中選擇Raptor——一種基于流程圖的可視化程序設計環(huán)境。Raptor規(guī)則簡單，容易掌握，能夠使學生短時間就可以進入問題求解的實質性算法學習，讓學生在計算機上“體會和實踐”計算思維[3]。

（2）將人工智能納入大學計算機基礎通識教育。具體知識點內容如下：人工智能概述知識點包括人工智能的概念、人工智能的發(fā)展、人工智能的研究內容、人工智能的主要方法以及人工智能當前研究熱點（機器視覺、自動駕駛、自動客服等）；搜索與博弈知識點包括基于狀態(tài)空間圖的搜索技術、深度優(yōu)先搜索和寬度優(yōu)先搜索和博弈；機器學習知識點包括機器學習概述、距離函數(shù)及相似性度量函數(shù)、分類算法分析和聚類算法分析。

3.教材建設

在教師、知識、學生的教學活動序列中，教材具有舉足輕重的地位，不僅是“體現(xiàn)教學內容和教學方法的知識載體”，而且是開展教學活動、聯(lián)系教學和學生的重要工具和紐帶。2018年教學團隊成員編寫“計算思維與人工智能基礎”教材，共分為九章內容，分別是：第一章“計算機技術與計算思維基礎”，第二章“計算機中信息的表示”，第三章“計算機系統(tǒng)的基本組成和基本工作原理”，第四章“互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)”，第五章“計算機新技術”，第六章“計算機求解問題基礎”，第七章“人工智能概述”，第八章“搜索與博弈和第九章機器學習”。

教材的表現(xiàn)形式有數(shù)字資源平臺包括試題庫、PPT課件、電子教案、教學大綱、教材素材等。教材同時提供教學短視頻二維碼，方便學生掃描預習和復習。2019年4月，教學團隊編寫的“計算思維與人工智能基礎”教材正式立項為“十三五”江蘇省高等學校重點教材。

4.教師隊伍

為了加強“計算思維與人工智能基礎”授課教師的水平，中國礦業(yè)大學計算機科學與技術學院對現(xiàn)有師資管理方式實施調整，加大師資隊伍的培訓力度。

（1）調整教學系室結構。首先將計算機基礎部18名教師轉入專業(yè)系室，使他們逐步融入專業(yè)教學并拓展自身知識結構和教育理念。通過師資管理模式的變革，為教師創(chuàng)造了換角色、換視角、換位思考的機會，使他們能夠在課程調整之后，駕馭教材、分解知識點的能力得到提升。其次，鼓勵長期擔任專業(yè)課的教師主講“計算思維與人工智能基礎”課程。這些具有廣闊的計算機專業(yè)知識背景的專業(yè)教師，根據(jù)自身對計算機科學領域的研究，對“計算思維”和“人工智能”的解讀更加深入。他們的授課得到非計算機專業(yè)學生的一致好評，使更多的學生受益，也提升了學?！坝嬎闼季S與人工智能基礎”課程的整體教學水平。編入專業(yè)系室的基礎課任課教師，在承擔一到兩門專業(yè)課程的同時，參與課程設計、畢業(yè)設計等工作，拓展了專業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)。

（2）師資隊伍培訓。為了進一步提升教師的專業(yè)能力，引導教師研究教學、潛心教學，切實提升教師的教學能力和水平，學校教務部聯(lián)合學院，每年組織兩次“師德師風與教學能力提升研修班”。為了在我校全面開展“計算思維與人工智能基礎”課程教學，該課程的任課教師全部參加2019年蘇州大學的“大數(shù)據(jù)、人工智能”專題師資培訓。

5.教學手段

“計算思維與人工智能基礎”在傳統(tǒng)多媒體教學的基礎上，加入網(wǎng)絡教學環(huán)節(jié)，進行了MOOC平臺建設。借助“中國大學MOOC”網(wǎng)絡平臺，教學團隊于2019年4月推出“計算思維與人工智能基礎”網(wǎng)絡在線課程。根據(jù)第一輪網(wǎng)絡授課基礎上總結的經驗，計劃2019年9月在中國礦業(yè)大學新生中實施“MOOC+SPOC”的線上線下混合教學模式，進一步提升學生課堂參與力和討論能力，提高學生學習興趣和積極性，培養(yǎng)學生自主學習能力。進行線上線下的混合教學，特別需要加強對學生學習過程的監(jiān)控。因此，課題組采取兩大措施保證良好的教學效果。

（1）重視學習跟蹤。利用網(wǎng)絡平臺，每章課程學習結束后向學生發(fā)布學習內容和學習要求，并將學生學習情況（如觀看視頻、章節(jié)測驗、作業(yè)等）向學生發(fā)布，以達到督促的目的。

（2）重視過程考核。為了引導學生從關注“期末一錘定音”到關注“學習過程”，我們將課程最終成績分為線上學習成績和線下學習成績，成績比例分配如表2所示。線上學習成績包含章節(jié)測驗和觀看視頻部分成績，這部分成績比例不能過大，否則就會造成成績失真。線下學習成績包含課堂表現(xiàn)及綜合作業(yè)、課堂測驗和期末考試部分。

表2 “計算思維與人工智能基礎”成績比例分配

6.教學保障

隨著網(wǎng)絡的發(fā)展，目前考試的形式已經轉向為計算機網(wǎng)絡為依托的在線考試模式。題庫建設是在線考試系統(tǒng)的真正核心，是在線考試中最重要的一個環(huán)節(jié)。為了保證“計算思維與人工智能基礎”課程的標準化測試，教學團隊建設完成機考題庫系統(tǒng)。題庫中知識點設計既要符合教學大綱的要求，又要突出課程的重點難點，并且需要全面覆蓋教學內容?！坝嬎闼季S與人工智能基礎”題庫系統(tǒng)分為兩部分：一部分是練習題庫，供學生在學習一個階段后，管理員開放練習題庫讓學生測試知識點的熟練程度；另一部分為考試題庫，專門用來課程的標準化考核。

“計算思維與人工智能基礎”課程配套的實驗課程內容在進一步完善之中。目前，實驗預約課程管理平臺已經建設完成。計算機科學與技術學院利用專業(yè)優(yōu)勢，自主研發(fā)了實驗預約課程管理平臺，主要的功能模塊是：學生實驗預約系統(tǒng)、實驗排課系統(tǒng)、教師管理系統(tǒng)、學生管理系統(tǒng)、實驗室課表管理系統(tǒng)、實驗室動態(tài)信息系統(tǒng)和統(tǒng)一身份認證系統(tǒng)。學生通過手機或者電腦自主預約實驗上課時間，根據(jù)課程平臺的預約時間和機房；教師根據(jù)學生實驗內容進行個性化指導，不再統(tǒng)一規(guī)定實驗內容和實驗進度?？紤]到大學生計算機基礎差異，教師根據(jù)實驗教學重點和難點，提前錄制了微課程，發(fā)布到實驗教學平臺供學生隨時隨地的網(wǎng)上觀看或本地下載學習。

四、結束語

2018年12月，“計算思維與人工智能基礎”第一輪授課結束。通過調查數(shù)據(jù)顯示，379名中國礦業(yè)大學礦業(yè)學院和安全學院的學生對“計算思維與人工智能基礎”課程的整體評價較高：占87.1%的學生喜歡學習這門課程，占88.4%的學生認為在將來的工作以及生活中都會有一定的應用，接近七成的學生認為很有必要學習這門課程。

然而，在推進“計算思維與人工智能基礎”課程教學改革過程中，還有很多具體問題值得探討，亟待解決。例如，目前還有沒有適當?shù)摹⑨槍Υ笠恍律R背景的人工智能基礎實驗；沒有基于學生知識和能力水平差異的“計算思維與人工智能基礎”分層教學；課程的教學評價有待進一步細化；等等。