呂海燕，周立軍，趙 媛，張 杰

（海軍航空大學(xué) 航空基礎(chǔ)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264001）

0 引 言

2017 年6 月訓(xùn)管部下發(fā)了新的《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱，大綱提出課程教學(xué)理念以計(jì)算思維培養(yǎng)為牽引，突出軍事應(yīng)用特色，面向不同專業(yè)要求分類指導(dǎo)。要求課程教學(xué)應(yīng)注重強(qiáng)化創(chuàng)造性思維過程的培養(yǎng)，采用靈活多樣的教學(xué)手段，改革考試方式，突出能力考核。新大綱實(shí)施后，國防科大走在大基課程教學(xué)改革的前列，在出版新教材的基礎(chǔ)上，按照全新的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)要求，構(gòu)建了“創(chuàng)新源于實(shí)踐”在線課程教學(xué)平臺(tái)，并在平臺(tái)上上線了一套全新的在線實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了“課堂教學(xué)+在線教學(xué)+課外技能訓(xùn)練”“線上線下”混合式教學(xué)改革與實(shí)踐，課程考核結(jié)果、課程課后反饋等多方面表明，課程取得了較好的教學(xué)效果。

對(duì)于課程教學(xué)的方式方法，大綱還提出要鼓勵(lì)學(xué)員積極參加學(xué)科競(jìng)賽和俱樂部活動(dòng)等“內(nèi)驅(qū)式”創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，以提高學(xué)員學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性、創(chuàng)新性，更好地實(shí)現(xiàn)學(xué)員信息素養(yǎng)和計(jì)算思維能力的培養(yǎng)[1]。注重培養(yǎng)學(xué)員的計(jì)算思維是新大綱要求的課程教學(xué)目標(biāo)主旨，而計(jì)算思維培養(yǎng)需要學(xué)員具備實(shí)踐能力強(qiáng)、邏輯性強(qiáng)和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)強(qiáng)的能力特點(diǎn)。因此，課程改革的重點(diǎn)是在充分有效地調(diào)動(dòng)學(xué)員的主動(dòng)性和積極性，使其自覺主動(dòng)地用好課內(nèi)外時(shí)間，基于課堂教學(xué)支撐，在掌握課程基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，發(fā)揮他們作為“網(wǎng)生代”的先天優(yōu)勢(shì)，充分利用新型學(xué)習(xí)環(huán)境（MOOC、微課等在線學(xué)習(xí)方式），按個(gè)體需求進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，“內(nèi)趨式”提升自身的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力[2-4]。

1 “課堂支撐—主題驅(qū)動(dòng)—競(jìng)賽進(jìn)階”式課程教學(xué)模式

大基課程教學(xué)改革的重點(diǎn)是充分有效地調(diào)動(dòng)學(xué)員的主動(dòng)性和積極性，使其自覺主動(dòng)地利用好課內(nèi)外時(shí)間，去不斷提升實(shí)踐創(chuàng)新能力[5-6]。計(jì)算思維的“落地”需要充分體現(xiàn)和肯定學(xué)員的主體地位，使學(xué)員真正參與到實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)中，提升學(xué)員使用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的能力。學(xué)校大基課程教學(xué)改革在圍繞教學(xué)大綱這個(gè)核心，抓好“課堂教學(xué)”這一基石的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮俱樂部主題活動(dòng)（每周二、周四晚上利用第二課堂時(shí)間開展）“內(nèi)趨式”驅(qū)動(dòng)作用，豐富教學(xué)方式方法，并以學(xué)科競(jìng)賽為進(jìn)階，“賽學(xué)結(jié)合，以賽促學(xué)”，擴(kuò)充優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)模式的整體、協(xié)調(diào)優(yōu)化，見圖1。

圖1 課堂教學(xué)—主題活動(dòng)—學(xué)科競(jìng)賽 教學(xué)關(guān)系模式

具體來講，圍繞以計(jì)算思維培養(yǎng)為核心的課程教學(xué)目標(biāo)，以學(xué)員信息素養(yǎng)為起點(diǎn)，以python語言為工具，以俱樂部主題活動(dòng)為驅(qū)動(dòng)，以學(xué)科競(jìng)賽創(chuàng)新應(yīng)用為進(jìn)階，對(duì)課程體系進(jìn)行優(yōu)化，構(gòu)建了“課堂支撐—主題驅(qū)動(dòng)—競(jìng)賽進(jìn)階”式三層課程教學(xué)模式，通過“信息素養(yǎng)—思維訓(xùn)練—?jiǎng)?chuàng)新進(jìn)階”式學(xué)員能力的螺旋式上升培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)員計(jì)算思維的“生根發(fā)芽—茁壯成長(zhǎng)—開花結(jié)果”見圖2。課堂支撐主要實(shí)現(xiàn)學(xué)員信息素養(yǎng)的培養(yǎng)，是計(jì)算思維的生根發(fā)芽階段；俱樂部的主題活動(dòng)主要驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)學(xué)員在掌握具備基本信息素養(yǎng)基礎(chǔ)上的計(jì)算思維訓(xùn)練，是計(jì)算思維的茁壯成長(zhǎng)階段；而參與各項(xiàng)學(xué)科競(jìng)賽則是學(xué)員創(chuàng)新應(yīng)用能力的體現(xiàn)，是計(jì)算思維的進(jìn)階，是計(jì)算思維的開花結(jié)果階段。

圖2 “課堂支撐—主題驅(qū)動(dòng)—競(jìng)賽進(jìn)階”式課程教學(xué)模式

2 “課堂支撐—主題驅(qū)動(dòng)—競(jìng)賽進(jìn)階”式課程教學(xué)設(shè)計(jì)

“活動(dòng)主題的確定可以通過學(xué)員自主立題，教員指定主題和隨機(jī)抽取式等方式確定。主題一旦確定之后，學(xué)員就可以以此驅(qū)動(dòng)有目的、有選擇地去學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí)和技術(shù)，進(jìn)而有效地完成活動(dòng)的實(shí)施。

2.1 基于課程內(nèi)容特點(diǎn)和計(jì)算思維能力需求的主題活動(dòng)設(shè)計(jì)原則

1）講座類——計(jì)算機(jī)發(fā)展、信息安全等普及性的計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)文化性內(nèi)容的主題活動(dòng)設(shè)計(jì)。

以“計(jì)算機(jī)的前世、今生與未來”主題講座為例，這一主題主要是針對(duì)課程“第1 章 計(jì)算與社會(huì) ”和“第9 章 計(jì)算機(jī)發(fā)展新技術(shù)”，這兩章內(nèi)容的教學(xué)實(shí)施，采取學(xué)員講座方式，學(xué)員變被動(dòng)為主動(dòng)，主動(dòng)查閱、學(xué)習(xí)、發(fā)掘、思考、整理與計(jì)算機(jī)的各個(gè)發(fā)展階段相關(guān)的內(nèi)容、知識(shí)、相互關(guān)系，能夠結(jié)合自身的崗位特點(diǎn)，進(jìn)行了深入的思考和設(shè)想，并且能夠在內(nèi)化理解的基礎(chǔ)上表達(dá)、交流、溝通出來，講座效果反應(yīng)良好。

2）角色扮演、情景游戲類——圖靈機(jī)、CPU工作過程等抽象性的重難點(diǎn)內(nèi)容的主題活動(dòng)設(shè)計(jì)。

以俱樂部為依托的主題活動(dòng)的開展，對(duì)于教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)等內(nèi)容的實(shí)施發(fā)揮了良好的驅(qū)動(dòng)作用，如教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)中的圖靈機(jī)、捉狐貍問題、CPU 的工作過程等，通過情景游戲、角色扮演等主題活動(dòng)的開展，學(xué)員能夠較好地理解、掌握、乃至靈活應(yīng)用，設(shè)計(jì)出了很多好的案例。

3）服務(wù)類——軟硬件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)等認(rèn)知性的計(jì)算機(jī)工作原理性內(nèi)容的主題活動(dòng)設(shè)計(jì)。

以計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)部分為例，通過舉辦筆記本購買服務(wù)活動(dòng)“‘本’該如此，Let's‘購’”，學(xué)員不再是迷失在各種高配參數(shù)的宣傳、選擇中，進(jìn)而導(dǎo)致資源、金錢的浪費(fèi)，而是要結(jié)合自身的需求進(jìn)行合理地選擇。

4）知識(shí)競(jìng)賽類——信息的表示、算法分析與設(shè)計(jì)等實(shí)踐性強(qiáng)的內(nèi)容的主題活動(dòng)設(shè)計(jì)。

目前學(xué)校主要參加的計(jì)算機(jī)類學(xué)科競(jìng)賽有：ACM 程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽、中國大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽、山東省人工智能大賽、各類數(shù)學(xué)建模比賽等。除了各組織、機(jī)構(gòu)舉辦學(xué)科競(jìng)賽外，學(xué)校還結(jié)合課程內(nèi)容特點(diǎn)組織了校內(nèi)賽，結(jié)合各類比賽的特點(diǎn)及其與課程內(nèi)容的關(guān)聯(lián)度、耦合度，課程組將競(jìng)賽分解融合到各章節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)與課程內(nèi)的全程化滲透，有效激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)和參賽的興趣。

2.2 基于計(jì)算思維主線的典型主題活動(dòng)、計(jì)算思維映射及競(jìng)賽耦合設(shè)計(jì)

計(jì)算思維能力培養(yǎng)目標(biāo)不需要也不可能涉及計(jì)算思維的方方面面，而應(yīng)該面向各專業(yè)特點(diǎn)、需求，培養(yǎng)學(xué)生基本的計(jì)算思維能力[7]。為方便學(xué)員有目的性、針對(duì)性地學(xué)習(xí)，課程組以“計(jì)算思維意識(shí)培養(yǎng)—計(jì)算思維方法培養(yǎng)—計(jì)算思維能力培養(yǎng)”為課程級(jí)計(jì)算思維培養(yǎng)主線，圍繞計(jì)算思維的42個(gè)核心概念[8]，結(jié)合課程內(nèi)容特點(diǎn)及大綱要求，建立了計(jì)算思維在課程內(nèi)容中對(duì)應(yīng)的表達(dá)體系，將其融入和映射到課程章節(jié)乃至具體的知識(shí)點(diǎn)之中，構(gòu)建“章節(jié)—知識(shí)點(diǎn)”計(jì)算思維主線，實(shí)現(xiàn)“計(jì)算思維”的多維度落地[9-15]，詳細(xì)設(shè)計(jì)見表1。

表1 基于計(jì)算思維主線的典型主題活動(dòng)、計(jì)算思維映射及競(jìng)賽耦合設(shè)計(jì)

（續(xù)）表1

3 改革實(shí)施效果及意義

“課堂支撐—主題驅(qū)動(dòng)—競(jìng)賽進(jìn)階”式教學(xué)改革的探索與實(shí)踐，從課堂教學(xué)效果看，學(xué)員實(shí)踐創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)合作能力培養(yǎng)等方面都取得了一定的教學(xué)效果。

1）課堂教學(xué)支撐作用凸顯，學(xué)員課程考核成績(jī)穩(wěn)步提升，信息素養(yǎng)提升顯著。

從課堂教學(xué)實(shí)施情況看，學(xué)員的主動(dòng)參與度提高，表現(xiàn)欲增強(qiáng)，課堂活躍程度有了較大提高，絕大部分學(xué)員能夠積極參與到課前自主學(xué)習(xí)、課中討論、分享、交流和課后拓展評(píng)價(jià)各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中。實(shí)驗(yàn)任務(wù)和作品完成效果好，在滿足基本實(shí)驗(yàn)要求的基礎(chǔ)上，體現(xiàn)出了學(xué)員的個(gè)性化特色。學(xué)員課程考核成績(jī)穩(wěn)步提升，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的理解、應(yīng)用能力，Office 辦公軟件的使用、多媒體信息處理能力等信息素養(yǎng)提升顯著。

2）主題活動(dòng)驅(qū)動(dòng)作用凸顯，學(xué)員參與主題活動(dòng)積極主動(dòng)，計(jì)算思維訓(xùn)練效果顯著。

課后我們對(duì)主題驅(qū)動(dòng)活動(dòng)的效果進(jìn)行了問卷調(diào)查，調(diào)查主要從大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程對(duì)學(xué)員計(jì)算思維能力培養(yǎng)的3 方面定位進(jìn)行，分別是計(jì)算機(jī)的認(rèn)知能力提升，具有判斷和選擇計(jì)算機(jī)工具與方法的能力（包括運(yùn)用信息技術(shù)的學(xué)習(xí)能力等）以及運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決問題（學(xué)習(xí)、專業(yè)、崗位等）的能力，調(diào)查結(jié)果見表2。

3）學(xué)科競(jìng)賽進(jìn)階作用凸顯，學(xué)員參與學(xué)科競(jìng)賽屢創(chuàng)佳績(jī)，創(chuàng)新應(yīng)用能力提升顯著。

課堂教學(xué)的支撐和主題活動(dòng)的驅(qū)動(dòng)，使學(xué)員具備了基本的信息素養(yǎng)，并形成了一定的計(jì)算思維能力，為參加學(xué)科競(jìng)賽打下了良好的基礎(chǔ)。學(xué)科競(jìng)賽是對(duì)學(xué)員創(chuàng)新應(yīng)用能力的進(jìn)一步提升，也是學(xué)員計(jì)算思維培養(yǎng)開花結(jié)果的有效體現(xiàn)形式之一。目前學(xué)員主要參加的計(jì)算機(jī)類學(xué)科競(jìng)賽有：ACM 程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽、中國大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽、山東省人工智能大賽等。其中設(shè)計(jì)大賽每年參加人數(shù)最多，2017 年、2018 年每年約有60 余名學(xué)員參加，而今年學(xué)員參與積極性最高，有180 余名學(xué)員參加，共提交了人工智能類、大數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)類、移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)類等11 類60多個(gè)作品（截至論文截稿還有12 個(gè)進(jìn)入國賽的作品決賽還未進(jìn)行）；ACM 程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽參加學(xué)員人數(shù)較少，參與獲獎(jiǎng)情況見表3。

表2 “主題驅(qū)動(dòng)”計(jì)算思維效果訓(xùn)練問卷調(diào)查結(jié)果 %

4 結(jié) 語

為實(shí)現(xiàn)新大綱要求的以培養(yǎng)學(xué)員計(jì)算思維為主旨的教學(xué)目標(biāo)，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革理念迫切需要從“知識(shí)輸出”向“能力導(dǎo)向”的轉(zhuǎn)型。學(xué)校探索實(shí)踐的“課堂支撐—主題驅(qū)動(dòng)—競(jìng)賽進(jìn)階”式教學(xué)模式，圍繞“能力導(dǎo)向”的教學(xué)理念進(jìn)行的改革探索與實(shí)踐，取得了一定的教學(xué)效果。如何緊跟大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)發(fā)展，以“能力導(dǎo)向”為牽引，實(shí)現(xiàn)學(xué)員信息素養(yǎng)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的持續(xù)提升，課程教學(xué)改革仍需整體推進(jìn)、協(xié)調(diào)發(fā)展、總體規(guī)劃，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)適應(yīng)未來信息化、智能化海上戰(zhàn)爭(zhēng)需求的高素質(zhì)新型軍事人才的目標(biāo)。

表3 “競(jìng)賽進(jìn)階”計(jì)算思維創(chuàng)新應(yīng)用獲獎(jiǎng)情況（以設(shè)計(jì)大賽和ACM 程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽為主）