劉惠彬， 胡建鵬， 陳 強(qiáng)， 黃 容

（上海工程技術(shù)大學(xué)電子電氣工程學(xué)院，上海 201620）

0 引 言

21 世紀(jì)初，人工智能（Artificial Intelligence，AI）迎來(lái)了第三次熱潮［1-2］，以深度學(xué)習(xí)技術(shù)為引領(lǐng)的新興科技，從理論研究走向了實(shí)際應(yīng)用，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在工業(yè)控制、社會(huì)生活、醫(yī)療健康以及教育教學(xué)的方方面面。以人工智能技術(shù)為重要分支的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)，不僅提升了工業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)改變了人們的購(gòu)物、出行方式，人類(lèi)已經(jīng)進(jìn)入高度信息化的時(shí)代。掌握計(jì)算機(jī)領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，既是每一個(gè)大學(xué)畢業(yè)生應(yīng)該具備的基本素質(zhì)，也是企事業(yè)單位選聘人才的基本要求。在此基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，使其具備利用計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題和創(chuàng)新發(fā)展本領(lǐng)域科學(xué)研究的能力［3］。因此，高等院校計(jì)算機(jī)類(lèi)基礎(chǔ)課程的知識(shí)體系應(yīng)該兼顧信息技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)的普及、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域新興科技的認(rèn)知、跨學(xué)科創(chuàng)新能力的培養(yǎng)三方面的教學(xué)目標(biāo)，目標(biāo)明確、體系科學(xué)、內(nèi)容豐富的計(jì)算機(jī)類(lèi)基礎(chǔ)課程是全面推進(jìn)“四新”人才培養(yǎng)的有力保障［4］。

同時(shí)，伴隨多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，開(kāi)放式教育資源（open educational resources，OER）在過(guò)去幾十年蓬勃發(fā)展［5-6］，超越了時(shí)空的限制。大型開(kāi)放式在線(xiàn)課程（massive open online course，MOOC）是目前最流行的一種線(xiàn)上授課方式［7-8］，每個(gè)學(xué)期都有數(shù)以千萬(wàn)計(jì)的學(xué)生從開(kāi)放平臺(tái)上受益。在“中國(guó)大學(xué)MOOC”上，最受歡迎的課程是來(lái)自北京理工大學(xué)的“Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”，從2015 年9 月至2021 年6月共開(kāi)設(shè)14 期，累計(jì)在線(xiàn)學(xué)習(xí)者超過(guò)353 萬(wàn)，從2015年9 月28 日開(kāi)設(shè)第一期課程開(kāi)始，“Python 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”課程的參與人數(shù)總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，尤其在2020 年2 月18 日至2020 年5 月12 日開(kāi)設(shè)的第11期，也就是新冠疫情防控階段，參與人數(shù)超過(guò)了75 萬(wàn)人，較前一期參加人數(shù)增長(zhǎng)比例逾80%，這充分說(shuō)明線(xiàn)上課程在非常時(shí)期發(fā)揮了重要作用，是各高校實(shí)施“停課不停學(xué)”這一方針的根本保障。

由大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教指委編寫(xiě)的《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》［9］一書(shū)中，明確指出大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的5 個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：“課程定位將在通識(shí)教育的框架下進(jìn)一步明確；教學(xué)內(nèi)容將圍繞計(jì)算思維能力培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行重組；實(shí)施方案將結(jié)合不同高校的定位呈現(xiàn)多樣化形態(tài)；教學(xué)手段適應(yīng)大規(guī)模開(kāi)放在線(xiàn)課程（MOOC）的挑戰(zhàn)和機(jī)遇；教學(xué)成效評(píng)測(cè)將在大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上更為精準(zhǔn)與科學(xué)?！苯逃吭?018 年發(fā)布的《教育信息化2.0》中指出：“因應(yīng)信息技術(shù)特別是智能技術(shù)的發(fā)展，積極推進(jìn)‘互聯(lián)網(wǎng)＋教育’，實(shí)現(xiàn)更加開(kāi)放、更加適合、更加人本、更加平等、更加可持續(xù)的教育，推動(dòng)我國(guó)教育信息化整體水平走在世界前列?！保?0］在2019 年發(fā)布的《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》中強(qiáng)調(diào)：“因材施教、知行合一，”提出：“到2035 年，要總體實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化，利用現(xiàn)代技術(shù)加快推動(dòng)人才培養(yǎng)模式的改革，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；逃c個(gè)性化培養(yǎng)的有機(jī)結(jié)合。”時(shí)任教育部部長(zhǎng)陳寶生在2020 年國(guó)際人工智能與教育會(huì)議［11］上指出：“人工智能等新技術(shù)向我們展示了變革教育的巨大潛能。我們應(yīng)當(dāng)加快發(fā)展更高質(zhì)量的教育、更加公平包容的教育、更加適合每個(gè)人的教育、更加開(kāi)放靈活的教育?！?/p>

然而，面向非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的計(jì)算機(jī)類(lèi)基礎(chǔ)課程，通常都是以多個(gè)行政班級(jí)合班的形式進(jìn)行大班上課，另外剛剛進(jìn)入大學(xué)校園的新生，有明顯的地域差異，來(lái)自不同區(qū)域的生源其計(jì)算機(jī)操作能力有很大不同［12］，有的學(xué)生在小學(xué)階段開(kāi)始接觸基本的計(jì)算機(jī)操作，在中學(xué)階段學(xué)習(xí)過(guò)可視化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，而有的同學(xué)連基本的鍵盤(pán)指法都未能掌握，甚至有人從未實(shí)際操作過(guò)計(jì)算機(jī)［13］。由于師資力量和實(shí)驗(yàn)設(shè)備等教學(xué)條件的限制，很難實(shí)現(xiàn)分級(jí)分層小班化計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)，特別是在計(jì)算機(jī)類(lèi)基礎(chǔ)課程學(xué)時(shí)非常有限的情況下，如何建立大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程與中小學(xué)信息教育教學(xué)［14］的有效銜接，如何保證高等院校大學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)［15］，如何實(shí)現(xiàn)本科四年計(jì)算機(jī)領(lǐng)域知識(shí)學(xué)習(xí)的不斷線(xiàn)以及與不同專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用［16］，如何根據(jù)學(xué)生的個(gè)性特征實(shí)施有層級(jí)的因材施教［17］，如何突破面授課堂在物理空間上的限制實(shí)現(xiàn)高效學(xué)習(xí)［18-19］，是相關(guān)教師在建設(shè)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程時(shí)必須思考和努力解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教改調(diào)研數(shù)據(jù)分析

為了提高計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)效果，培養(yǎng)具有計(jì)算思維素養(yǎng)的各類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才，從本科新生的基礎(chǔ)和期望、準(zhǔn)畢業(yè)生的需求和反饋以及專(zhuān)業(yè)教師和用人單位的要求等多個(gè)角度，就計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的內(nèi)容、目標(biāo)、學(xué)生應(yīng)具備的計(jì)算思維能力等多個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了調(diào)研，立足于學(xué)生實(shí)際、專(zhuān)業(yè)特色和社會(huì)需求，有效銜接基礎(chǔ)教育、高等教育和職場(chǎng)就業(yè)，打造人才培養(yǎng)的閉環(huán)機(jī)制。

1.1 本科新生的基礎(chǔ)和期望

基于“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念［20-22］，面向非電專(zhuān)業(yè)新生發(fā)放652 份調(diào)查問(wèn)卷，就計(jì)算機(jī)的功能性、已具備的計(jì)算機(jī)操作技能、各領(lǐng)域知識(shí)的難易度、對(duì)新一代信息技術(shù)的興趣點(diǎn)以及各種線(xiàn)上線(xiàn)下授課形式的接受度等方面內(nèi)容展開(kāi)調(diào)研，既摸清了新生計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的狀況，又明確了后續(xù)課程開(kāi)展的教學(xué)定位。80%以上的學(xué)生在小學(xué)已經(jīng)接觸過(guò)計(jì)算機(jī)，但是排名前三的計(jì)算機(jī)應(yīng)用是看視頻、查資料和玩游戲。同時(shí)調(diào)研結(jié)果表明學(xué)生普遍認(rèn)為在計(jì)算機(jī)類(lèi)基礎(chǔ)課程中，C語(yǔ)言、Python、VB.NET等程序設(shè)計(jì)課程難度最高，學(xué)生可以選擇多項(xiàng)，如圖1 所示。

圖1 各類(lèi)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的難易程度

表1 顯示在授課形式的6 個(gè)選項(xiàng)中，傾向傳統(tǒng)課堂授課加上機(jī)實(shí)踐模式的學(xué)生占比最多，達(dá)到32.36%，接受啟發(fā)式教學(xué)、線(xiàn)上線(xiàn)下授課等多種教學(xué)模式融合的學(xué)生占比第二多，達(dá)到23.01%。40%以上的學(xué)生期望根據(jù)自身的能力水平得到個(gè)性化教學(xué)指導(dǎo)。授課形式和個(gè)性化教學(xué)兩個(gè)問(wèn)題都是單項(xiàng)選擇。

表1 授課形式和個(gè)性化教學(xué)

如圖2 所示，學(xué)生最感興趣的新興科技排名前五的依次是：人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)，學(xué)生可以選擇其中多個(gè)選項(xiàng)。得出這樣的結(jié)果主要?dú)w因于人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)已經(jīng)對(duì)人類(lèi)社會(huì)的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了巨大的影響，而智能手機(jī)、平板電腦等便攜式終端的普及，使高等院校學(xué)生已然成為萬(wàn)物互聯(lián)生態(tài)環(huán)境的原住民，雖然這些新興科技已經(jīng)作為成熟的技術(shù)在日常生活中發(fā)揮了作用，但是對(duì)于剛剛進(jìn)入大學(xué)校園的一年級(jí)新生來(lái)說(shuō)，還未揭開(kāi)神秘的面紗，系統(tǒng)化地介紹這些新興科技，有益于學(xué)生更好地利用這些技術(shù)促進(jìn)自身研究能力的發(fā)展和專(zhuān)業(yè)知識(shí)的創(chuàng)新。

圖2 感興趣的新興科技

1.2 準(zhǔn)畢業(yè)生的需求和反饋

在面向非電專(zhuān)業(yè)四年級(jí)學(xué)生發(fā)放的152 份調(diào)查問(wèn)卷中，當(dāng)被問(wèn)及“哪些計(jì)算機(jī)技能在畢業(yè)設(shè)計(jì)上能提供幫助”時(shí)，80%以上的學(xué)生都選擇了Office 辦公軟件，這主要是因?yàn)楫厴I(yè)論文的排版和研究成果的展示以及數(shù)據(jù)表格的呈現(xiàn)都是利用辦公軟件來(lái)完成的，具體數(shù)據(jù)如圖3 所示。

圖3 對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)有幫助的計(jì)算機(jī)技術(shù)

雖然調(diào)研對(duì)象來(lái)自材料、化工、機(jī)械、管理等非電專(zhuān)業(yè)，但是仍有12.5%的同學(xué)傾向于從事計(jì)算機(jī)／互聯(lián)網(wǎng)／通信／電子產(chǎn)業(yè)，是除考研之外的第一選擇，可見(jiàn)同學(xué)們對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)持有濃厚的興趣，另外在第一學(xué)年下學(xué)期，學(xué)校允許成績(jī)優(yōu)秀者提出轉(zhuǎn)專(zhuān)業(yè)的申請(qǐng)，有少數(shù)同學(xué)已經(jīng)轉(zhuǎn)到“計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)或“數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)”專(zhuān)業(yè)，足以說(shuō)明近年來(lái)人工智能熱度帶來(lái)的專(zhuān)業(yè)選擇和就職就業(yè)導(dǎo)向。全部152 名同學(xué)的就業(yè)傾向如圖4 所示，每個(gè)同學(xué)只能選擇一個(gè)選項(xiàng)。

圖4 畢業(yè)后期望的去向

1.3 專(zhuān)業(yè)教師和用人單位的要求

組織所在學(xué)校其他學(xué)院的專(zhuān)業(yè)教師召開(kāi)座談會(huì)，包括車(chē)輛工程、軌道交通、航空運(yùn)輸物流管理、制藥工程和數(shù)字媒體藝術(shù)等專(zhuān)業(yè)的任課教師，從專(zhuān)業(yè)教師的角度提出對(duì)本專(zhuān)業(yè)學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的要求，他們關(guān)心的焦點(diǎn)主要集中在學(xué)生是否具備基本的編程能力和掌握本專(zhuān)業(yè)相關(guān)軟件的操作能力。雖然無(wú)論是一年級(jí)新生還是四年級(jí)畢業(yè)生都普遍認(rèn)為Office 辦公軟件容易掌握，但是指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)老師認(rèn)為學(xué)生的文檔編輯技能和演示文稿制作技能都需要進(jìn)一步提高，才能順利高效地完成畢業(yè)論文的編排和展示。辦公軟件的實(shí)踐教學(xué)是包含在第一個(gè)學(xué)期的計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程中，由于該課程的學(xué)時(shí)縮減至32 學(xué)時(shí)，所以并未安排理論教學(xué)，而是直接進(jìn)入到實(shí)踐教學(xué)，只能抽取其中常用的操作技巧進(jìn)行講解，而更多的時(shí)間留給學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐，很多高級(jí)技巧在課內(nèi)學(xué)時(shí)根本來(lái)不及教授，這就出現(xiàn)了“看似簡(jiǎn)單，實(shí)則不易”的情況。

通過(guò)在智聯(lián)招聘、前程無(wú)憂(yōu)等知名網(wǎng)站上抓取部分企業(yè)的招聘數(shù)據(jù)，包括金融、制造業(yè)、藝術(shù)設(shè)計(jì)等接納大量畢業(yè)生的行業(yè)，每個(gè)類(lèi)別分別從兩個(gè)網(wǎng)站各隨機(jī)抽取5 家公司，來(lái)分析各行業(yè)對(duì)從業(yè)人員計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的要求。在金融領(lǐng)域的10 條招聘信息中，有8家企業(yè)要求應(yīng)聘者能夠熟練操作Office辦公軟件，有6家要求熟練使用財(cái)務(wù)軟件。在制造業(yè)抽取的10 家公司，除多家企業(yè)要求應(yīng)聘者具有良好的辦公軟件操作能力之外，有5 家企業(yè)要求應(yīng)聘者熟練操作AutoCAD或Solidworks等三維繪圖軟件。在藝術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)布的美工、平面設(shè)計(jì)、影視后期、動(dòng)態(tài)視覺(jué)設(shè)計(jì)等10 個(gè)崗位中，只有1 家企業(yè)要求應(yīng)聘者為美術(shù)、平面設(shè)計(jì)相關(guān)專(zhuān)業(yè)，但是全部10 家企業(yè)都要求從業(yè)人員具有Photoshop、Illustrator、Premiere 等多媒體軟件的實(shí)操經(jīng)驗(yàn)。另外上述領(lǐng)域的部分企業(yè)還要求員工具有一定的編程能力，如掌握C語(yǔ)言或Matlab，能夠設(shè)計(jì)算法和模擬仿真以提高本領(lǐng)域的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量或服務(wù)品質(zhì)。而在政府部門(mén)、醫(yī)療衛(wèi)生、服務(wù)行業(yè)的行政人員，不同程度上要具有基本的辦公軟件、多媒體軟件和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的操作能力，可見(jiàn)各行各業(yè)都要求從業(yè)人員具備基本的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，并能夠?qū)⑵鋺?yīng)用到所在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的實(shí)際工作中。

綜上所述，無(wú)論是一年級(jí)新生還是高年級(jí)學(xué)生都對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)展現(xiàn)了濃厚的學(xué)習(xí)興趣，認(rèn)為對(duì)他們的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)和未來(lái)就業(yè)大有裨益，但同時(shí)他們認(rèn)為程序設(shè)計(jì)等課程有較高的學(xué)習(xí)難度，另一方面專(zhuān)業(yè)教師認(rèn)為在當(dāng)前學(xué)時(shí)有限的情況下，學(xué)生利用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問(wèn)題的能力仍需提高，同時(shí)各行各業(yè)用人單位也將具備基本的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力作為選拔應(yīng)聘者的準(zhǔn)則之一。因此構(gòu)建學(xué)習(xí)形式靈活多樣、知識(shí)結(jié)構(gòu)分層分級(jí)，以發(fā)展終身學(xué)習(xí)能力［23］為目標(biāo)的計(jì)算思維培養(yǎng)模式，將同時(shí)滿(mǎn)足學(xué)生、專(zhuān)業(yè)和社會(huì)三者在計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力方面的需求。

2 計(jì)算思維能力培養(yǎng)的四維延展

為了解決前述現(xiàn)實(shí)問(wèn)題和踐行相關(guān)指導(dǎo)意見(jiàn)，同時(shí)綜合考量多角度調(diào)研數(shù)據(jù)，面向非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的大學(xué)計(jì)算機(jī)類(lèi)基礎(chǔ)課程，應(yīng)該從多維度進(jìn)行科學(xué)合理的教學(xué)方案設(shè)計(jì)。如圖5 所示，在教學(xué)內(nèi)容的深度和廣度上，構(gòu)建模塊化的知識(shí)節(jié)點(diǎn)，在完成基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，可以選擇性的學(xué)習(xí)高階知識(shí)節(jié)點(diǎn)；通過(guò)建設(shè)線(xiàn)上教學(xué)資源對(duì)傳統(tǒng)的線(xiàn)下教學(xué)模式進(jìn)行空間上的延展，使學(xué)生能夠結(jié)合自身特點(diǎn)，利用線(xiàn)上資源進(jìn)行有效的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)；鼓勵(lì)學(xué)生參與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)等級(jí)考試和競(jìng)賽等作為計(jì)算機(jī)類(lèi)基礎(chǔ)課程的補(bǔ)充和延續(xù)，保障計(jì)算思維能力培養(yǎng)在時(shí)間上的連續(xù)性，不斷地達(dá)到規(guī)?；逃蛡€(gè)性化培養(yǎng)的平衡。

圖5 計(jì)算思維能力培養(yǎng)四維模型

2.1 模塊化知識(shí)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)靈活的教學(xué)深度延展

（1）計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)。在32 學(xué)時(shí)的公共基礎(chǔ)必修課計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程中，將各類(lèi)知識(shí)節(jié)點(diǎn)分成理論講解和實(shí)踐教學(xué)兩部分，對(duì)于計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)史、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、多媒體信息的數(shù)字化等內(nèi)容側(cè)重理論講解，操作系統(tǒng)、辦公軟件、多媒體軟件的具體應(yīng)用直接進(jìn)入實(shí)踐環(huán)節(jié)，實(shí)踐教材中的實(shí)驗(yàn)范例部分給出了所有題目要求的具體操作步驟，即使沒(méi)有相關(guān)軟件的操作經(jīng)驗(yàn)，按照指導(dǎo)也可以完成，而對(duì)于有一定計(jì)算機(jī)操作經(jīng)驗(yàn)的同學(xué)，可以在完成范例內(nèi)容后，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，參照樣張和要求完成具體題目。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，任課教師首先對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行說(shuō)明，并強(qiáng)調(diào)每次實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)，然后一對(duì)一答疑，再總結(jié)答疑過(guò)程中遇到的共性問(wèn)題，進(jìn)行全班廣播教學(xué)。

（2）程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程。兩門(mén)48 學(xué)時(shí)的程序設(shè)計(jì)類(lèi)公共基礎(chǔ)必修課C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)和VB.NET 程序設(shè)計(jì)，每次理論講解課后，都配有一次動(dòng)手實(shí)踐課，并在進(jìn)入函數(shù)和數(shù)組學(xué)習(xí)之前進(jìn)行一次綜合實(shí)驗(yàn)，既是對(duì)前半段所學(xué)知識(shí)的復(fù)習(xí)，也能夠摸清學(xué)生的掌握情況，在后續(xù)教學(xué)過(guò)程中適當(dāng)回溯相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)。

（3）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程。學(xué)生可以從第二學(xué)期組成團(tuán)隊(duì)，申請(qǐng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通常以3 人為一組，結(jié)合自身需求申請(qǐng)不同專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域教師開(kāi)設(shè)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題目，其中與計(jì)算機(jī)領(lǐng)域相關(guān)的題目有：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、影音作品后期制作、GIS信息交互系統(tǒng)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)等，此類(lèi)實(shí)驗(yàn)多與教師的研究方向緊密結(jié)合，同時(shí)給予學(xué)生充分的自主創(chuàng)新空間。以影音作品后期制作為例，要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，利用Premiere以自己的專(zhuān)業(yè)特長(zhǎng)或興趣愛(ài)好為主題制作時(shí)長(zhǎng)超過(guò)10 min 的影音作品，作品中必須包括配音、字幕、特效等內(nèi)容，要求主題明確、情節(jié)連貫、內(nèi)容完整，可根據(jù)需要利用Audition、Photoshop等軟件對(duì)素材進(jìn)行前期處理。同時(shí)結(jié)合自己的專(zhuān)業(yè)特色，有效地結(jié)合自己所學(xué)，恰當(dāng)?shù)厝谌胱罱K的作品里面，為作品增色添彩。通過(guò)完成創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力得到充分的鍛煉，同時(shí)他們的團(tuán)隊(duì)合作能力也得到了很好的發(fā)展。

2.2 融入新興科技和專(zhuān)業(yè)案例確保課程的廣度延展

結(jié)合教改調(diào)研數(shù)據(jù)分析結(jié)果，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程中加入互聯(lián)網(wǎng)＋、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、區(qū)塊鏈、人工智能等新興科技的介紹，并且面向不同專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)案例，介紹新興科技在不同領(lǐng)域發(fā)揮的作用，如向車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生介紹百度自動(dòng)駕駛技術(shù)，向藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)生介紹對(duì)抗生成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。圖6 給出了自動(dòng)駕駛技術(shù)的部分課件。

圖6 自動(dòng)駕駛技術(shù)介紹

在必修程序設(shè)計(jì)課程中，自編的理論教材和實(shí)踐教材也涵蓋了48 學(xué)時(shí)之外的高級(jí)程序設(shè)計(jì)技巧，包括：C語(yǔ)言的指針、結(jié)構(gòu)體、文件、VB.NET的圖形處理以及面向各專(zhuān)業(yè)的相關(guān)案例，并且在MOOC 資源中上傳了配套的講解視頻。MOOC資源與面授課程同步開(kāi)放，高級(jí)程序設(shè)計(jì)的知識(shí)點(diǎn)由學(xué)生課后自學(xué)完成。

2.3 豐富線(xiàn)上教學(xué)資源突破傳統(tǒng)面授課程的空間限制

（1）MOOC資源。包括兩門(mén)公共基礎(chǔ)必修課和一門(mén)公共選修課在內(nèi)的3 門(mén)程序設(shè)計(jì)課程：C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、VB.NET程序設(shè)計(jì)和Python程序設(shè)計(jì)，都搭建了線(xiàn)上MOOC資源，在兩門(mén)必修課線(xiàn)下課程開(kāi)始的同時(shí)，開(kāi)放線(xiàn)上資源，包括授課視頻、講義、題庫(kù)和常見(jiàn)問(wèn)題解答等內(nèi)容，對(duì)于學(xué)習(xí)進(jìn)展緩慢的同學(xué)，可以利用授課視頻做好課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)，對(duì)于基礎(chǔ)好、進(jìn)度快的同學(xué)可以利用線(xiàn)上資源拓展48 學(xué)時(shí)之外的高級(jí)程序設(shè)計(jì)知識(shí)，并利用題庫(kù)測(cè)試自身的掌握程度，有的放矢地改進(jìn)學(xué)習(xí)節(jié)奏。Python程序設(shè)計(jì)是一門(mén)面向全校各專(zhuān)業(yè)學(xué)生開(kāi)放的線(xiàn)上線(xiàn)下混合教學(xué)的選修課，學(xué)生可以隨時(shí)隨地利用各種終端設(shè)備進(jìn)行授課視頻的學(xué)習(xí)，然后在3 次面授課中匯報(bào)自己的學(xué)習(xí)成果，并在任課教師的幫助下解決線(xiàn)上學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題。

（2）群課堂直播。在疫情管控階段發(fā)揮重要作用的群課堂直播功能，同樣能夠在后疫情時(shí)代為那些不能到校參加面授課程的學(xué)生提供學(xué)習(xí)幫助，甚至可以作為一種長(zhǎng)期的授課方式保留下來(lái)。例如作者在2020 ～2021 學(xué)年第二學(xué)期開(kāi)設(shè)的C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程中，有部分學(xué)生因疫情在家隔離，所以在面授課程的同時(shí)開(kāi)啟群課堂直播功能，使線(xiàn)上線(xiàn)下的學(xué)生能夠獲得相近的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，后來(lái)發(fā)現(xiàn)有些因事因病請(qǐng)假的學(xué)生也參與到了群課堂直播中來(lái)，另外群課堂的回放功能也為學(xué)生提供了復(fù)習(xí)的渠道。

（3）線(xiàn)上答疑。線(xiàn)上答疑主要在超星學(xué)習(xí)通和騰訊QQ軟件上完成，兩個(gè)平臺(tái)都有支持智能手機(jī)的版本，使學(xué)生可以隨時(shí)隨地向教師發(fā)問(wèn)，特別有些在課堂上羞于發(fā)問(wèn)的同學(xué)，反而會(huì)在線(xiàn)上平臺(tái)進(jìn)行提問(wèn)，當(dāng)他們得到教師的反饋后，會(huì)進(jìn)一步激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情，尤其對(duì)于程序設(shè)計(jì)這一類(lèi)難度較高的課程，線(xiàn)上答疑有效地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

（4）在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。目前針對(duì)C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)這門(mén)難度較高、受眾廣泛的課程，搭建了在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)具有發(fā)布公告、布置題目、執(zhí)行代碼和生成報(bào)告的功能，每次實(shí)驗(yàn)從題庫(kù)中選取涵蓋各種難度的若干題目，并且可以設(shè)置提交的截止時(shí)間。題庫(kù)中針對(duì)每類(lèi)知識(shí)點(diǎn)添加了難、中、易3 種程度的題目，總量達(dá)124 道（含范例），為不同學(xué)習(xí)進(jìn)度的學(xué)生提供了充足的訓(xùn)練儲(chǔ)備。表2 給出了各類(lèi)知識(shí)點(diǎn)題目的難易度分布。

表2 題目難易度分布

圖7 所示給出了2020 年上半年，疫情防控階段C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)線(xiàn)上授課階段，“C 語(yǔ)言在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”統(tǒng)計(jì)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，學(xué)生成功提交實(shí)驗(yàn)的比例逐漸上升，最后達(dá)到99%。同時(shí)可見(jiàn)，雖然實(shí)驗(yàn)的難度隨著教學(xué)進(jìn)度逐漸增強(qiáng)，但是語(yǔ)法錯(cuò)誤數(shù)和實(shí)驗(yàn)平均耗時(shí)未升反降，反映了學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，通過(guò)大量的編程實(shí)踐不斷提高自己的編程能力，達(dá)到掌握程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)目的。

圖7 “C語(yǔ)言在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

2.4 自主選修、以考促學(xué)、以賽促練保證計(jì)算機(jī)知識(shí)學(xué)習(xí)的時(shí)間連續(xù)性

在公共選修課部分，開(kāi)設(shè)了辦公軟件、多媒體設(shè)計(jì)以及其他與專(zhuān)業(yè)緊密結(jié)合的計(jì)算機(jī)技術(shù)相關(guān)的課程，允許學(xué)生根據(jù)專(zhuān)業(yè)特色和自身興趣自由選擇，通常是32學(xué)時(shí)，2 個(gè)學(xué)分，注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，以及應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域問(wèn)題的能力。

在完成計(jì)算機(jī)類(lèi)必修課、公共選修課和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)學(xué)生參加計(jì)算機(jī)等級(jí)考試和計(jì)算機(jī)類(lèi)的競(jìng)技比賽，以考促學(xué)、以賽促練，保證計(jì)算機(jī)思維能力培養(yǎng)在時(shí)間上的連續(xù)性，實(shí)現(xiàn)四年本科計(jì)算機(jī)知識(shí)學(xué)習(xí)不斷線(xiàn)，學(xué)生不僅能收獲證書(shū)和獎(jiǎng)狀，更能品味努力付出后收獲勝利的喜悅，這為今后步入工作崗位，努力拼搏實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值提供資本和動(dòng)力。

通過(guò)教學(xué)內(nèi)容在深度、廣度、空間和時(shí)間四個(gè)維度上的延展，實(shí)現(xiàn)大學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，在保證大規(guī)模計(jì)算機(jī)通識(shí)教育的前提下，一定程度上實(shí)現(xiàn)了學(xué)生個(gè)性化培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)，使得高等院校畢業(yè)生具備一定的利用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題和創(chuàng)新發(fā)展所屬專(zhuān)業(yè)科學(xué)研究的能力。

3 結(jié) 語(yǔ)

在高度信息化時(shí)代，高等院校面向非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的計(jì)算機(jī)類(lèi)基礎(chǔ)課程，擔(dān)負(fù)著普及信息技術(shù)知識(shí)和培養(yǎng)計(jì)算思維素養(yǎng)的教育使命［24］，畢業(yè)生利用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的能力是衡量計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)效果的客觀(guān)標(biāo)尺?；趯W(xué)生實(shí)際、專(zhuān)業(yè)特色和社會(huì)需求三方面的調(diào)研數(shù)據(jù)出發(fā)，構(gòu)建適合人工智能時(shí)代的計(jì)算思維能力培養(yǎng)四維模型，從深度、廣度、空間和時(shí)間四個(gè)維度上延展計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，可以在同類(lèi)院校中進(jìn)行推廣，根據(jù)各校的實(shí)際進(jìn)行知識(shí)模塊重組，使計(jì)算思維能力培養(yǎng)四維模型本?；虻刂埔?，因校施策。這種教育模式同樣可以被其他基礎(chǔ)學(xué)科所借鑒，大力推進(jìn)“四新”人才的培養(yǎng)。

在四維教育模型實(shí)施過(guò)程中，要持續(xù)調(diào)研跟蹤：①要跟蹤新生3 年后的學(xué)習(xí)反饋，是否實(shí)現(xiàn)了作為新生時(shí)提出的期望，是否具備專(zhuān)業(yè)教師和用人單位認(rèn)可的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；②要與時(shí)俱進(jìn)，每隔4 ～6 年重新進(jìn)行一次全方位的調(diào)研，關(guān)注基礎(chǔ)教育階段學(xué)生計(jì)算機(jī)課程學(xué)習(xí)的改革和變化，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程隨之聯(lián)動(dòng)，降低基礎(chǔ)教育與高等教育在計(jì)算機(jī)教學(xué)中的重合率。③要建立科學(xué)規(guī)范的評(píng)估體系，如利用人工智能技術(shù)在姿態(tài)檢測(cè)和表情識(shí)別方面的應(yīng)用，對(duì)線(xiàn)上線(xiàn)下學(xué)習(xí)者進(jìn)行監(jiān)督評(píng)價(jià)，客觀(guān)地反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，找出學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的表現(xiàn)與最終取得的學(xué)習(xí)成果之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，分析不同教學(xué)情境中學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，總結(jié)授課形式、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)環(huán)境等外在因素影響學(xué)生內(nèi)在動(dòng)力的客觀(guān)規(guī)律，揚(yáng)長(zhǎng)避短，不斷提高計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)成效。