孫璐榮 姜楠楠 于曉婷

哈爾濱華德學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025

一、《計算機(jī)實(shí)用基礎(chǔ)》課程的重要性

為應(yīng)對全球科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，更好地支持國家“中國制造2025”戰(zhàn)略，教育部積極推進(jìn)高校進(jìn)行“新工科”建設(shè)［1］。通過與傳統(tǒng)工科專業(yè)交叉融合進(jìn)行新工科建設(shè)，助力傳統(tǒng)工科轉(zhuǎn)型創(chuàng)新，可見計算科學(xué)在高校落實(shí)“新工科”建設(shè)中的重要性。美國總統(tǒng)信息技術(shù)咨詢委員會（PITAC）在2005年6月曾提交報告并明確闡述應(yīng)利用計算科學(xué)促進(jìn)其他學(xué)科更好發(fā)展。報告提出，21世紀(jì)科學(xué)上、經(jīng)濟(jì)上最重要、最具前沿性的研究都需要通過運(yùn)用計算技術(shù)和計算科學(xué)解決。那么，大學(xué)《計算機(jī)實(shí)用基礎(chǔ)》課程對培養(yǎng)非計算機(jī)專業(yè)學(xué)科學(xué)生的計算思維和利用計算機(jī)技術(shù)求解問題的能力顯得非常重要。

立足應(yīng)用型本科高校，人才培養(yǎng)目標(biāo)的設(shè)定、培養(yǎng)方式的選擇和師資隊伍的建設(shè)等方面均與普通高校有顯著區(qū)別［2］。應(yīng)用型本科院校的人才培養(yǎng)定位面向生產(chǎn)和服務(wù)一線，以應(yīng)用為核心培養(yǎng)具有扎實(shí)理論基礎(chǔ)、廣闊專業(yè)知識視野、熟練應(yīng)用能力和綜合實(shí)踐素質(zhì)高的高層次應(yīng)用型人才。國際上知名應(yīng)用技術(shù)大學(xué)的辦學(xué)宗旨也培養(yǎng)高層次應(yīng)用型人才，強(qiáng)調(diào)課程的設(shè)計要突出實(shí)踐性和應(yīng)用性，將專業(yè)理論知識與實(shí)踐技能有效結(jié)合，從而培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)理論與實(shí)踐技能解決實(shí)際問題的能力。計算機(jī)實(shí)用基礎(chǔ)教學(xué)也受限于傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方案，存在知識面廣而雜、理論講授深度不夠、理論練習(xí)實(shí)踐不緊密、缺乏個性化思維能力培養(yǎng)和利用計算思維求解問題的訓(xùn)練等不足。顯然，“新工科”的建設(shè)給計算機(jī)實(shí)用基礎(chǔ)教學(xué)在提高學(xué)生計算思維解決實(shí)際問題和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)方面提出新的挑戰(zhàn)。

二、新時代對計算機(jī)實(shí)用基礎(chǔ)教育提出的能力培養(yǎng)需求

計算思維是《計算機(jī)實(shí)用基礎(chǔ)》課程的核心思維，是實(shí)現(xiàn)“新工科”建設(shè)的有效執(zhí)行途徑。計算思維是解決問題時求解解決方案的思維過程，解決問題的方式需要利用信息化手段完成。不同專業(yè)都可以利用適合的計算模型解決專業(yè)領(lǐng)域的問題，計算模型的建立就是計算思維與專業(yè)融合的開端，是進(jìn)行學(xué)科交叉融合的契合點(diǎn)。

專業(yè)領(lǐng)域的問題需要利用計算模型解決，而計算模型的建模的重點(diǎn)是將問題計算化處理，掌握將問題計算化處理的能力，再結(jié)合豐富的專業(yè)理論知識和實(shí)踐訓(xùn)練就可獲得計算建模的能力，所以問題的計算化處理是《計算機(jī)實(shí)用基礎(chǔ)》課程針對“新工科”建設(shè)提煉出具有普適性的第一層基本能力。學(xué)生獲得問題計算化處理的能力后，還需要具有將計算模型程序化的需求，針對求解問題編譯出一個具有特定需求的可執(zhí)行程序，至少掌握某種程序語言編碼能力以便將計算化處理的問題結(jié)果運(yùn)行出來，即《計算機(jī)實(shí)用基礎(chǔ)》課程需要培養(yǎng)學(xué)生的第二層計算求解能力。問題計算化能力和計算求解能力的培養(yǎng)是計算機(jī)思維培養(yǎng)和求解能力培養(yǎng)的基石，結(jié)合這兩種能力已經(jīng)可以解決大部分專業(yè)領(lǐng)域的簡單問題。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合專業(yè)領(lǐng)域知識求解復(fù)雜問題即獲得學(xué)科交叉融合解決問題的第三層能力。

當(dāng)然，這三層能力的培養(yǎng)往往需要經(jīng)過更加復(fù)雜化和專業(yè)化的訓(xùn)練，因此引導(dǎo)學(xué)生將復(fù)雜問題簡單化也是這一階段注重培養(yǎng)的能力之一。計算機(jī)實(shí)用基礎(chǔ)教育的人才培養(yǎng)以計算思維為核心不斷向著求解問題的目標(biāo)動態(tài)推進(jìn)。

三、《計算機(jī)實(shí)用基礎(chǔ)》課程面臨的教學(xué)痛點(diǎn)

（一）教育觀念和教學(xué)方式上的局限

傳統(tǒng)的計算機(jī)實(shí)用基礎(chǔ)教學(xué)依賴教師課堂講授，往往授課過程中以教材和教師為核心展開教學(xué)，課程忽視了以學(xué)生為中心的教學(xué)理念。許多投身一線教學(xué)的教師長期沉浸在傳統(tǒng)教學(xué)理念中，不接受新的教學(xué)模式、理念，技術(shù)能力也不能及時跟上計算機(jī)技術(shù)的更迭速度。因《計算機(jī)實(shí)用基礎(chǔ)》課程不是專業(yè)課，學(xué)生對課程的重視程度不足，陳舊的教學(xué)內(nèi)容、落后的教學(xué)手段將會導(dǎo)致學(xué)生出現(xiàn)厭學(xué)、棄學(xué)等現(xiàn)象。

（二）學(xué)時不足，理論實(shí)踐分配不均

計算機(jī)科學(xué)是一門復(fù)雜學(xué)科，具有技術(shù)繁雜、知識密集、應(yīng)用面廣、更新速度快等特性。有研究顯示自20世紀(jì)90年代以來，計算機(jī)相關(guān)知識每3到5年以成倍的速度更新。即使提取這門學(xué)科的常用知識和實(shí)用技能，凝集成一門具有普適性的基礎(chǔ)課程也仍存在知識點(diǎn)龐雜的特點(diǎn)。而大部分高校計算機(jī)基礎(chǔ)課程的總學(xué)時普遍僅有32學(xué)時或24學(xué)時。在有限的學(xué)時限制下，教師在授課過程中常為了覆蓋到知識點(diǎn)而重理論傳授輕動手實(shí)踐。

（三）因材施教落地實(shí)施難

由于各地區(qū)初高中對計算機(jī)課程教學(xué)重視程度的不同，造成學(xué)生對計算機(jī)技能的了解掌握出現(xiàn)差異化。有一小部分學(xué)生可能很少使用計算機(jī)甚至從未接觸過計算機(jī)，而另一部分學(xué)生已經(jīng)可以熟練使用計算機(jī)進(jìn)行網(wǎng)上聊天、電子游戲，亦可簡單使用Office辦公軟件。但隨著智能手機(jī)的普及，大部分學(xué)生逐漸習(xí)慣用手機(jī)完成許多操作，對計算機(jī)的興趣和操作能力呈現(xiàn)下降趨勢。

（四）考試模式落后，成績評價單一

計算機(jī)實(shí)用基礎(chǔ)是必修的公共基礎(chǔ)課，課堂人數(shù)普遍在70到120人之間，無論是課堂管理還是作業(yè)批改都面臨著基數(shù)大的問題，教師很難及時批改作業(yè)、精準(zhǔn)管理學(xué)生，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果也難以保證。利用傳統(tǒng)的考核方式，學(xué)生的課程成績單憑教師對學(xué)生上課表現(xiàn)和一紙試卷決定。即使了解學(xué)生對計算機(jī)理論知識的掌握情況，也不能合理體現(xiàn)學(xué)生對計算機(jī)技術(shù)的實(shí)際操作能力。

四、《計算機(jī)實(shí)用基礎(chǔ)》課程體系重構(gòu)方案

為了更好體現(xiàn)教學(xué)效果，課程引入基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式（Outcomes-based Education，OBE），從《計算機(jī)實(shí)用基礎(chǔ)》課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和考評方式等方面以O(shè)BE為導(dǎo)向構(gòu)建以學(xué)生為中心，以學(xué)習(xí)成效為驗(yàn)證展開教學(xué)改革［3］。

（一）《計算機(jī)實(shí)用基礎(chǔ)》課程教學(xué)內(nèi)容

為解決上課學(xué)時的限制，體現(xiàn)OBE教學(xué)模式效果，課程引入思科公司的產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目，構(gòu)建與企業(yè)需求接軌的計算機(jī)課程體系。根據(jù)不同專業(yè)需求開設(shè)思科網(wǎng)院提供的在線學(xué)習(xí)課程，以“專業(yè)融合，能力提升”為目的，重構(gòu)《計算機(jī)實(shí)用基礎(chǔ)》課程體系，提升課程的實(shí)踐訓(xùn)練和自主學(xué)習(xí)占比，使學(xué)生的學(xué)科融合能力和自主學(xué)習(xí)能力都得到提升。計算機(jī)實(shí)用基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容結(jié)合國家二級計算機(jī)考試科目要求，不斷更新迭代。經(jīng)過幾番實(shí)踐，主要包含主流Windows操作系統(tǒng)和Office辦公軟件中的文字編輯、表格處理和電子演示文稿等部分。

在非計算機(jī)專業(yè)的《計算機(jī)實(shí)用基礎(chǔ)》課程內(nèi)容改革中，根據(jù)專業(yè)性質(zhì)選擇適配的思科學(xué)習(xí)平臺優(yōu)質(zhì)在線資源開設(shè)ITE（IT Essentials：PC Harware and Softwate）、IOT（Introduction to IoT）和ITC（Introduction to Cybersecurity）三門課程及幾個典型仿真實(shí)驗(yàn)融入教學(xué)內(nèi)容。從而在已有計算機(jī)實(shí)用基礎(chǔ)知識結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上對課程內(nèi)容進(jìn)行課后的補(bǔ)充拓展。

（二）計算機(jī)實(shí)用基礎(chǔ)教學(xué)模式

引入超星學(xué)習(xí)通和思科網(wǎng)院教學(xué)資源，圍繞課前、課中、課后構(gòu)建混合教學(xué)模式，課前利用學(xué)習(xí)通或思科資源進(jìn)行線上預(yù)習(xí)；課中通過教師的理論講授、學(xué)生分享的翻轉(zhuǎn)課堂、分小組問題討論進(jìn)行線下教學(xué)，在實(shí)訓(xùn)室利用思科仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)操練習(xí)。并將課上講授的內(nèi)容和練習(xí)實(shí)操錄制成視頻上傳至超星學(xué)習(xí)通。課后學(xué)生可以根據(jù)知識掌握情況選擇利用超星進(jìn)行復(fù)習(xí)或利用思科平臺進(jìn)行知識擴(kuò)展。在實(shí)踐操作環(huán)節(jié)中設(shè)計了大量的綜合性實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用練習(xí)。無論是課前、課中、課后還是實(shí)踐操作環(huán)節(jié)都引入了思科網(wǎng)院的資源，見圖1。

圖1 教學(xué)模式與教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計

（三）課程考核評價方式

為減少人為因素影響，課程采用教、考分離方式，更加注重對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的考核。在課堂考勤、實(shí)踐操作和期末考試等基礎(chǔ)考核方式之上，加入對思科網(wǎng)院在線學(xué)習(xí)和考試的考核評價。期末引入自動評測系統(tǒng)進(jìn)行期末測驗(yàn)，系統(tǒng)自動組卷，學(xué)生進(jìn)行隨機(jī)抽題，試題庫不對教師、學(xué)生開放?！队嬎銠C(jī)實(shí)用基礎(chǔ)》課程構(gòu)建能反映學(xué)生計算思維、網(wǎng)絡(luò)素養(yǎng)、實(shí)操應(yīng)用等多元化能力測評體系，注重收集的學(xué)生學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)從而科學(xué)合理地評價學(xué)生的綜合素養(yǎng)。課程綜合成績除占比10%的實(shí)驗(yàn)報告是教師進(jìn)行批閱以外，其他過程成績均由對應(yīng)系統(tǒng)自動評分。過程考核成績占比如表1所示。課程鼓勵學(xué)生積極完成思科在線學(xué)習(xí)，思科網(wǎng)院將給完成ITE、IOT、ITC課程考試，且每章節(jié)考試成績在75以上的學(xué)生頒發(fā)對應(yīng)課程的結(jié)業(yè)證書。

表1 過程考核成績占比

五、教學(xué)改革效果驗(yàn)證

為驗(yàn)證本次教學(xué)改革的成效，在2018至2021年度分別抽取一個自然班的學(xué)生樣本，并對教學(xué)效果進(jìn)行比較分析。其中，第一組為傳統(tǒng)教學(xué)方式，樣本數(shù)120人；第二組為第一次加入思科在線學(xué)習(xí)資源組，教學(xué)樣本數(shù)113人；第三組為結(jié)合超星學(xué)習(xí)平臺與思科網(wǎng)院資源組，教學(xué)樣本113人；第四組是基于前三組持續(xù)進(jìn)行改進(jìn)的樣本組，教學(xué)樣本數(shù)115人。第一組樣本的平均分75.07，及格率96.67%，優(yōu)秀率2.50%；第二組樣本的平均分77.45，及格率97.34%，優(yōu)秀率2.65%；第三組樣本的平均分76.50，及格率99.11%，優(yōu)秀率0.89%；第四組樣本的平均分78.83，及格率100%，優(yōu)秀率13.04%。與前三組樣本相比，第四組樣本的平均成績分別提高了3.76、1.37和2.33，優(yōu)秀率分別提高了10.54%、10.39%和12.15%。可見基于OBE教學(xué)模式，結(jié)合思科網(wǎng)院教學(xué)資源的計算機(jī)實(shí)用基礎(chǔ)教學(xué)改革效果顯著。

六、結(jié)語

本文基于OBE教學(xué)模式結(jié)合思科網(wǎng)院校企合作重構(gòu)計算機(jī)實(shí)用基礎(chǔ)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核評價體系，通過4年的教學(xué)實(shí)踐持續(xù)修改完善教學(xué)改革。實(shí)踐結(jié)果顯示本文提出的教學(xué)改革激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，提高了課程的及格率和優(yōu)秀率，說明教學(xué)改革具有一定的有效性。