賈萍　柳欣

關(guān)鍵詞：計算機基礎(chǔ)；計算思維；創(chuàng)新實踐能力；數(shù)據(jù)分析；Python語言

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）21-0131-04

0 引言

計算機基礎(chǔ)是我國高等院校各專業(yè)必修的公共基礎(chǔ)課程，其主要目標是提高學(xué)生的計算機素養(yǎng)和信息化軟件的運用水平。長期以來，該課程的教學(xué)內(nèi)容以Windows操作系統(tǒng)、Access數(shù)據(jù)庫和Office系列辦公自動化軟件為主。當前，以云計算、人工智能和大數(shù)據(jù)為代表的信息技術(shù)正在各應(yīng)用領(lǐng)域改變著人類的思維方式。計算思維是一種運用計算機科學(xué)的概念解決問題和理解人類行為的科學(xué)方法[1]，它已經(jīng)逐漸成為各專業(yè)學(xué)生必須具備的素質(zhì)和能力。2010年之后，我國高校的計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)開始發(fā)生轉(zhuǎn)型，即在課程教學(xué)中增加有關(guān)程序設(shè)計語言的內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，實現(xiàn)從“以知識為導(dǎo)向”向“以能力為導(dǎo)向”的躍升，能在今后運用計算機技術(shù)解決本專業(yè)領(lǐng)域的實際問題[2]。

1 課程改革原因及現(xiàn)狀分析

計算機基礎(chǔ)課程面向的專業(yè)非常廣泛，同時這些專業(yè)的人才培養(yǎng)目標差異較大。筆者所在學(xué)校是一所以文科為主的應(yīng)用型本科高校，在當前的人工智能和大數(shù)據(jù)時代背景下，教師在課程知識體系、課堂教學(xué)和實驗實訓(xùn)方面面臨著諸多挑戰(zhàn)，迫切需要開展有針對性的理論和實驗教學(xué)改革。在改革之前，計算機基礎(chǔ)課程存在以下問題：（1） 學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊。普遍對編程有畏難心理，這種情況給教師開展課程實驗教學(xué)帶來極大的挑戰(zhàn)。（2） 課程教學(xué)重語法輕應(yīng)用。教師過分強調(diào)語句格式和語法規(guī)則，忽視了對計算思維和解決問題能力的培養(yǎng)。（3） 教學(xué)模式單一。在“課堂講授理論+上機操作+課后練習(xí)”的傳統(tǒng)教學(xué)方式下，學(xué)生無法成為教學(xué)活動的主體。（4） 不同專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容缺乏差異性。教師未能有效地開展差異化教學(xué)，導(dǎo)致學(xué)生無法將所學(xué)知識應(yīng)用于本專業(yè)領(lǐng)域。（5） 考核方式單一。采用的考核方式未能體現(xiàn)課程“重應(yīng)用”的特點，無法對學(xué)生解決實際問題的能力進行有效評價。

2 教學(xué)改革總體思路

2.1 教學(xué)內(nèi)容改革

課程改革前，計算機基礎(chǔ)課程側(cè)重講授Access數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是典型的桌面型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，并不適用于對大型數(shù)據(jù)庫的管理。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，該內(nèi)容已經(jīng)無法適應(yīng)人工智能、大數(shù)據(jù)時代的信息化發(fā)展現(xiàn)狀。2016年，教育部高等學(xué)校大學(xué)計算機課程教學(xué)指導(dǎo)委員會倡導(dǎo)推進面向計算思維培養(yǎng)的教學(xué)改革，并將Python語言列入備選的程序設(shè)計語言[3]。Python是一門功能強大、易于入門的程序設(shè)計語言。它有助于培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，為他們今后通過編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取、存儲、分析和處理以及學(xué)習(xí)人工智能、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)奠定基礎(chǔ)[4]。因此，筆者所在學(xué)校從2019年起將該語言作為所有非計算機專業(yè)計算機基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容。

2.2 課程改革實施路徑

針對上述問題，在充分調(diào)研各專業(yè)培養(yǎng)目標基礎(chǔ)上，筆者從以下方面進行改革：（1） 精煉語法部分，補充有關(guān)第三方庫資源使用的教學(xué)內(nèi)容。（2） 強化計算思維訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力、團隊協(xié)作能力以及創(chuàng)新能力。（3） 綜合運用多種教學(xué)方法并且改革課程考核方式，實現(xiàn)從以“教師為中心”向以“學(xué)生為中心”的轉(zhuǎn)變，增強學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力，其具體表現(xiàn)是能通過Python語言編程和互聯(lián)網(wǎng)獲取有效數(shù)據(jù)并進行分析。

3 課程體系設(shè)計

3.1 課程目標制定

改革后的課程目標以培養(yǎng)學(xué)生的編程實踐能力為出發(fā)點，以Python語言語法、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計和數(shù)據(jù)分析可視化為主要教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生初步具備利用Python語言解決本專業(yè)實際問題的應(yīng)用開發(fā)能力，初步形成計算思維，為后續(xù)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

3.2 課程教學(xué)設(shè)計

1） 教學(xué)內(nèi)容劃分

根據(jù)課程目標，筆者從數(shù)據(jù)分析的角度將課程內(nèi)容劃分為以下模塊，即基本語法模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)分析與可視化模塊。基本語法模塊主要介紹基礎(chǔ)語法和基本程序結(jié)構(gòu)等方面的知識；數(shù)據(jù)獲取模塊介紹Requests爬蟲框架及頁面解析技術(shù)；數(shù)據(jù)處理模塊介紹Numpy 矩陣運算、經(jīng)典分類以及聚類算法；數(shù)據(jù)存儲模塊介紹數(shù)據(jù)存儲和SQLite 數(shù)據(jù)庫技術(shù)；數(shù)據(jù)可視化模塊介紹基于Numpy、Pandas等庫的圖形繪制。上述模塊可進一步劃分為基礎(chǔ)知識、能力培養(yǎng)和實際應(yīng)用三個層次（如圖1所示）。其中，基礎(chǔ)知識層次可以滿足各專業(yè)學(xué)生的普遍需求。能力培養(yǎng)層次包括基本算法和高級數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，要求學(xué)生對實際問題進行整體的抽象化和數(shù)字化，最終以編程問題的形式進行思考和討論，提升抽象類比的計算思維能力。實際應(yīng)用層次要求教師設(shè)計符合各專業(yè)需求的專題應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所學(xué)專業(yè)背景完成綜合性的程序設(shè)計任務(wù)。課程各模塊的具體內(nèi)容以及學(xué)時安排如表1所示。

2） 教學(xué)方法運用

為了實現(xiàn)上述教學(xué)改革目標，筆者在課堂教學(xué)中融入以下的教學(xué)方法：

① 項目教學(xué)法

項目教學(xué)法是一種以建構(gòu)主義理論為指導(dǎo)的教學(xué)方法，要求教師事先選取實際項目，并對項目內(nèi)容進行分解。在教學(xué)過程中，教師先向?qū)W生進行示范，然后組織學(xué)生以小組為單位對項目任務(wù)進行討論，并以協(xié)作方式達成學(xué)習(xí)目標。此種教學(xué)方法促進學(xué)生對知識進行探究，有助于提升學(xué)生對知識的綜合應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力和協(xié)作精神[5]。例如，在講授變量、流程控制、函數(shù)、模塊之后，筆者設(shè)計了名片系統(tǒng)管理項目（具體內(nèi)容如表2所示）。該項目的教學(xué)難點是如何使學(xué)生理解順序結(jié)構(gòu)的概念和重要性。為此，筆者在準備教案和開發(fā)名片管理系統(tǒng)案例時注重展現(xiàn)程序的順序執(zhí)行。在教學(xué)過程中，強調(diào)順序結(jié)構(gòu)“一步一步”執(zhí)行的特點。學(xué)生通過完成該項目的開發(fā)，可以加深對程序順序執(zhí)行過程的理解。

② 案例教學(xué)法

案例教學(xué)法是一種“自下而上”的教學(xué)方法，它要求教師通過選取教學(xué)案例創(chuàng)建知識運用的具體情境，引導(dǎo)學(xué)生圍繞情境中的問題展開討論，最終提煉出知識結(jié)論。在選取案例時，需要注重以下特征，即真實性、典型性、情境性、問題性和理論性[6]。在教學(xué)過程中，筆者引入了許多貼近現(xiàn)實生活且兼具趣味性的案例。以政府工作報告詞云制作為例，該案例要求學(xué)生突出顯示政府工作報告中出現(xiàn)頻率較高的關(guān)鍵詞，形成“關(guān)鍵詞云層”，從而幫助瀏覽者輕松領(lǐng)略文本主旨。該案例融入了文件讀取、分詞整理、設(shè)置輸出詞云、觀察結(jié)果、優(yōu)化迭代等技術(shù)，對政府工作報告進行可視化展示。筆者在教學(xué)過程中融入了思政元素，使授課內(nèi)容豐富有趣，顯著改善了教學(xué)效果。

③ 任務(wù)驅(qū)動法

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)是指教師將待講授的概念、原理、技術(shù)以學(xué)習(xí)任務(wù)的形式進行呈現(xiàn)。在教學(xué)過程中，教師通過任務(wù)向?qū)W生明確教學(xué)內(nèi)容，要求學(xué)生根據(jù)任務(wù)指示參與教學(xué)活動，以循序漸進的方式完成多個任務(wù)，并且在參與過程中獲得知識[7]。該方法通過完成任務(wù)激發(fā)和維持學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動機，真正地實現(xiàn)了以學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)為中心[8]。比如，在講授循環(huán)語句部分時，筆者設(shè)計一個猜數(shù)字游戲的情景，并通過以下的問題設(shè)計開展問題驅(qū)動教學(xué)：（1） 為了讓計算機生成一個隨機數(shù)，可以采用何種方式實現(xiàn)？（2） 在猜數(shù)過程中，計算機需要對數(shù)字的大小進行判斷。你認為應(yīng)當使用何種程序結(jié)構(gòu)進行實現(xiàn)呢？（3） 當玩家猜錯數(shù)字之后，系統(tǒng)允許其繼續(xù)進行數(shù)字猜測。對此，應(yīng)當采用何種程序結(jié)構(gòu)實現(xiàn)呢？在上述問題的驅(qū)動下，學(xué)生逐步地完成了整個任務(wù)的學(xué)習(xí)。

3.3 課程考核與評價

為了提高課程考核評價方式的多樣性、客觀性以及激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，筆者引入了多元化的課程考核評價方法。具體評價方法如下：總評成績=期末成績×50%+過程性考核成績×50%。其中，期末考試采用閉卷機考方式。過程性考核包括平時表現(xiàn)、課后自主學(xué)習(xí)、隨堂測試、實驗報告和綜合項目報告5種考核形式，它們在過程性考核成績中分別占比5%、20%、15%、10%、50%。其中，平時表現(xiàn)側(cè)重考查學(xué)生課堂表現(xiàn)（如出勤情況，課堂回答問題、參與討論的情況）。課后自主學(xué)習(xí)側(cè)重考查學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)的完成情況（如課前預(yù)習(xí)微課、預(yù)習(xí)測試、課后自測等）。隨堂測試側(cè)重考查學(xué)生對基本知識點的掌握情況。實驗報告?zhèn)戎乜疾閷W(xué)生的編程實踐能力以及實驗報告撰寫質(zhì)量。綜合項目報告?zhèn)戎乜疾閷W(xué)生在綜合運用所學(xué)知識分析和解決問題、團隊協(xié)作以及思維創(chuàng)新方面的表現(xiàn)。各考核項目的比例分配以及評價標準如表3 所示。

4 課程改革效果

2019年至2022年期間，筆者共開展了4輪教學(xué)改革，全校各專業(yè)期末平均成績整體上呈逐年上升趨勢（具體如表4所示）。

此外，筆者在結(jié)課后采用問卷星等工具開展匿名問卷調(diào)查，以期根據(jù)學(xué)生的反饋改進課程教學(xué)。在“2022-2023學(xué)年第1學(xué)期”的問卷調(diào)查中，筆者面向財務(wù)管理、審計學(xué)、會計學(xué)等9個專業(yè)的學(xué)生發(fā)布調(diào)查問卷，有效回收問卷439份。針對問題“你對本學(xué)期的課堂教學(xué)效果作何評價？”，67.65%的學(xué)生認為“教師在實驗課上布置的項目任務(wù)非常實用”，71.3%的學(xué)生認為“通過學(xué)習(xí)教師在課堂上介紹的案例，開闊了眼界”，71.3%的學(xué)生認為“在完成教師布置的任務(wù)的同時，獲得了學(xué)習(xí)上的成就感”（具體如圖2所示）。針對問題“你認為，本學(xué)期的教學(xué)內(nèi)容對自己今后的專業(yè)學(xué)習(xí)是否有幫助？”，34.85%的學(xué)生認為“幫助很大”，57.4%的學(xué)生認為“有所幫助”（具體如圖3所示）。

5 結(jié)論

針對應(yīng)用型本科高校非計算機專業(yè)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)面臨的困境，筆者開展了面向創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的課程教學(xué)改革，并取得了較好的效果。應(yīng)當承認的是，該課程的改革還有待進一步深入，具體表現(xiàn)在以下方面：①學(xué)生尚缺乏對編程思想的整體把握且程序調(diào)試技術(shù)有待提高。②部分學(xué)生的實踐能力仍有欠缺。③在課程結(jié)束后有意愿繼續(xù)深入學(xué)習(xí)編程技術(shù)的學(xué)生比例有待提高。

今后改革目標： ①通過改進教學(xué)設(shè)計，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高編程能力，促進計算思維的培養(yǎng)。②推動教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生所在專業(yè)的深度融合，開發(fā)面向?qū)I(yè)創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的實習(xí)實訓(xùn)案例庫。③引入更為靈活的教學(xué)方法，提高學(xué)生的參與度，釋放他們的學(xué)習(xí)熱情。