劉鍇　藍集明　吳亞東　成新文　廖婉婷

［摘 要］針對大學計算機課程實驗教學內(nèi)容與高校特色專業(yè)結(jié)合度不夠、針對性不強的痛點，文章以四川輕化工大學的教學改革與實踐為例，提出了一種基于“向日葵”模型的與專業(yè)融合的實驗教學方案，并介紹了實驗教學的內(nèi)容及組織實施情況，展示了專業(yè)融合教學的效果。

［關(guān)鍵詞］大學計算機；實驗教學；賦能教育；OBE理念

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）15-0058-05

當今社會，計算機技術(shù)已融入人們?nèi)粘W習、工作、生活的各個領域。擁有獲取信息、處理信息和使用信息的能力，已成為對現(xiàn)代人基本生存能力的要求。各專業(yè)的大學生都必須適應當今社會的這一基本要求，除了必須具備計算思維能力，還要能夠使用計算機解決自己專業(yè)領域的各類復雜問題。當前，國內(nèi)一些高校的大學計算機課程面臨的核心問題是，各專業(yè)迫切需要新一代信息技術(shù)賦能專業(yè)建設，而目前大學計算機課程還沒有達到各專業(yè)期望的“賦能”目標。新時代大學計算機課程的基本任務是，融合新一代信息技術(shù)（如物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能等），根據(jù)專業(yè)差異化需求，實現(xiàn)目標導向的新時代“專業(yè)+計算”的賦能教育[1]，即以學生為中心、以產(chǎn)出為導向。

一、課程與校情分析

（一）課程基本情況

大學計算機課程是面向非計算機專業(yè)大一學生開設的第一門系統(tǒng)介紹信息技術(shù)的公共基礎必修課程，同時也是許多專業(yè)的學生進一步學習計算機高級語言程序設計、軟件技術(shù)基礎等課程的前導課程，是一門理論性和實踐性并重的課程。課程內(nèi)容涉及計算機領域眾多的基本概念、基本原理、基本方法和基本技能，旨在培養(yǎng)當代大學生在信息社會正常工作、學習和生活應該具備的基本素養(yǎng)。

本課程以計算思維為主線貫穿始終[2]，包括理論課和實驗課兩部分。理論課側(cè)重于計算機理論知識的講解，培養(yǎng)學生的理論素養(yǎng)；實驗課則側(cè)重于實際的動手操作，培養(yǎng)學生的操作技能。目前，部分高校，特別是一般本科院校，在大學計算機實驗教學中，主要講授的是辦公自動化軟件的操作，以滿足相關(guān)專業(yè)畢業(yè)論文長文檔的排版、學術(shù)匯報以及專業(yè)數(shù)據(jù)分析與處理等需求，但普遍存在與專業(yè)結(jié)合不夠的問題，部分教師的教學只停留在基本的操作上，只介紹軟件本身的功能，缺乏真實、具體的應用案例。辦公自動化軟件本身就是一種面向各種應用的通用軟件，完全可以與不同專業(yè)的需求相融合。比如其中的電子表格處理工具，不僅可以應用于管理、財務和金融領域，也可以應用于工程分析計算，如解代數(shù)方程、用曲線擬合數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、開展工程經(jīng)濟分析研究以及求解復雜的最優(yōu)化問題等[3]。身處大數(shù)據(jù)時代，許多專業(yè)的學生都面臨著數(shù)據(jù)采集、整理、分析和判斷的任務，需要從大量數(shù)據(jù)中找出內(nèi)在規(guī)律、預測發(fā)展趨勢，電子表格處理軟件將是一個非常有用的工具。為此，教師可以在實驗教學中加大電子表格處理軟件的教學比重，將其作為本課程與各專業(yè)融合的一個重要切入點。

（二） 學校基本情況

四川輕化工大學（以下簡稱我校）是一所“三線建設”時期西遷的本科高校，于1965年響應毛主席號召、經(jīng)周總理批示，將原華東化工學院（現(xiàn)華東理工大學）的部分保密專業(yè)西遷至四川自貢市，組建華東化工學院西南分院，對外稱之為“652工程”。我校繼承了“652工程”的“輕工”和“化工”基因，被業(yè)界譽為“中國白酒人才培養(yǎng)的搖籃”?；谖倚！敖ㄔO特色鮮明、優(yōu)勢突出的高水平綜合性大學”的辦學定位，以及培養(yǎng)“基礎扎實、具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高素質(zhì)應用型人才”的要求，本課程的總體教學目標定為能夠理解計算學科的基本知識和方法，初步具備運用計算機技術(shù)分析解決專業(yè)問題的能力，同時具有一定的計算思維能力和信息素養(yǎng)。

但是，就大學計算機實驗課程而言，目前適合我校特色專業(yè)需求、可借鑒的國內(nèi)外相關(guān)教學內(nèi)容和方法并不多見。隨著我校越來越多的專業(yè)需要進行基于OBE（成果導向教育）理念的中國工程教育專業(yè)認證，各個專業(yè)的教學環(huán)節(jié)都需要支撐畢業(yè)要求觀測點，這對大學計算機課程提出了新的更高的要求[4]。例如釀酒工程專業(yè)對本課程的要求是掌握釀酒工程專業(yè)及其行業(yè)和領域內(nèi)的常用現(xiàn)代儀器設備和先進的信息技術(shù)工具，能夠選擇、使用和開發(fā)先進的技術(shù)和工具對釀酒工程行業(yè)和領域的復雜工程問題進行預測、模擬和分析，并能夠理解其局限性[5]。如何將這些要求落實到具體的教學環(huán)節(jié)中，已成為我校本課程教學必須面對的一個難題。高等學校的計算機基礎教育必須進一步同其他各個學科專業(yè)交叉融合，提高學生利用信息技術(shù)解決專業(yè)領域問題的能力[6]。

二、基于“向日葵”模型的與專業(yè)融合的大學計算機實驗教學設計

（一）“向日葵”模型介紹

在本課程的實驗教學中，教學團隊設計了基于“向日葵”模型的與專業(yè)融合的框架結(jié)構(gòu)（見圖 1），將各專業(yè)學生都應該學習和掌握的大學計算機公共基礎內(nèi)容作為模型的主體，在此基礎之上，再針對相關(guān)專業(yè)，特別是特色專業(yè)，精心設計教學案例來構(gòu)成“向日葵”模型的花瓣。對于大學計算機公共基礎的內(nèi)容，我們采用了虛實結(jié)合、課內(nèi)與課外結(jié)合、線上與線下結(jié)合的方式來完成教學；而對于“向日葵”模型的花瓣，則根據(jù)各專業(yè)的需求，選取相應的典型案例進行實驗。我校大學計算機實驗教學的內(nèi)容概要見圖 2。

（二）專業(yè)融合實驗簡介

與相關(guān)專業(yè)融合的綜合實驗主要依托電子表格、金山表單、問卷星和DataEase等隨手可得的一些國產(chǎn)數(shù)據(jù)處理工具來實現(xiàn)。實驗內(nèi)容主要是針對我校一些特色專業(yè)和有代表性的專業(yè)安排的一些典型的應用案例。

針對釀酒工程專業(yè)，安排了釀酒數(shù)據(jù)處理與分析綜合實驗。該實驗通過對葡萄酒品嘗評分、葡萄酒質(zhì)量等數(shù)據(jù)進行綜合分析（見圖 3、圖 4），讓學生熟練掌握使用電子表格進行模擬分析和運算以及對數(shù)據(jù)進行清洗、復雜統(tǒng)計和工程分析的基本技能[7]231-250。

針對經(jīng)濟學類專業(yè)，安排了GDP（國內(nèi)生產(chǎn)總值）和EOQ（經(jīng)濟訂貨批量）數(shù)據(jù)處理與分析的綜合實驗[7]216-230，將網(wǎng)頁數(shù)據(jù)導入、常用函數(shù)、合并計算和三種模擬分析工具（單變量求解、模擬運算表和方案管理器）融入處理2017—2019年國內(nèi)各省GDP數(shù)據(jù)和企業(yè)采購管理人員EOQ的數(shù)據(jù)分析和決策輔助兩個案例中。圖 5為其實驗結(jié)果的截圖。

針對會計學類專業(yè)，安排了電子表格在會計憑證、會計賬簿、會計報表、會計核算、工資核算、應收賬款管理、固定資產(chǎn)管理、財務管理、財務分析等方面的實驗。

針對人力資源類專業(yè)，安排了電子表格在績效評估與分析管理、薪酬福利管理、人事信息數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方面的實驗，以及利用金山統(tǒng)計表單設計問卷調(diào)查表收集新冠疫情期間健康數(shù)據(jù)的實驗。基于開源數(shù)據(jù)可視化工具DataEase的實驗等，并鼓勵學生后續(xù)使用IBM SPSS和Amos等軟件進行相關(guān)的數(shù)據(jù)分析。

針對化工、材料類專業(yè)，由于無機化學、分析化學、物理化學、結(jié)構(gòu)化學、化工基礎等課程的學習會涉及大量的數(shù)據(jù)處理問題，這些問題包括簡單的計算、標準曲線的擬合、實驗曲線的擬合、根據(jù)化學公式繪制曲線、解數(shù)學方程等[8]，為此，教學團隊安排了利用電子表格計算液體流動時間段的平均濃度、對醇類物質(zhì)的溫度和飽和蒸氣壓數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)擬合，以及化工管道設計中單變量規(guī)劃求解、化工最優(yōu)化問題的規(guī)劃求解等實驗。

三、實驗教學的組織實施情況

（一）教學進度

我校大學計算機實驗教學每周安排一次課內(nèi)實驗，每次課內(nèi)實驗2個學時，總計課內(nèi)實驗16學時，其中所有專業(yè)都需要完成的公共基礎實驗占10學時，各專業(yè)根據(jù)自身特點自行選擇的、與專業(yè)融合的綜合實驗占6學時。課外實驗由學生利用平時的碎片化時間自行安排完成。具體的學時安排見圖2。

（二）教學方式

我校大學計算機實驗教學采用課內(nèi)與課外、線上和線下相結(jié)合的方式。所有課內(nèi)實驗均采用線下教學方式。課內(nèi)實驗主要由學生在實驗課上當堂完成，但由于每次實驗的內(nèi)容較多，大多數(shù)學生無法在課內(nèi)保質(zhì)保量地完成所有任務，需要課后繼續(xù)完成，即以課內(nèi)與課外相結(jié)合的方式完成。課外實驗中的“字符編碼與信息交換”“一條指令的執(zhí)行過程”和“文件管理與磁盤恢復”借助了中國大學MOOC（慕課）平臺上李鳳霞教授的虛擬實驗內(nèi)容，學生可在線上完成；借助虛擬機軟件VMware安裝國產(chǎn)操作系統(tǒng)UOS并進行相應設置的實驗線下完成。

另外，每位教師在課堂上需指導30～40名學生的實驗操作，因為時間和精力的關(guān)系，無法保證每位學生在課堂上都能得到教師悉心的指導。為此，教學團隊為所有實驗內(nèi)容錄制了相應的操作演示視頻上傳至MOOC平臺，學生可以通過掃描教材上的二維碼，隨時隨地從網(wǎng)上獲取實驗指導，從而提高了教學效果。利用MOOC平臺，教師還可以很方便地發(fā)布一些信息技術(shù)在不同專業(yè)中的應用案例、補充實驗內(nèi)容、展開討論等，讓不同專業(yè)的學生切實感受到信息技術(shù)對自身專業(yè)的重要作用。

四、實驗教學的效果與改進方向

（一）教學效果

自2006年以來，我校一直在期末考試中采用長沙鴻翔教育科技有限公司開發(fā)的無憂機考系統(tǒng)。在題庫基本相同并參照全國計算機二級等級考試Office的難度，即難度系數(shù)也基本相同的情況下，以隨機抽題的方式生成試卷。近5年來，學生機考卷面平均分呈逐年上升趨勢，特別是在2019級開始試點并在2021級正式全面推行與專業(yè)融合的大學計算機實驗教學改革后，學生的學習成績有了明顯的提高（見圖 6）。為了弄清我校新生在學習本門課程前后的真實水平變化，教學團隊曾對2019級剛進校的新生進行了一次計算機水平入學摸底考試。通過比較2019級入學考試和期末考試的卷面成績分布情況以及分析學生試卷得分情況可見，學生在接受了與專業(yè)融合的實驗教學之后，動手能力、操作水平、綜合應用和解決問題的能力有了明顯的提升。更重要的是，本教學改革確實培養(yǎng)了學生學習計算機知識和專業(yè)知識的興趣，為學生將來有意識地借助計算機工具解決自身專業(yè)領域的問題打下了堅實的基礎，實現(xiàn)了為學生專業(yè)賦能的目標。尤其是近年來，很多學生開始在國家級的各類信息大賽中嶄露頭角，獲得各種等級的獎項。本課程也被四川省教育廳認定為2022年省級一流線上線下混合式本科課程和2020年高等學校首批省級“課程思政”示范課程，并獲得了各級各類教改項目的支持。

（二）改進方向

由于本課程面向的是剛?cè)胄５男律?，他們剛剛開始學習基礎課程，還沒有掌握專業(yè)課程的知識，因此在本課程中講授專業(yè)領域復雜工程問題的計算并不現(xiàn)實。為此，在這個階段只能在實驗教學中適當引入一些與專業(yè)相關(guān)而又不需要過多專業(yè)知識的簡單案例，以培養(yǎng)學生興趣，讓學生感受到計算機與其專業(yè)學習的相關(guān)性，從而重視本課程的學習。待學生在高年級學習了相關(guān)專業(yè)知識后，再開設計算機在材料科學與工程中的應用、計算機在化學化工中的應用、計算機在食品工程中的應用、電子表格在會計和財務中的應用之類的課程供各專業(yè)學生選修，最終實現(xiàn)計算機與專業(yè)深度交叉融合的目標。

可見，要想在一門課程中完全實現(xiàn)計算機與專業(yè)的深度融合是不可能的，需要構(gòu)建一個科學合理的大學計算機基礎課程體系。教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會編制的《大學計算機基礎課程教學基本要求》為大學計算機基礎課程體系的構(gòu)建指明了改進方向。在《大學計算機基礎課程教學基本要求》中，考慮到各專業(yè)應用計算機的特點、差異和學時限制，提出了“1+Ｘ”的課程方案，即１門大學計算機基礎（必修）加上幾門重點課程（必修或選修）；針對文科類專業(yè)計算機應用的特點，又提出了“１+Ｘ+Ｙ”的課程體系方案，“１”為計算機公共基礎課程（大公共課程），“Ｘ”為面向不同文科專業(yè)類別的專業(yè)基礎課程（小公共課程），“Ｙ”為具有計算機背景的專業(yè)課程；還提出了構(gòu)建“寬專融”的課程體系[9]。

五、結(jié)語

為了更好地對非計算機專業(yè)學生進行信息技術(shù)賦能，教學團隊對大學計算機實驗教學進行了大力改革，探索了與特色專業(yè)和代表性專業(yè)相融合的教學內(nèi)容，設計了相關(guān)教學案例。本教學改革取得了很好的效果，為后續(xù)“專業(yè)+計算”的課程奠定了堅實的基礎。展望未來，教學團隊還將在此基礎之上調(diào)研更多專業(yè)對信息技術(shù)的需求，設計出更多的專業(yè)融合計算機實驗教學案例，進一步完善與專業(yè)融合的“向日葵”模型，讓信息技術(shù)為專業(yè)賦能，讓大學計算機課程煥發(fā)出新的活力。

［ 參 考 文 獻 ］

[1］ 桂小林，何欽銘，王移芝，等. 新一代信息技術(shù)賦能的大學計算機課程體系與內(nèi)容改革[J]. 計算機教育， 2022（11）： 20-24.

[2］ 藍集明，吳亞東. 大學計算機[M].北京：高等教育出版社，2020.

[3] 戈特弗里德. Excel 2016常見工程應用：第4版[M].張鼎，譯. 北京：清華大學出版社，2020：1-9.

[4］ 陳道群，周向陽，彭文藝，等.基于OBE的計算機技術(shù)基礎教學改革[J].大學教育， 2022（2）：119-121.

[5］ 趙興秀，李東，趙志峰. 2022級釀酒工程專業(yè)培養(yǎng)方案[EB/OL].（2022-06-22）[2023-02-04].https：//sgxy.suse.edu.cn/p/0/？StId=st_app_news_i_x637932205

298748819.

[6］ 陳國良. 中國高校計算機教育發(fā)展史[M]. 北京：高等教育出版社，2022：143.

[7］ 藍集明，吳亞東.大學計算機實驗[M].北京：高等教育出版社，2020.

[8］ 黃兆龍.計算機在化學中的應用[M].四川：西南交通大學出版社，2017：165.

[9］ 教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會.大學計算機基礎課程教學基本要求[M].北京：高等教育出版社，2016：21-24.

［責任編輯：周侯辰］