高校计算机基础教学体系分析

李颖　张世民　王春红　王巧玲　程欣

当前高校计算机基础教育面临着国家教育发展、信息化建设发展迅速的形势。为适应高教改革的需要和信息化建设对学生创新能力的要求，高校的计算机基础教育在内容、教学方法等方面急需改革。

美国卡内基梅隆大学周以真在《Communications of the ACM》指出：“计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。”2010年，在“九校联盟计算机基础教学课程研讨会”上，提出高校计算机基础教学的核心任务是计算思维能力的培养。

“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）是国家教育部贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》，是使我国成为工程教育强国的措施，面向社会需求培养人才，提高工程教育人才的培养质量。CDIO指构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），是国际上新型人才培养模式，CDIO和卓越计划都以培养国际化工程师为目标。

基于卓越计划和CDIO的计算机基础体系研究与实践，实现计算机基础系列课程的工程性和实践性，启发与培养大学生工程能力和创造性，为后续专业课程的学习、毕业设计与科研工作奠定良好基础，以计算思维为指导，探索新型的教学模式来提升学生的信息素养，从教学内容、教学模式等方面为创新型复合人才培养提供有效途径，充分发挥信息技术在卓越人才培养中的重要作用。

计算机基础教学体系研究与实践

基于CDIO和卓越计划研究计算机基础体系系列课程的知识点，科学设置课程内容，并探讨相关的教学方法、考试方式的改革与创新，紧紧抓住人才培养模式改革的关键环节，提高学生实践能力，推进高校教育教学改革，创新人才培养模式，提升大学生基于计算机核心技能与信息素养的普适性行为方式和思维方式，探索计算机基础体系系列课程教学模式，合理设置课程内容，面向应用、立足实践、兼顾广度和深度，培养具有工程实践能力、计算思维和创新能力的高校创新型复合人才。

改革教学内容

高校在培养创新型复合人才的实践中，肩负着重要历史使命。对大学生进行全面、深入的计算机基础教育是高等教育的重要任务之一。探索计算机基础体系系列课程教学模式，在大学计算机基础、C语言程序设计、VB程序设计、办公自动化高级教程、Python程序设计、计算思维与算法设计、交换机和路由器配置实践、C#程序设计基础、HTML5程序设计、Flash动画设计等计算机基础体系系列课程教学中进行研究。

“大学计算机基础”是根据教育部高教司2012年“以计算思维能力培养为切入点”的教改意见，按照教指委2013年的“计算思维教学体系”，从内容上支持计算机思维能力培养，从体系上完善课程和实验一体化教学设计。“大学计算机基础”是第一门计算机公共必修课程，学生入学后进行分级考试，计算机水平较好的进入A班，其余为B班，以培养学生的信息素养和计算思维进行课程内容设置，讲授计算机科学基础知识，提高了学生使用计算机进行问题求解的能力和计算机应用水平。通过对教学内容的基础性、科学性和前瞻性的研究，以有效知识为主体，构建支持学生终身学习的知识基础和能力基础。

程序设计课程是计算机基础教育的主要组成部分之一，课程内容最能体现语言级的问题求解方法，是计算思维能力培养的重要课程，以培养学生程序设计基本方法和技能为目标，以实践能力为重点的课程。程序设计课程以编程语言为平台，介绍高级语言程序设计的知识，在实践中逐步掌握程序设计的思想和方法，引导学生在信息时代分析问题，利用计算机知识解决专业领域的相关问题打下坚实的基础。通过大量的编程训练，学生掌握了编程知识，提高了编程能力，理解和掌握了程序设计的思想和方法。C语言是应用广泛、最具影响力的程序设计语言之一，已成为大学计算机基础教育的公共必修基础课。C语言程序设计涵盖机械、材料、电气、信息等多个专业，VB程序设计是生工、化工、环工等多个专业的公共必修基础课，以培养学生计算思维、利用计算机解决实际问题的能力为目标。

面向全校本科生开设的选修课，目的是使学生初步认识和建立计算思维，锻炼学生的逻辑思维能力和想象力，培养学生分析问题、解决问题的能力和理论联系实际的能力。

通过对高校计算机基础系列课程的教学研究，改革课程教学内容，并且在计算机科学技术、网络工程、物联网、通信、电子信息等专业使用部分思科课程资源，在课程内容、工程实践等方面对创新人才培养具有推动作用，提升了计算思维和计算机技能。

采用多种方法因材施教

基于CDIO和卓越计划的计算机基础体系研究与实践，为后续课程的学习做好必要的知识储备。理论研究和实践开发同步进行，以建构理论为指导，优化教学内容，改革学习方法、考试方式，为学生主动参与学习和交流合作等提供支持。采取多角度、多层次、多构成的形式进行研究，基于计算思维的“实例教学”与“任务驱动式教学”相结合，坚持针对性、实践性、探索性、主体性等原则，采用调查法、归纳法、讨论法、比较法等研究方法因材施教，创新教育教学方法，探索启发式、探究式、讨论式、参与式教学，在培养科学思维能力和实践能力的同时，通过课堂讲授、上机训练、课下练习、师生讨论等多种方式，使用计算机对实际问题进行具体分析和解决，在不断强化的实践过程中，将计算思维与行动能力有效结合，将计算的思想、方法、工具、知识等应用于各领域。

改革教学模式

个性化学习，是指以学习者个性差异为基础，针对其个性特征和发展潜能而采取恰当的方法、手段、策略、内容、过程、评价等 。“翻转课堂”把学生掌握知识的作业过程转变为课堂上交流学习成果、完成课堂作业的过程。经过“翻转”后的课堂是师生互动、合作学习、应用与实践的课堂。“翻转课堂”翻转了教学流程、教学理念、教学模式，利用混合教学模式将在线学习和面授教学相结合。“翻转课堂”根据学生需要有一个自定进度的学习，提升了学生的个性化学习能力，促进了学生的个性发展，达到了较好的效果。

在线课程资源丰富多样，在数量和类型上达到课程知识点的要求，方便教师与学生自主搭建课程和进行学习，有先进的教学理念，突出了学生的主体地位。根据教学内容，结合在线课程的特点，增强在线课程有效性，教学活动模式多样激发兴趣，扩充课堂学习纬度，打破校本资源瓶颈，提供开放学习空间，调动了学生的学习积极性和主动性，促进师生之间、学生之间进行资源共享、交流沟通和协作学习，加强师生课堂与课下的互动，激发了学生的学习兴趣。运用技术手段，对教学过程及结果进行全面、准确的测评，充分利用优质网络课程推动了学习模式和教学模式的创新。

通过理论教学和实践教学，建立了多门在线开放课程，借助MOOC资源和SPOC平台，以翻转课堂为载体，不仅使学生掌握计算机的理论基础，而且培养学生利用计算机进行问题分析、问题建模及問题求解的方法和步骤，培养探索精神、实践能力和创新能力，理论教学与实践教学相结合，使学生的知识、能力和素质协调发展，提高了教育教学质量，培养适应信息产业需求不断变化的创新型、应用型人才，培养学生计算思维。

改革上机练习和考试方式

课程考试是教学考核过程中重要的环节，在百科园系统中建立题库，从题库中抽取试题，实现教考分离，积极完成各阶段学习任务，使学生具备使用计算机求解实际问题的能力。通过改革上机练习和考试方式，使用百科园测评系统，注重学习过程考察和学生能力评价。根据知识点划分原则，按照教学大纲对各章节知识点教学与考核的具体要求，分别编写每章节的试题。通过题库和考试系统的应用研究，将教学和测评考核有机统一，学生通过在线自主学习，实现对各个科目的认知、理解和融会贯通，培养学生创新能力，为后续课程的学习打下坚实的基础。

结语

基于CDIO和卓越计划的计算机基础教学体系研究与实践，形成“教师指导下的，以学生为中心”的教学模式，因材施教，提高了学生的工程实践能力、计算思维和创新能力，取得了很好的教学效果，在国内高校具有一定的推广价值。

基金项目：河北省高等教育教学改革研究与实践项目“基于卓越计划和CDIO的计算机基础体系研究与实践”研究成果（项目编号：2016GJJG097）