大数据背景下计算机导论课程教学改革探讨

2019-12-20张瑾，方健

计算机教育 2019年1期

张瑾，方健

（1.河南大学计算机与信息工程学院，河南开封 475004；2. 河南大学商学院，河南开封 475004）

0 引言

计算机导论是计算机类专业的引导性课程，为该专业课程的学习起到纲领和导引性作用，是其他专业课程的基础。计算机导论课程的教学旨在使大一学生在宏观上对计算机学科的理论基础、重要应用有一个基本了解，通过理论和实验教学，学生能初步建立学科概念体系，掌握计算机基本原理，理解各主要知识点的意义及其相互联系，熟练掌握常用软件的使用，培养学生的专业兴趣和基本操作能力[1-3]。

由于计算机导论课程具有综述性和导引性特点，不同教材所涵盖内容在知识点的选取及其深度和广度上表现出较大的差别，而该课程教学时段正处于大一新生由中学到大学学习阶段的转折期，使得该课程教学明显有别于其他专业课程。在大数据时代来临给高等教育带来深刻影响的背景下，对计算机导论课程教学进行改革势在必行。

1 大数据背景下计算机导论教学改革必要性分析

首先在教学模式上，大学与中学教育存在很大不同[4-5]。中学阶段基本为教师依照教材讲解、学生被动接受的教学模式，应试教育的压力以及学校和家长双重监督的严格管理使得多数学生处于有监督的被动学习状态，自学能力较差。大学多采取教师课堂引导为辅，学生课后自学为主的教学模式，课堂讲授内容多、讲课进度快，通常很多内容并不在教材上，对学生学习的自主性、探索性以及独立思考和解决问题的能力要求较高，使得大一新生对于这种教学模式的转变产生不适。此外，处于高校宏观宽松管理环境的大学生普遍脱离了中学阶段家长和班主任时时监督的状态，加之大学学习目标的缺失、升学压力的释放等多重因素易使学生学习的积极性和主动性进一步下滑，学习效果不佳。

大数据时代的来临使高校在教师教学与学生学习方式上进一步发生了变化，给高等教育带来了新的挑战。在2016年11月举办的“大数据驱动的教育变革”国际研讨会暨首届中国教育大数据发展论坛上，最早提出大数据概念的维克托·迈尔-舍恩伯格等多位国内外知名专家学者强调：在大数据时代应当把教育的关注点由强调成果迁移到强调过程，从强调内容转变为强调方法，把对学生的内容训练转变为技能培养[6]，因而需要对传统的教学过程进行变革。

就课程本身而言，计算机导论课程是新生入学第一学期所学的第一门，也是唯一的一门专业课，笔者在多年的教学实践过程中总结出3个方面的问题。

（1）课程性质引发的教学方法问题。课程属于综述性、导引性课程，涉及理论章节较多，实践操作内容相对较少。若一味追求知识点的全面性，对每个章节都进行详细讲解，易使教学内容过于宽泛，而教学内容深度不足，学生学习重点不明确，教学效果不理想，动手能力差。

（2）学生基础不同引发的因材施教问题。不同地区中学阶段计算机教育重视及普及程度参差不齐，使得学生对基础计算机知识的掌握程度存在较大差异，因而需要在满足教学要求的前提下有效地引导学习。

（3）学习成果评价问题。计算机专业强调应用性和实践性，计算机导论课程的综述性及导引性特征使得传统计算机专业课程的评价体系并不适用于该课程。

2 计算机导论教学改革方案

计算机科学发展迅速，新知识、新技术层出不穷，一本教材很难适应不同时期理论和实践教学的需要，并且大数据时代知识接收渠道增加、接收方式便捷。围绕大数据背景下的人才培养需要，针对计算机导论课程教学过程中出现的各种问题，并结合以往的成功教学经验，我们对课程理论教学、实验教学和考核方式进行以下探索。

2.1 理论教学

理论教学应采取围绕课程主旨，以教材为辅，引导学生由被动学习转向主动学习的多元化教学模式，强调课堂讨论的重要性，启发学生思考，促进学生自主探究。教师在课堂上可以随时抛出一些带有思维陷阱的问题，鼓励学生现场思考和回答，逐步转变中学阶段形成的被动学习、依赖性强的学习习惯，树立积极探索、主动学习的意识，进而培养学生主动思考和解决问题的能力。教学过程中注重结合课程特点和自身研究方向，向学生介绍学术界最新研究成果和发展动态，使得学生接收的课堂知识能够跟上时代步伐。课程涵盖内容可分为绪论、计算机科学核心知识和计算机应用3个方面，各部分教学安排见表1。

绪论包含计算机发展史、计算机的特点及其发展趋势的内容，在以往教学过程中属于很容易被忽视的部分，甚至有些教师认为这些内容可以不讲。事实上，通过对绪论内容深入浅出的讲解，不仅可以使学生了解人类社会辅助计算工具产生发展的原因和历史脉络、理解计算机的定义及其出现的必然性，而且能够辅助学生进一步了解计算机科学涉及各学科基本规律及其内在联系，从而对本课程的性质、本专业特征及课程设置具备初步的认识。由于此部分内容有一定的故事性和趣味性，学习过程比较轻松，可以一定程度上缓解学生初入大学学习的不适应，课堂上可以多设问、增加师生互动交流，激发学生积极思考、主动学习的兴趣，教学手段采用常规的多媒体即可。

计算机科学核心知识主要包含计算机组成、操作系统、算法与数据结构的内容，其中，计算机组成部分涉及数制间的转换、数据的编码、计算机的基本部件及其功能和相互联系，该内容是教学的重点和难点，由于涉及数学推导及计算，因而采用板书推演、层层递进的教学方式能够比直接展示幻灯片具有更好的教学效果。通过多年教学过程发现，经第一部分的启发式教学训练后，学生初步具备了主动学习的意识，课堂气氛活跃，能够积极主动地与教师互动。以进制转换部分的教学为例，学生很容易自己推导出进制转换的通用公式，比直接告知该公式令学生被动接受具有更好的教学效果。操作系统部分仅要求学生理解操作系统的基本概念和基本工作原理，数据结构部分要求学生了解相关基本概念及主要研究内容，二者使用多媒体教学手段即可。算法部分要求学生掌握算法的概念及程序的三大基本结构，掌握解决简单问题的算法设计思想，能够独立地设计简单算法，除多媒体教学手段外，算法分析过程可以适当使用板书以启发学生理解算法设计思想。操作系统及算法和数据结构部分同样与绪论部分的学习密切相关，经过绪论部分的启发式教学训练后，学生可以掌握计算机的基本概念，从而理解操作系统等相关课程学习的必要性。

计算机应用部分主要涉及数据库、多媒体技术、计算机网络及计算机新科技等广泛内容，建议略讲，采用常规多媒体教学方式。数据库部分旨在使学生理解数据库的概念及其主要应用，除课堂讲授外，可以由学生生活中曾接触过的数据库为题引导学生开展课堂讨论。多媒体技术、计算机网络等内容由于多数学生在中学阶段或生活中已学习或接触，可以采取模拟学术会议的形式，举办课堂交流会，使学生体验学术会议现场交流的感觉。学生首先在课下分组自学，课堂交流会上各小组分别派代表展示并讲述其学习成果（如文献综述或其他课程实践成果），其他小组和教师可以现场点评或质疑，然后以小组自评、各分组互评、教师总评的形式打分。分组时要考虑各个学生的学习程度和特点，以强带弱，同时考虑小组成员工作量的均衡，尽量避免各小组把任务都压至组长一人的现象发生。

2.2 实验教学

课程实验注重学生基本应用技能的培养，不仅使学生掌握计算机的基本操作，而且引导和帮助学生按照学科专业的特点和要求来开展学习，培养专业兴趣。由于计算机科学属于实践性很强的学科，为保证实验效果，切实提高学生动手能力，实验教学引入分组研讨、自主学习和任务驱动等多类型实践教学形式。为避免粘贴复制以应付实验任务的现象发生，各实验完成后还需接受相应检查，包括实验报告撰写及评级和上机检查两种形式，各实验根据其特点采取相应的检查形式，其中上机检查即教师根据实验内容随机提问，让学生现场展示回答（如重现Word排版效果、解释程序部分语句修改后的结果等），回答正确才算通过。

分组时考虑每个学生的工作量和学习程度，每个小组不超过5人。实行小组长负责制，组长不固定，组内各成员都至少有一次成为组长的机会，组长代表小组接受检查，组长所获成绩代表整个小组的成绩。因上机检查比较耗时，在实际操作过程中可视学生人数和课时量确定参与上机检查的学生比例，在学生及实验任务较多而难以实现每人每一任务均逐一检查的情况下，上述分组及管理模式可以确保每人本学期至少接受一次上机检查，从而避免学生认为检查的是组长，自己可以放松学习心态的产生。具体实验安排见表2。

通过对常见操作系统和Office办公软件基本操作的练习，学生可掌握常用的Windows系统平台和Word、Excel、PowerPoint等应用软件的操作和使用，加深学生对程序设计思想的理解与掌握。要求学生完成有一定难度问题的算法及程序的设计，旨在使学生深刻理解结构化程序的设计思想，为后续课程打下良好的基础。

由于操作系统及数据库使用部分相对简单，重点在于使学生掌握操作流程，且不存在学生通过复制电子版而应付作业的可能，因而采用撰写实验报告形式；Office办公软件部分操作性强，最终作品效果差别大，采取上机检查形式；同office部分类似，程序设计部分除上机检查外，还要求学生提交实验报告以描述其实际编程过程中遇到的各种问题及相应解决方法，以进一步加深印象。

2.3 课程考核

课程考核从重视学生的学习过程入手，让学生认识到平时学习是考核的一个重要环节。将考核分为平时成绩（占总评成绩20%）、实验成绩（占总评成绩20%）和期末成绩（占总评成绩60%）3部分，其中有1项不及格则整个考核成绩都不合格。平时成绩除包括常规的考勤和作业完成情况之外，增加课堂问答和课堂讨论会的表现分，并加大两者的平时成绩占比（占平时成绩80%），以应对学生被动学习、为考试而学、考前临阵磨枪等问题。

通过对学生平时学习过程和实验过程的实时记录，教师可随时了解学生学习状况和教学效果，以便挖掘学生学习习惯和特点，从而实时调整教学进度和课程难易度，做到个性化、差异化的人才培养。