一流课程背景下立体化教材建设

刘添华　刘宇阳　杨茹

摘    要：在一流课程建设背景下，文章针对目前传统《大学计算机》教材中存在的内容更新不快、可读性较差的问题，在内容组织上融入了大数据、云计算、人工智能和信息安全等内容，在学习方式上增加了“二维码”扫描互动学习平台。建设完成的“计算思维+人工智能”新形态立体化教材，贯彻以学生为中心理念，强化“计算思维”，融入思政要素，实现了计算机教学形式的互动性、内容的扩展性、阅读的灵活性以及育人的融入性，是夯实计算机教学的“新基建”。

关键词：立体化教材;一流课程;计算思维;课程思政

中图分类号：G641          文献标识码：A          文章编号：1002-4107（2022）05-0037-03

教材作为知识传播的主要载体，是教育教学的根本依据，也是教学活动的重要工具，因此教学改革改到实处是教材。教材是人才培养的主要“剧本”，以计算机课程为例，大多数强调内容的基础性和知识的逻辑性，这虽然能从基本原理上清晰反映本学科体系，但不利于培养学生的创新能力，难以调动学术主观能动性[1]。结合高校应用创新型人才培养目标，建设“计算思维+人工智能”新形态的《大学计算机》立体化教材，对促进我国高校计算机基础教学改革具有重要意义和实践价值[2]。

一、一流课程提出的背景及建设目标

如果把育人全过程比作修房造屋，那么建造房屋的图纸就是人才培养方案，对房屋起主要支撑作用的梁和柱相当于课程体系，而填充在梁柱间数量庞大的砌块和砖头就是课程。课程是育人大厦中的最小单元和细胞。其质量高低决定着整个育人体系的质量和完整性。每一门课程都需要高质量建设。一流课程就是高质量课程，即“金课”[3]。

建设一流课程要注重以下几个方面：一是课程内容组成上要体现“两性一度”，即高阶性、创新性和挑战度;二是课程教学形式上要体现新技术与传统教学方式的深度融入，要考虑时代发展和学生诉求;三是在课程标准上要体现特色性和多样化，不拘一格，不能千校一面或千课一面[4]。总之，一流课程就是教师教得好、学生愿意学、教学效果优的课程。

二、一流课程对教材建设提出的新要求

教材是课堂教学的“剧本”，是贯穿教学全过程的重要载体，是汇聚一门课程全部知识点的权威读本。一本好教材既是课堂教学的有力支撑，也是学生学习的重要抓手[5]。它对于一流课程建设起到重要的支撑作用，与一流课程建设相辅相成。从一流课程的建设内容看，体现“两性一度”，注重新技术运用以及突出特色是其核心要义，那么作为课程的“剧本”——教材该如何体现这些方面呢？离开内容的高阶性和时代性，离开教与学的融入式和体验感，离开对学生学习习惯乃至价值取向的关心和引领，无法推出一部满足一流课程要求的好教材。因此，通过分析现有教材建设中存在的问题，并以此为导向结合一流课程需要，以满足“两性一度”、新技术融入和突出特色及个性化为目标的新形态立体化教材，是新时代教材建设的主要任务和努力方向。

立体化教材是一个由纸质教材、双语课件库、微视频库、练习题库、典型案例库、教案库及其他各种辅助教学资料，通过信息技术、数字技术及网络技术加以整合，为多元化智慧教学服务的新形态教材。

这里的新形态指的是与时俱进、突出创新以及反映时代呼声。这里的立體化主要体现在与一流课程建设内涵相对应的三个维度：第一，内容维度。即在内容组成上，不仅要体现传统知识点和思维逻辑，更要融入与“两性一度”相对应的在计算思维统领下的现代信息技术内核，如人工智能、大数据、云计算和物联网等新技术均要有所涉及，跟踪高阶性，体现创新性，达成挑战度。第二，方法维度。要体现新技术运用，要体现线上、线下相结合，要通过智慧树等慕课平台扩展教学资源、延展思维领域、丰富教学内容，通过课上、课下相结合方式，在更大范围的学习时空内实现互动，达成效果。第三，特色维度。尽管基本原理和知识点相对固定，但价值融入、院校特色、文化传承以及面对参差不齐的受众群体，教学、考核和质量标准都要体现多样化和特色化。

三、当前教材建设中存在的主要问题

（一）“两性一度”缺失

传统教材仅包含了计算机科学领域核心的基础知识体系，未能兼顾到信息技术的前沿领域，特别是大数据、人工智能等技术的最新成果，提供的知识陈旧，不能有效激发学习兴趣。在编写计算机教材时，应结合学生所学专业，以及各专业对计算机应用水平的不同要求，注重计算思维能力和动手实践能力的培养。但上述这些方面在现有计算机教材中很难得到体现。

（二）表述方法单一

一方面，传统教材仅包含基础理论知识，知识容量基本固定，教学内容不易更新和动态扩展，表述方式及信息渠道单一，这在一定程度上限制了新知识动态更新，而这一点对于瞬息万变的计算机技术而言影响是致命的。另一方面，作为网络“原住民”的当代大学生更喜欢学习的互动性和知识的新颖性，也习惯利用时间碎片随时随地学习，应充分利用慕课平台、云端资源与实验指导微视频等方式完成知识讲解和内容拓展。

（三）特色不够鲜明

随着计算机普及发展，“大学计算机基础”课程从知识体系到教学方式均发生了根本性变化，而教材建设步伐显然没有及时跟进，显得有些滞后。如没有考虑学生知识起点的差异性，无法做到分层教学，让学生各有所得;缺少对学生学习潜力的激发，尤其缺少对其计算思维和解决问题能力的训练。纸质载体的限制使得许多带有个性化的知识点和教学案例无法呈现，没有特色是“大学计算机基础”课程教材建设中的问题。

四、本教材的撰写思路及主要内容

为解决以往《大学计算机》教材在内容深度及广度上的不足，本文从全面提升大学生信息素养出发，体现“从应用，到知识，再到思维，最终到能力”的教学思路。“应用”为驱动，“思维”随着“知识”的讲解而融通，“能力”随着“思维”的理解而提高。

本教材的主要编写思路是：（1）“推创新”，抓好人才培养的“新基建”。教材从计算思维视角出发，确定了该课程目标为培养学生的“计算思维”，注重求解方法，培养学生利用计算机技术解决问题的能力，体现“两性一度”。（2）“融思政”，奠定“立德树人”基础。教师结合课堂教学进行润物细无声的思政教育，将我国计算机领域的跨越式发展自然融入课堂教学，实现德育与智育协同育人的效应。（3）“拓形态”。引导学生利用信息化手段学习最新知识，将传统纸质教材和多形态的立体化教材结合起来体现完整的“教材链”。按此思路编撰的教材将使不同学习基础的学生都能从中受益，为不同专业、培养目标迥异的学生量身打造个性化学习方案，让教材建设体现以生为本。

该立体化教材有以下几方面特色：以计算思维为导向，注重应用和创新能力培养;融入课程思政理念，奠定立德树人基础;建立依托产业需求培养模式，并涵盖计算机发展最新技术;增设思维创新栏目，实现教育赋能。

本教材的主要内容：以满足新工科专业应用型、复合型、 创新型高级专门人才需求，体现“两性一度”。基于此，本教材从计算思维视角入手，对以“计算思维”“系统思维”“0和1的思维”“算法与程序思维”“数据思维”“网络化思维”“信息与伦理思维”为代表的计算思维进行了多角度、全方位介绍。教材注重实践导向，融入专业工程背景和思政元素。内容主要安排了四个实验环节，从不同侧面提升学生应用计算机解决实际问题的能力，包括排版、程序初步认识、数据库基本应用及网页制作等。本教材内容的思维导图如图1所示。

《大学计算机》立体化教材主要通过“强思政”“推创新”“拓形态”“高定位”“OBE（成果导向教育）”五个方面的相互融合，完善了教材内容，面向人才培养的《大学计算机》教材如图2所示。

（一）以计算思维为视角

《大学计算机》教材从七个计算思维视角进行编

写，引导学生建立正确的计算思维，着重培养他们独立思考、分析和解决问题的能力。在解决问题过程中逐步培养学生形成信息及专业素养，并学会运用计算思维和计算机优势解决与所学专业相关技术问题。

（二）融入思政元素

思政元素的融入是实现“三全育人”的现实需要，用计算机课程这个优秀“食材”来融进思政要素的“食盐”。要巧妙融入，润物无声。本教材每一章节后均设置了“扩展阅读”版块二维码，经扫描后便可了解到大量融进思政要素的计算机知识。如“我国计算发展中标志性事件和关键过程”“国產操作系统”“国产编程软件”、中国科学技术大学“九章”量子计算机等。让数字有温度，让信息有情怀。

（三）新形态立体化教材

立体化教材内容灵活、表现形式多样、注重学生个性发展，是我国教材发展和改革的趋势，是高校传统教材改革的重大突破。新形态立体化教材如图3所示。

1.新形态。建设新形态的《大学计算机》立体化教材，集多媒体、多形态、多用途及多层次的教学资源和多种教学服务为一体。新形态教材添加可视性强的二维码微视频，补充更新实践案例，拓展内容可满足学生个性化特点，体现融合性、关联性、开放性、交互性，强化育人功能，打破纸质教材的局限。

2.广思路。内容更全面，包含主体知识、案例及案例分析、习题、试题库及答案、教案、课件及其他内容。外在形式更加丰富，包含主教材、配套电子资料、教学网站（智慧树慕课）和网络出版物等。教学目标更明确，围绕着“教”与“学”两个侧重点，教学相长，既可为教师提供教学参考，又可为学生提供学习指导。

3.云教材。云教材优势在于能够更好地整合教学资源、加强师生互动、提高学生学习兴趣、促进学生的个性化发展、提高教学质量等。经过课程团队的不懈努力，“大学计算机——计算思维视角”慕课已在智慧树上线，被评为2019年度黑龙江省线上、线下混合式一流课程。该慕课课程作为云教材，对教师课堂教学活动起到了重要的补充作用，成为学生课后自主学习的主要形式之一。

4.重应用。对于应用型本科院校，应在合理培养目标的基础上，从教材改革入手，培养学生综合应用能力。课程团队编写了通俗易懂、贴近实际生活的案例，经反复讨论、论证和筛选，选取了具有应用价值和代表性的作为实验案例，帮助教师更好地传授知识，提高学生的学习兴趣。

5.拓视野。以二维码的形式在教材中增设了“扩展资源”“赋能加油站”版块，学生可随时随地利用移动互联网进行学习，如同教师进行一对一教学，可以让教育变得鲜活，给课程带来生命，拓宽了学生的学习视野，提高了学生的学习兴趣。

6.强时效。教材内容选取重视基础教学内容，同时适当介绍最新发展动态，保证学生的学习能跟得上计算机技术的发展。本教材内容涵盖了人工智能、大数据、云计算、物联网、区块链等新技术，以及时下流行的3D打印、AR和网络安全等新内容，充分保证了教材内容的先进性和教材建设的可持续性。

本教材秉持以“学生中心”的理念，针对当前计算机基础类教材存在的主要问题，从一流课程对教材的新需求出发，在新编教材中体现“两性一度”、新技术应用及个性化学习内涵。注重计算思维能力和工程能力培养，注重价值引领和赋能扩展，注重从“教师传授”向“学生主动学习”转变。本教材自2020年9月出版以来已发行7 000余册，被10余所应用型本科院校和高职高专院校选用，使用效果反馈良好。下一步，立体化教材还需要在丰富案例库上做更多工作。

参考文献：

[1]刘佰龙，李向群.大学计算机基础课程教材建设探析[J].科教文汇（中旬刊），2015（4）.

[2]周海燕，王新.“互联网+”下的大学计算机基础立体化教材建设[J].电脑知识与技术，2018（24）.

[3]邱斌，王新政.“双万计划”背景下《大学计算机基础》教学改革与教材编写[J].教育教学论坛，2020（35）.

[4]耿芳.大学计算机基础课程精品教材建设[J].计算机教育，2019（9）.

[5]余延忠，王力，赵芳云，等.应用型大学计算机基础一流教材建设[J].中央民族大学学报（自然科学版），2021（8）.