学科交叉融合背景下的计算机通识课程教学改革与实践

孙永香 于群 孙倩

摘  要：在當今智能时代，学科交叉融合是科学技术发展的必然趋势，是产生重大科技成果的突破点，这已经成为世界高等教育的共识。山东农业大学是一所农林特色高校，其计算机通识课程的主要教学目标是培养学生计算思维能力，为本科各专业学生利用计算机技术，分析、设计和解决该专业中的复杂工程问题提供有力依具。因此，计算机通识课程在跨学科融合创新和新农科建设中发挥着极其重要的作用。在分析高校计算机通识教育意义和现状的基础上，结合办学特色和人才培养目标，在学科交叉融合背景下对计算机通识课程进行教学改革探索。

关键词：学科交叉融合  计算机通识课程  教学改革  融合创新

中图分类号： G642;TP3-4     文献标识码：A   文章编号：1672-3791（2022）06（b）-0000-00

Teaching Reform and Practice of Computer General Education under the Background of Interdisciplinary Integration

—Taking Shandong Agricultural University as an Example

SUN Yongxiang   YU Qun   SUN Qian

（College of Information Science and Engineering of Shandong Agricultural University， Taian Shandong Province，271018 China）

Abstract：In today's intelligent era， interdisciplinary integration is the inevitable trend of the development of science and technology and the breakthrough point of producing major scientific and technological achievements， which has become the consensus of higher education in the world. Shandong Agricultural University is a university with agricultural and forestry characteristics， whose teaching goal of its computer general course is to cultivate students' computing thinking ability and provide powerful tools for undergraduate students to use computer technology to analyze， design and solve complex engineering problems in their major. Therefore， computer general courses play an extremely important role in integration innovation and the construction of new agricultural sciences. Based on the analysis of the significance and current situation of computer general education in Colleges and universities， combined with the school running characteristics and talent training objectives， the teaching reform of computer general education is explored under the background of interdisciplinary integration.

Key Words：Interdisciplinary integration; Computer general courses; Teaching reform; Integration innovation

人工智能、云计算、物联网、量子信息和生物信息等新技术和新产业日新月异，给世界高等教育和科学技术发展带来根本性甚至是颠覆性的影响，多学科交叉、渗透与融合是智能时代科学技术发展的必然趋势，也推动了高等学校教育教学的重要变革。

国家对跨学科研究和教育非常重视。不仅“双一流”建设对促进学科交叉融合提出了明确要求，而且2020年8月教育部设立了交叉学科门类，成为我国第14个学科门类;2020年11月国家自然科学基金委员会成立了交叉科学部，这些为高等学校教育教学改革指明了方向。

培养具有创新意识、创新能力和科学素养的复合型人才是新时代赋予高等学校的历史使命。创新人才培养需要有适合创新的环境，学科交叉融合是实现这种创新的源泉，打破学科专业间壁垒，树立跨学科融合创新培养理念，在多学科交叉融合的环境中培养学生的创新能力，激发创新活力，是高校培养创新人才的有效途径。

1 计算机通识教育的意义与现状

在20世纪90年代，我国开始了计算机通识教育，旨在普及计算机应用。随着21世纪科学技术和社会信息化程度的快速发展，计算机在很多应用领域中表现出了“强大”功能，已成为各行各业解决实际问题和突破重大科技创新的重要工具。面向未来，肩负着国家和社会建设重任的大学生需要学会运用计算机的技术、思想和方法去思考问题和解决社会发展、人类生存的诸多问题，需要具备计算思维、跨学科创新思维的意识和能力。计算机通识教育是高校培养学生信息素养和计算思维能力的必修环节[1]，是其他学科创新和持续发展的重要源动力，在大学本科教育里有着举足轻重地位。

在万物互联的智能时代，计算机通识教育又被时代赋予更高的要求和期望。但当前大多高校的计算机通识教育与社会需求还存在着一定差距。首先，很多高校的计算机公共课程知识体系和教学模式往往采取“一刀切”的方法，没有结合学生专业背景、思维方式和知识结构提供更具适应性的课程环节，计算机技术和专业知识之间没有形成联动效应;其次，计算机通识教育中缺少学生课余时间开展计算思维实践实训以及计算机技术与其他学科的交叉融合的平台或环境;再次，“一纸定乾坤”的评价方式，忽视了对学生的思考辨析能力、学术研究能力及团队合作精神等综合素质及创新精神的评价[2]。所以，单一的课程知识体系、教学模式、实践环节和评价方式，难以培养学生融合创新能力，迫切需要借助先进的教育理念推进计算机通识课程的教育教学改革。

2 学科交叉融合背景下的计算机通识课程改革思路

计算机通识课程的授课对象主要是非计算机专业的学生，如何让计算机教学更好地助推学生专业发展和创新能力提升，递进式实现知识传授、能力培养和素质拓展是计算机通识课程的目标。

在学科交叉融合背景下，以“计算思维”为抓手，以“计算机应用”为主导，以“立德树人”为宗旨，从课程知识体系、教学模式与教学方法、实践训练环节和考核评价体系等方面开展计算机通识课程教学改革[3]，其改革思路具体见图1。

3 学科交叉融合背景下的计算机通识课程教学改革措施

3.1 构建递进式课程体系

根据计算机通识课程的培养目标，构建递进式课程体系，将课程分成3个层次：基礎知识类课程、能力培养类课程和交叉融合类课程，具体情况见图2。

基础知识类课程没有明确的专业特征，主要包括计算机相关的公共基础和课程思政知识。通过学习这些课程让学生掌握计算机的基本概念、基本原理和基本操作，掌握常用办公软件的使用，掌握程序设计的基本思想，了解计算机技术和社会发展之间的密切联系，了解信息社会公民的信息安全意识和信息道德。这类课程一般是面向大学新生开设的入门课程，比如：大学计算机、大学计算机基础或计算机文化基础等课程。

能力培养类课程具有明确的专业指向性，与专业结合紧密，需要让学生掌握专业领域中的有关技术与操作能力，让计算机技术成为解决专业问题的有利工具。例如：计算机语言、多媒体技术、数字图像处理、计算机辅助设计和计算机仿真等课程与专业技能结合度较高，成为能力培养类课程的主要组成部分。

交叉融合类课程是智能时代的产物，也是建设新工科、新农科、新医科、新文科（简称“四新”）的需要，更是重大科技创新的源泉。融合和创新是“四新”建设的基本特征，因而这类课程最大的特点是人工智能、大数据、云计算、物联网、互联网+、区块链等新一代信息技术与各学科的深度融合[4]。例如大数据导论、智慧工程导论、数字经济概论、生物信息学等课程。

课程体系的构建需要紧紧围绕学校人才培养目标，密切结合学校的办学特色。例如：在山东农业大学，基础知识类课程主要有大学计算机基础（含实验）;能力培养类课程主要设置了C语言程序设计、Python程序设计、数字图像处理、多媒体技术、网站设计与制作、数据库技术与应用和Office高级应用等;交叉融合类课程主要设置了智慧农业导论、数字工程原理与方法、数字经济概述和生物信息学等。

3.2 实施多元化分类教学

不同学科对计算机通识课程的教学目标和教学要求不完全一致，不适合使用“千篇一律”的教学大纲，需要结合该校办学特色以及专业认证中的毕业要求和支撑课程的要求，实施理工类、农医类、文科类等多元化分类教学[5]。在山东农业大学，计算机通识课程分为农科类、理工类、人文社科类、艺体类分别设计教学要求和教学内容，其具体内容见表1。根据学生的专业需求、学识水平和理解能力实施多元化分类教学，真正做到“因材施教”，这样才能将计算机技术更好的渗透到其他学科中，促进不同信息、知识、思考的融合与碰撞。

3.3 实施线上线下混合式教学

基于“互联网+教育”，结合学生的专业特色、学识水平和个性化需求实施线上线下混合式教学模式，是贯彻“以生为本”的教育理念有效途径之一[6]。在山东农业大学，计算机通识课程以“智慧树”为线上教学平台，以“雨课堂”为线下课堂教学管理平台，融入“以学生为主体，以任务驱动为主线，以融合探究为中心”的教学理念，实施线上线下的混合式教学。以面向农科类的“大学计算机基础”课程为例，线上线下混合式教学的组织实施过程包括开课前、开课中和开课后这3个阶段，具体情况见表2。

3.4 创建开放式实践环境

实践训练是计算机通识教育中极其重要的环节，紧靠教学计划内的实验课时和传统的、以微机机房为主的实践环境，难以实现培养学生计算思维和融合创新的目标。借助云计算技术，搭建一个面向计算机通识教育与学科融合创新的开放式实验平台[7]，为课程实验教学、学生科研训练、创新创业训练、学科竞赛提供共享的软硬件环境，为计算机教学更好地助推学生专业发展和创新能力提升提供有力支撑。2018年，山东农业大学建设了高性能计算平台，平台采用CPU+GPU的双重异构架构，为全校师生提供科学计算和仿真计算两大类服务，用于基因对比分析、深度学习、数据分析、图像分析、数学建模、结构仿真等研究，为融合创新训练提供了支持环境。

3.5 建立多元化评价体系

合理、健全的课程评价体系是达成课程目标的保障。学科交叉融合背景下的计算机通识教育的评价体系应突出对学生融合创新能力的评价，是一个定性评价和定量评价并重、结果评价和过程评价相结合的多元化评价体系。“多元化”体现在两个方面：一是评价主体是多元的，包括教师、学生、教学平台、学科竞赛和考试软件等;二是评价内容是多元的，包括学习专注度、课堂活跃度、讨论汇报、课堂测试、相关竞赛、学习行为习惯等。山东农业大学的计算机通识课程建立了由教师、学生、智慧树、雨课堂、考试软件和竞赛成绩等共同参与的评价体系，加大了过程性评价的比重。例如：农科类的“大学计算机基础”课程的成绩评定方法，其具体内容见表3。

3.6 建设具备跨学科知识背景的教师队伍

教师作为教学改革的实施主体，对改革的成效发挥着重要作用。学科交叉融合不但需要教师不断钻研计算机领域的前沿知识和技术，还需要掌握所授专业的部分专业知识，引导学生使用计算思维解决本学科的科学问题。山东农业大学通过建设跨学科的协同创新平台和设立“跨学科大讲堂”，促进不同学科背景教师的沟通交流，加快教师知识结构的更新和拓宽，促进多元知识背景的教师队伍建设。

4 结语

随着信息技术的快速发展，计算机技术在科技成果的重大突破中发挥着越来越重要的作用。在多学科交叉融合背景下，通过构建递进式课程体系、实施多元化分类教学和线上线下混合式教学、创建开放式实践环境、建立多元化評价体系和建设具备跨学科知识背景的教师队伍等措施实施计算机通识课程改革，能进一步发挥计算机技术对其他学科创新发展的推动作用，为复杂工程问题的解决提供强有力的工具。

参考文献

[1] 王颖娜.以计算思维为导向的大学计算机基础课程教学改革研究[J].科技资讯，2021，19（2）：37-39.

[2] 熊福松，凌云，张志强.基于多维度协同教育理论的计算机通识课程体系的研究与实践[J].计算机教育，2019（8）：142-145，149.

[3] 李晓明.计算思维：通识教育落地的一个抓手[N].中国科学报，2021-9-14（5）.

[4] 王立松，江爱华，胡军，等.面向“新工科”建设的非计算机专业计算机基础教学课程体系构建探索[J].工业与信息化教育，2018（9）：1-5.

[5] 马金金.基于成果导向的大学计算机基础教学过程设计[J].池州学院学报，2019，33（3）：127-129.

[6] 严晖，李小兰，刘卫国，等.基于任务驱动的线上线下混合式教学设计与实践研究——以“大学计算机基础”课程为例[J].工业和信息化教育，2020（11）：52-56

[7] 郝兴伟，张强.智能时代计算机通识教育的改革探索[J].中国大学教学，2019（Z1）：72-74.