新工科背景下低代码平台在“大学计算机基础”课程中的应用

张思萌 姜丹 王辉

摘要：针对新工科背景下“大学计算机基础”课程实际教学中的学生动手能力弱的问题，提出了课程配套的基于低代码平台的实验教学方法，并将云计算、人工智能模型等新兴技术引入课堂，介绍了该套实验课程的详细内容，阐述了其教学效果。

关键词：低代码平台；软件开发；高校教育；计算机教学

中图法分类号：TP311 文献标识码：A

１ 引言

２０１７ 年，相关部门提出“新工科”计划，目标是为新兴的工科产业提供人才储备。自该计划推出以来，以“新工科”为核心的课程建设成为各大高校改革发展的重要方向［１～２］ 。在近几年的新兴技术中，云计算、大数据、网络安全等技术百花齐放，成为计算机时下最热的发展方向，而这些技术的共同点是发展速度快、技术壁垒高，需要技术积累和沉淀，显然这些新兴的发展方向给高校的计算机教学带来了一定的挑战。

２ “新工科”计划与“ 大学计算机基础”课程融合现状

“大学计算机基础”是一门计算机公共基础课程，主要内容是学习计算机基础知识，培养学生建立良好的计算思维［３］ 。“大学计算机基础”课程一般面向非计算机专业学生［４］ ，学生的共同特点是计算机基础薄弱、没有清晰的计算思维的概念。通过对学生学习情况调查显示，学习“大学计算机基础”课程，使学生掌握了计算机的基础理论知识，能够将简单问题抽象化，然后通过编程解决，但是其动手能力相对较弱，无法独立完成应用开发，导致很多学生无法将计算思维落地，实现交互性更强的可视化应用软件，进而造成理論强、实践弱的结果。所以，如何通过学习“大学计算机基础”课程，让学生建立对等的实践能力，是目前“大学计算机基础”课程研究的重点。尤其是在“新工科”的背景下，新兴技术层出不穷，其高壁垒的学习路径难以与“大学计算机基础”课程结合，如何将二者进行更好的融合是高校计算机教学研究和探索的重要方向［５］ 。

３ 低代码平台特性

在实际应用中，传统的软件开发需要大量的计算机知识积累，并涉及多方人员的沟通和配合，开发流程漫长，所以市场产生了对于“低代码”的需求。２０１４年，Ｆｏｒｒｅｓｔｅｒ 提出低代码的概念，随后各大科技公司如微软、ＩＢＭ 等相继推出低代码解决方案，并称其为低代码平台（Ｌｏｗ Ｃｏｄｅ Ｐｌａｔｆｏｒｍ， ＬＣＰ）［６］ 。低代码平台的出现给软件开发带来了新的定义，使开发人员从重复劳动中解放出来，极大地赋能了业务人员和没有计算机知识积累的人员［７］ 。

低代码平台是近年来计算机应用的新兴发展方向，其算力一般由云计算平台提供支持，实现了计算资源的弹性可扩展。低代码平台还提供了大量的人工智能模型接口，如微软Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｔｆｏｒｍ 平台提供了ＡＩ Ｂｕｉｌｄｅｒ 模块，以及文本识别、实体提取、文本翻译、预测等人工智能模型，这些都可以供低代码平台直接训练调用。除此之外，低代码平台在数据的安全性上也提供了极大的保障，在权限管理中，可通过基于角色的权限进行权限分割，在数据传送上，低代码平台可借助云计算的可搜索加密技术确保数据的安全性。

综上所述，低代码平台是集合了众多新兴技术为一体的典型的“新工科”新兴技术。

与其他新兴技术不同，低代码平台通过短时间的学习即可轻松上手。低代码平台采用“搭积木”的方式进行组建，开发过程所见即所得。该平台提供了大量常见的图形化组件，如确定按钮、工具按钮等。每个组件还配备多种相应动作，如跳转、弹出等动作。开发人员只需梳理应用业务流程，即可在低代码平台上快速实现并发布部署应用。低代码平台因其特有的敏捷的开发模式，非常适合初学计算机课程的学生，在建立一定的计算思维后，学生可在低代码平台上快速实现应用的搭建，从而强化动手能力和计算思维。笔者结合低代码平台的特性，综合考虑“大学计算机基础”课程的特点，设计了与该课程配套的实验课程，可加强学生的计算思维，提升学生的动手能力。

４ 基于低代码平台的“ 大学计算机基础”课程配套实验课程设计

４．１ 教学大纲设计

“大学计算机基础”课程的内容多、方向广，如图１ 所示。左侧为课程内容的组成部分。“大学计算机基础”课程以计算工具与计算思维为核心，同时以Ｐｙｔｈｏｎ 编程为基础，既把Ｐｙｔｈｏｎ 当作学习的对象，又将其作为实践工具，强化计算思维。为满足以后的学习工作需要，教学内容还应覆盖基础的Ｗｉｎｄｏｗｓ 和Ｏｆｆｉｃｅ 操作。

４．２ 课程教学实例

为提升学生的动手能力，加强学生的计算思维，本文设计了一套基于低代码平台的教务成绩管理系统的实验流程。该实验可在课程的后期作为配套实验展开授课，在授课前，学生应先掌握图１ 左侧的所有内容，在实验课程展开期间，将对①～⑧的所有内容进行综合实践应用，每个实验所包含的知识点均归类于图１ 右侧实验进度的下方。实验所使用的平台为微软的Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｔｆｏｒｍ，以及Ｐｙｔｈｏｎ 环境和Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ３６５。以下是实验进度的详细组成信息。

（１）进度一：低代码平台介绍。

进度一的教学目标着重于在应用设计中感受计算思维的应用，通过动手实践，了解最新的软件开发技术。

实验初期，可以直接引导学生进行实践，使其感受开发流程。低代码平台中，应用的搭建是由多个有内容的页面堆叠而成的，并通过响应动作关联成动态的应用。课程讲授可以考虑从平台提供的大量页面模板直接入手，如空白界面、日历界面等，这些模板界面已经配备了完整的ＵＩ 设计，进行内容填充即可使用。低代码平台采用控件形式开发，在每个页面中，可根据实际需要，直接添加包装好的图形化控件，还可以设置控件的可见性、大小，以及其关联的动态动作。

（２）进度二：建立数据模型。

进度二的教学目标着重于加强学生对数据模型三要素的理解，通过建模，学生能够掌握常见轻量级数据库的建模和使用方法。

进度二以教务成绩管理系统的建立为出发点，第一步，引导学生从建立概念数据模型的角度入手，进行现实世界的抽象建模，设计教务系统的Ｅ⁃Ｒ 图，主要实体应包括教师、学生、班级、课程等，随后补全实体所包含的属性和联系。第二步，将概念数据模型转换为逻辑数据模型，即关系表模式。第三步，介绍某一数据库软件的使用方法，如小型数据库Ａｃｃｅｓｓ 等。

最后，介绍Ｐｏｗｅｒ Ａｐｐｓ 对数据库的接入方法，及对接入的数据进行展示，配置相应的功能，如数据的增删改查等。

（３）进度三：扩展实验。

进度三采用组队学习的方式，选择感兴趣的专题进行扩展学习，提供以下４ 个方向进行研究学习．方向一：基于角色的权限控制。在应用中，通常会涉及不同权限的角色，而每个角色应具有不同的权限，如访问、数据操作等。在教务成绩管理系统中，主要涉及的角色有学生、教师等。每个角色的权限范围是不一样的，如学生能看到自己的成绩，其具有访问权，但无权修改；教师可以浏览选其课程的学生列表，填入学生的成绩。如何赋予每个用户足够的权限是一个重要的问题，最常被开发者使用的模型是基于角色的权限控制模型（ Ｒｏｌｅ⁃Ｂａｓｅｄ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ，ＲＢＡＣ），该模型可以根据角色划分不同的权限，每个用户可以集成其角色所拥有的权限，达到权限控制的目的。在此实验中，可引入ＲＢＡＣ 模型，实现精准的权限划分。

方向二：人工智能模块。低代码平台通常具有很高的集成性，可以引入训练好的人工智能模型，从而优化应用的运行。在教务系统中，试卷成绩的录入，可通过训练文字识别模型（ Ｏｐｔｉｃａｌ ＣｈａｒａｃｔｅｒＲｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，ＯＣＲ）得以实现。除了ＯＣＲ 模型之外，还可以采用聚类算法对学生的成绩进行聚类评估，构建更精准的教学评价体系。

方向三：机器人流程自动化。机器人流程自动化（Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＲＰＡ）是低代码技术的衍生技术之一，ＲＰＡ 可以通过模仿用户操作计算机的方式，实现流程的自动化运转和处理。而ＲＰＡ 和低代码平台的结合，给了流程自动化和批量操作更多的可能。比如，在应用程序的按钮上，可以关联自动运转的操作流，当点击成绩的提交按钮后，将触发成绩发布审批流程，实现成绩的自动发布。

方向四：云计算。低代码平台的算力依靠云计算提供支撑。在教务成绩管理系统中，考虑到学生信息、学生成绩等通常需要存储若干年，并且对数据的安全性有一定的要求。对于数据的存储，可以考虑借助云计算的存储资源实现，从而提高应用的可靠性。

（４）进度四：小组汇报。

在学习拓展方向后，通过组队的方式，自主探索应用搭建主题，实现完整应用的落地。汇报内容应包括需求分析文档、详细设计文档、应用展示等。

５ 课程实施情况

课程的首次开展采用Ｏｎｅ⁃ｄａｙ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ 报名的形式，共计３０ 名学生。考虑到低代码平台敏捷的开发特性，限定每小组３～４ 人进行组队开发。最终汇报结果如表１ 所列。

根据汇报情况可得出，低代码平台平均开发时长为６．６４ 小时，相较于传统的软件开发技术，开发周期大幅缩短。在所用技术统计中可以发现，进度三的选做实验均得到了有效的利用。从汇报结果上看，其作品完成度高，交互性强。对选课学生进行随访后发现，低代码平台成为很多学生开发的主要选择，在需要快速搭建业务雏形时，学生多数会主动选择低代码平台进行实践，该课程的开设大幅提高了学生对于计算机课程的兴趣。在各项计算机大赛和建模比赛中，利用低代码开发的应用都取得了良好的名次。

６ 结束语

低代码平台凭其上手快、易理解、易扩展的特性，成为近两年国内开发市场的大热产品。其开发理念敏捷高效，十分适合“大学计算机基础”课程中的实作训练，学生可以快速构建属于自己的应用并进行发布，既锻炼学生的计算思维，又使得应用构想得到快速验证和落地。

参考文献：

［１］ 教育部高等教育司．“新工科”建設复旦共识［Ｊ］．高等工程教育研究，２０１７（１）：５⁃１５．

［２］ 唐德凯，夏新文，桂小林．新工科背景下面向赋能教育的大学计算机课程改革探索［Ｊ］．计算机教育，２０２０（９）：１７８⁃１８２．

［３］ 李暾，刘万伟，毛晓光．面向计算思维培养的大学计算机基础课程实训体系建设与应用［Ｊ］．计算机教育，２０１９（８）：６⁃９．

［４］ 傅向华，张席，刘宏伟，等．面向新工科的应用型大学计算机基础课程教学改革［Ｊ］．计算机教育，２０２２（２）：１２４⁃１２８．

［５］ 石雷，樊玉琦，胡学钢，等．新工科背景下基于低代码开发平台的软件工具与环境课程教学［Ｊ］．计算机教育，２０２２（４）：１１５⁃１１９．

［６］ ＷＡＳＺＫＯＷＳＫＩ Ｒ．Ｌｏｗ⁃ｃｏｄｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｆｏｒ ａｕｔｏｍａｔｉｎｇ ｂｕｓｉｎｅｓｓｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｉｎ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ［Ｊ］．ＩＦＡＣ⁃ＰａｐｅｒｓＯｎＬｉｎｅ，２０１９，５２（１０）：３７６⁃３８１．

［７］ 中国软件行业协会．２０２０ 中国低代码开发平台十大发展趋势［ ＥＢ／ ＯＬ］． ｈｔｔｐ： ∥ ｗｗｗ． ｃｓｉａ． ｏｒｇ． ｃｎ／ ｃｏｎｔｅｎｔ． ｊｓｐ？ ｉｄ ＝８ａ９ｅ２ｂａｄ６ｅｃ５９７ｃ７０１６ｆ２１ｆ５５１９ｅ００ｅ３＆ｃｌａｓｓｉｄ＝８ｃ７２１０６ａ６１ｆｂ４ｂ９ｄ８ａ２８９２６８２ｄｂｂｅ１８ｃ．

作者简介：张思萌（１９９５—），硕士，助教，研究方向：数据挖掘与分析、低代码平台开发。