“四新”背景下的赋能型计算机通识课程体系建设

○蔡慧英 林培光

一、引言

2017年2月，教育部在复旦大学召开了高等工程教育发展战略研讨会，与会高校就新时期工程人才培养共同讨论提出了“新工科”的概念，并定义了新工科内涵特征、建设与发展的路径选择，达成了“复旦共识”，标志着“新工科”开始走向实践探索［1］。随后，“新医科、新农科、新文科”逐渐被正式推出，“四新”也成为高等教育人才培养的“中国方案”，是高等教育高质量发展的战略布局。2021年4月，习近平总书记在清华大学考察时强调指出“推进新工科、新医科、新农科、新文科建设”［2］，为“四新”建设进一步指明了发展方向。教育部高等教育司2023年工作要点指出“全面实施系列‘101计划’，推进‘四新’关键领域核心课程建设”［3］。计算机通识课作为在高等教育学校广泛开设的基础核心课程，是连接“四新”各学科的纽带。目前的计算机通识课不再是狭义上传授电脑基础理论和操作知识的课程，而是囊括了计算机基础知识、信息理论、人工智能、大数据、物联网等的知识集群［4］，是赋予高质量人才计算思维、数字思维和创新思维能力的核心“课程体”，能够起到“四新”背景下高质量人才培养“敲门砖”的作用，须贯穿整个高等教育培养阶段。随着前沿科技的加持，copilot、new bing、chatGPT、claude等新一代AI工具层出不穷，对学生计算思维、数字思维等的要求越来越高，建设赋能型的计算机通识课势在必行。

二、现有课程体系在“四新”高质量人才培养中面临的挑战

（一）如何打破计算机通识课固有框架的束缚，体现“四新”各学科特色？

1984年，全国高等院校计算机基础教学研究会成立，确定了计算机基础教学的四个教学层次，即计算机基础知识及操作系统使用、高级语言、软硬件基础知识、结合专业的计算机应用。随后，计算机课程在高校普遍开设。在指导方案和专业教师的不断探索中，计算机通识课程取得了有效的发展，形成了规模和体系，也形成了计算机通识课发展的固有框架。在高校内往往课程体系一致，并没有分别针对各学科进行相应的调整，造成课程体系往往局限在传统的计算机基础知识、办公软件、工作原理、网络平台等模块，不能体现“四新”各学科特色，不利于高质量人才的培养。因此，需要在既有计算机通识课固有框架的基础上开拓创新，结合“四新”各学科的特点，打造全新的突出各学科特色的计算机通识课程体系。

（二）如何使计算机通识课与时俱进？

随着近几年计算机技术的飞速发展，人工智能、物联网、大数据等前沿技术已经在“四新”各学科得到广泛应用，并取得了令人满意的效果。例如，基于强化学习的工业过程建模方法及故障分类方法［5］、基于机器学习的金融风险识别［6］、土壤养分分析智能机器人平台［7］、基于人工智能技术的中医临床辅助治疗平台［8］等。虽然有些计算机通识课引入了新技术相关内容，但多以简介的形式开展，不利于学生理解和应用新技术。所以，对计算机通识课进行改革，一方面，使课程体系紧跟技术迅速发展的步伐；另一方面，培养学生以不变应万变的数字思维和计算思维能力，以应对日新月异的计算机新技术。

（三）如何使计算机通识课达到赋能的要求？

赋能即赋予某个主体能力，赋能教育需要考虑赋予什么能力、赋予谁、怎样赋予三个核心问题。计算思维以设计和构造为特征，以计算机学科为代表，是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为的一系列思维活动。计算机通识课作为赋予学生计算思维能力的基础课程，需要使当代大学生汲取现代信息技术知识，掌握基本的计算技术应用能力，理解计算学科的基本知识和规范，能够利用数字思维解决领域内问题。“四新”各学科所解决的实际问题差异明显，对学生的培养目标相差较大，同时，学生具备的计算机素养以及对计算机知识的接受能力参差不齐。所以，如何构建计算机通识课，使其能够赋予“四新”各学科学生解决领域内实际问题的计算思维和数字思维能力，进而达到高质量人才的培养目的是需要考虑的重要问题。

三、课程体系构建方案

为了使计算机通识课满足“四新”和赋能的需求，结合教育部高等学校计算机教学指导委员会提出的“宽、专、融”框架［9］，以赋能为导向，构建针对“四新”高质量人才培养的计算机通识“1+X+Y”课程体系，横向拓展到各学科所有专业，纵向上垂直贯穿整个本科教学过程，使计算机通识课具有高阶性、创新型和挑战度，达到综合培养学生知识、能力和素养的教学目标。同时，构建适合于赋能型计算机通识课程体系的实践教育机制，作为该课程体系得以实现的辅助手段，总体构建方案如图1所示。

图1 赋能型计算机通识课程体系构建方案

（一）赋能型“1+X+Y”课程体系

“四新”人才培养强调计算机通识课的实用性、交叉性与综合性，尤其需要重视培养学生以不变应万变的自主学习能力和解决实际复杂问题的能力。“1”是指凝练和抽象面向各种复杂技术的最基本的课程，使学生掌握计算机基本原理。“X+Y”指适应不同学科发展需求的基本信息技术课程和学科交叉融合型课程，使学生掌握解决本领域和跨学科复杂问题的基本理论和工具，重点培养学生利用计算思维和计算工具解决本领域复杂问题的能力。课程体系如图2所示，纵向上，从基础通识经技术基础过渡到交叉融合型课程，和各学期学生对知识的接受程度基本对应；从横向上基本覆盖各个学科。

“1-基础通识课”主要目标是全面培养学生的信息素养、计算科学修养和计算思维能力，是后续课程的基础核心课程，教学内容和教学要求需要根据学生接受程度和学科专业特点设置，设置模块包括计算机基础知识、计算理论、计算机软硬件基础、程序设计基础、数据处理基础、计算机素养、计算机新技术等。其中，计算机新技术为根据计算机的发展设置的灵活模块，教学内容为计算机的前沿技术以及所蕴含的核心思想。各模块相呼应，涵盖计算思维表达体系中的八个核心概念，即抽象、自动化、设计、评估、通信、协作、记忆，培养学生与时俱进的计算思维和数字思维。

“X-技术基础课”主要分为设计开发、人工智能、数据分析与处理三个模块。各学科需要依据学科特点设置课程和知识模块，讲授学生“学得会、用得上”的教学内容。设计开发模块以培养能力为主，使学生掌握计算机解决问题的基本工具。人工智能模块以求解问题的算法为主，使学生掌握计算机解决问题的思想，促进学生计算思维和逻辑思维能力的提升。数据分析与处理模块以“数”展开，培养学生超出“数字”概念的“数即万物，万物皆数”的数字思维和数字素养，锻炼学生使用数字思维和计算思维解决实际问题的能力。三个模块互补，共同促进学生知识、能力和素养的提升。

“Y-交叉融合课”根据各学科专业特色开设，使计算机技术与专业实际问题相结合，从实际问题入手，设计交叉融合的教学内容，培养学生使用计算机技术解决本领域以及跨学科领域实际问题的能力。针对“四新”各学科，构建跨学院、跨高校、跨校企的交叉融合课程，切实将计算机技术用于各学科的专业问题上，培养具备计算思维和数字素养的领域内卓越拔尖人才。

（二）实践教育机制

为了使课程体系顺利实施，构建面向“四新”高质量人才培养的赋能型实践教育机制，包括线上与线下结合的混合式教学方法、“案例驱动”的实践教学手段、学以致用的沉浸式实践环境以及产学融合的实践基地，使学生能够通过实践深入理解计算机技术，培养学生数字思维和计算思维能力、数字素养，使其具有融会贯通的解决本学科及跨学科复杂问题的能力，促使学生由“被动赋能”向“自主吸能”转换。

考虑到各高校各学科学生的计算机基础及接受程度的差异，计算机通识课程采用线上与线下结合的方式尤为合适。目前，在MOOC已经有丰富且多样化的计算机相关课程资源，但是突出学科特色的交叉融合型课程较少。各高校需要根据自身实际情况，引进部分优质课程资源，同时改进或自建专业特色突出的交叉融合型课程。在此基础上，开展线上线下的混合式教学，合理地使用“翻转课堂”教学工具，采用课前发布以问题为导向的自主学习任务、课中根据检查结果有侧重点地讲解知识、课后布置个性化综合性作业的方式组织教学活动，提升学生的综合素养。同时，采用以知识达成度为主的过程考核和能力达成度为主的期末考核相结合的成绩评定方式，检验学生的自主学习和探究学习能力。

“案例驱动”的教学为OBE理念中重要的教学手段。结合“四新”各学科学生的思维特点，以学生为中心，推动“思辨型案例驱动法”的研讨式教学手段，构建简单易懂的教学案例诠释基本概念，创建综合案例贯穿课程知识点。案例设计时引入各学科典型应用场景，合理分配知识体系讲解和案例研讨的比例，知识体系以讲授“机理”为主，使学生明白知识体系的核心思想和“来源”，案例研讨以应用为主，使学生知悉知识体系的“去路”，达到“讲机理，明来源；论案例，知去向”的教学效果。从计算思维的角度引导学生围绕案例构思解决方案，利用辩证的方式激发学生的计算思维和数字思维，培养学生的自主学习能力，按照分组的方式开展多方位、全角度的主题讨论，以此使学生真正理解计算机技术，并能熟练应用计算机技术解决学科内及跨学科实际问题。

学以致用的实践环境是激发学生学习兴趣和提升数字素养的关键途径之一。结合校内外资源，积极引导学生参加既有计算机竞赛，例如中国高校计算机大赛、大学生数字技能应用大赛、全国高校计算机能力挑战赛等。在校园内创建突出专业特色的“学科+”计算机文化节、“学科+”计算机竞赛等，激发学生的学习兴趣和学习动力。同时，构建计算机类社会实践活动，使学生参与计算机相关的实践任务。沉浸式地为提升学生的数字素养创造浓厚的学习和实践氛围，有效地培养学生的自主学习能力和竞争意识以及计算思维和创新思维。

进一步推动校企共建机制，充分挖掘“四新”各学科交叉复合型企业和人才，构建多方协同的计算机通识课实践基地。将教学与科研紧密结合、高校与社会紧密合作，采取校所合作、校企联合、高校引进等方式联合建设培训中心或基地，为不同学科学生搭建与时俱进的计算机通识课实践平台，构建普适性及有一定挑战度的计算机实践专项任务，使学生都能参与到突出“四新”学科特色的计算机实践项目，有效地培养学生的综合素养。

四、课程体系实践效果

赋能型“1+X+Y”计算机通识课程体系在山东省内高校的典型新工科、新农科、新医科、新文科专业进行了实践。以山东财经大学的新文科专业为例，所构建的课程体系及知识模块如表1所示。实践教育机制包括基于《大学计算机》《机器学习》《大数据与金融》《商务智能》《R语言与金融数据分析》等一流课程的混合式教学方法，“思辨型案例驱动”的研讨式教学手段，“财经+计算机”文化艺术节、金融投资模拟大赛等沉浸式实践环境等。在新课程体系下，课堂活跃度、学业挑战度、学生满意度得到了显著提升。依据不同专业特色开发的计算机通识课程以崭新的面貌呈现在教师和学生面前，为专业建设注入了新鲜的血液，激发了新的活力。课堂整体氛围活跃度明显增强，学生的出勤率、平时成绩、期末成绩得到了明显的改善。通过对所开设的《金融数据分析》《python语言设计〈财经类〉》《机器学习〈财经类〉》等统计教务系统中的课程评分，得出平均得分在95分以上。并且，通过开展协同育人的合作企业反映，90%以上的学生能够应用信息技术有效地解决财经类相关问题。

表1 新文科专业部分课程及知识模块

通过分析计算机通识课现有课程体系在“四新”背景下面临的挑战入手，从赋能的角度构建了面向“四新”的赋能型“1+X+Y”计算机通识课程体系。课程体系针对高质量人才需要的计算思维和数字素养，分别阐述了“1-基础通识课”“X-技术基础课”“Y-交叉融合课”的构建思路和要求，使课程体系满足与时俱进和赋能的要求，提升学生运用新技术的能力和计算思维能力，训练学生主动学习和探究的能力。同时，构建了相应的实践教育机制，推动“思辨型案例驱动”的研讨式教学手段，创建计算机通识课实践环境和实践基地，潜移默化地提升学生的计算机综合素养。课程体系和实践教育机制能够系统地使学生掌握计算机知识并具备解决本领域和跨学科实际复杂问题的计算思维、创新思维、逻辑思维能力，进而达到培养知识、能力和素养的教学目标，促进“四新”高质量人才的培养。