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面向非計算機專業(yè)的《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》教學(xué)研究

2021-05-12 07:51:56何騰蛟楊昌霖
吉林化工學(xué)院學(xué)報 2021年4期
關(guān)鍵詞:大學(xué)計算機基礎(chǔ)計算機專業(yè)交叉

何騰蛟,楊昌霖,姜 彬

(1.暨南大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,廣東 廣州 510632;2.中原工學(xué)院 計算機學(xué)院,河南 鄭州 450007;3.國家留學(xué)基金管理委員會 信息資源部,北京 100044)

《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》是面向非計算機專業(yè)學(xué)生開設(shè)的計算機基礎(chǔ)課程。旨在通過本課程的學(xué)習(xí),使學(xué)生全面了解計算機科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識,掌握編程技能,具備通過計算機科學(xué)領(lǐng)域的基本方法,解決本學(xué)科科學(xué)問題的能力,從而輔助相關(guān)專業(yè)學(xué)生更好地從事后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和科研活動。近年來,隨著我國科技與經(jīng)濟水平的高速發(fā)展,學(xué)科間的融合不斷加大,各行業(yè)對計算機的使用需求與日俱增,使得非計算機專業(yè)的計算機基礎(chǔ)教育顯得愈發(fā)重要。目前,各高校針對非計算機專業(yè)學(xué)生的計算機基礎(chǔ)教育進行了不同程度的改革,教學(xué)內(nèi)容及方法日趨穩(wěn)定。但是,該課程的教學(xué)工作仍然存在一些問題,需要進一步優(yōu)化。本文將根據(jù)筆者在非計算機專業(yè)學(xué)生的大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)實踐中遇到的實際問題,進行深度分析?;谶@些分析,將從課程內(nèi)容、競賽導(dǎo)向和師資培訓(xùn)等三個方面提出改進方案,旨在加強教學(xué)效果,促進學(xué)科間的交叉融合,提高學(xué)生使用計算機方法解決自身專業(yè)科學(xué)問題的能力。

一、當前問題分析

當前,面向非計算機專業(yè)學(xué)生的《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》課程存在以下問題。

(一) 教學(xué)模式陳舊與知識框架單一

多數(shù)高校對該課程的教學(xué)采用“課堂教學(xué)+上機實驗”的方式。圖1展示了該課程的知識框架。理論知識主要包括:計算機硬件基礎(chǔ)知識、系統(tǒng)模型、數(shù)據(jù)的表示和邏輯基礎(chǔ)、操作系統(tǒng)的基本概念、算法基礎(chǔ)、程序設(shè)計語言、數(shù)據(jù)庫、計算機網(wǎng)絡(luò)等內(nèi)容。實驗為基于Python語言的程序設(shè)計,主要內(nèi)容包括:基礎(chǔ)語法、控制結(jié)構(gòu)、函數(shù)的定義和調(diào)用、高級數(shù)據(jù)類型、面向?qū)ο缶幊?、算法實現(xiàn)、第三方庫的使用等內(nèi)容。然而,隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)的快速發(fā)展,目前的《計算機基礎(chǔ)》課程內(nèi)容過于陳舊。一方面,缺少以上高新熱點內(nèi)容的引入,無法支持“新工科”建設(shè)的相關(guān)需求[1];另一方面,由于缺少對于這些高新技術(shù)的了解,學(xué)生缺乏使用這些技術(shù)的實踐創(chuàng)新能力[2],今后將難以使用這些技術(shù)解決本學(xué)科的實際問題。

圖1 《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》知識框架

(二) 教學(xué)內(nèi)容缺乏與相關(guān)專業(yè)的交叉融合

2018年5月2日,習(xí)近平總書記在北京大學(xué)發(fā)表重要講話:“要下大氣力組建交叉學(xué)科群和強有力的科技攻關(guān)團隊,加強學(xué)科之間協(xié)同創(chuàng)新,加強對原則性、系統(tǒng)性、引領(lǐng)性研究的支持?!庇纱丝梢?,學(xué)科交叉已經(jīng)成為國家層次的重要戰(zhàn)略。然而,各個高校針對《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》的學(xué)科交叉內(nèi)容設(shè)計依然存在空白[3]。目前,大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程按專業(yè)大體可分為三個方向:理工專業(yè)方向,經(jīng)管專業(yè)方向和人文專業(yè)方向。理工專業(yè)方向主要包括生物醫(yī)學(xué)、力學(xué)建筑等專業(yè);經(jīng)管專業(yè)方向主要包括新聞,公共管理等專業(yè);人文專業(yè)方向主要包括歷史、藝術(shù)等專業(yè)?;诓煌瑢I(yè)之間的學(xué)生特點和知識需求,該課程針對不同專業(yè)提出了不同的技能要求。例如:理工專業(yè)學(xué)生需要掌握一定的程序設(shè)計技能用于后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)及科研工作;經(jīng)管專業(yè)學(xué)生需要具備一定的數(shù)據(jù)分析能力及Excel的基本使用方法;人文專業(yè)學(xué)生則需要掌握Word軟件的基本操作。然而,以上分類過于粗放,缺少基于學(xué)科交叉融合這一政策前提下的細致劃分。例如,廣告學(xué)專業(yè)的學(xué)生在《計算廣告學(xué)》課程中,也需要進行程序算法的設(shè)計,結(jié)合大數(shù)據(jù)等計算機技術(shù),完成個性化廣告推薦[4]。這就需要學(xué)生在《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》課程中學(xué)習(xí)Python語言程序設(shè)計。由此可見,在設(shè)計《大學(xué)計算基礎(chǔ)》的課程內(nèi)容時,除了考慮各個專業(yè)的傳統(tǒng)需求以外,還需要結(jié)合當前的行業(yè)發(fā)展以及課程體系的更新,服務(wù)于相關(guān)專業(yè)的后續(xù)課程。

(三) 學(xué)生對該課程重視程度不夠

《大學(xué)計算基礎(chǔ)》在各個高校中定位為大一新生的大學(xué)公共基礎(chǔ)課程。相比于專業(yè)課程,學(xué)生普遍對該課程的重視程度不夠[5]。造成這種現(xiàn)象的原因主要包括三個方面。第一,各個高校的大一學(xué)生要進行多種公共課及專業(yè)課的學(xué)習(xí),課業(yè)負擔較重,學(xué)習(xí)計算機基礎(chǔ)知識及應(yīng)用技能的時間及精力十分有限,相比于專業(yè)課程,該課程自然難以引起學(xué)生的重視。第二,非計算機專業(yè)的學(xué)生之后會面臨計算機等級考試,對于知識點的學(xué)習(xí)往往僅限于死記硬背,難以融會貫通,從而造成學(xué)會理論卻無法實踐的情況。與此同時,以等級考試為目的的計算機學(xué)習(xí)也降低了學(xué)生們對計算機科學(xué)領(lǐng)域進行深入探索的動力。第三,部分學(xué)生在大學(xué)之前沒有接觸過計算機,對于所涉及的全新概念缺少學(xué)習(xí)的興趣與方法。

二、教學(xué)新模式探究

針對以上在非計算機專業(yè)學(xué)生中的計算機基礎(chǔ)教育存在的問題,本文提出以下方法,并根據(jù)實際教學(xué)過程,介紹這些方法,為未來可行的課程優(yōu)化提供參考。

(一) 豐富課程知識內(nèi)容,促進學(xué)科間交叉融合

基于當前計算機技術(shù)的發(fā)展,需要在理論環(huán)節(jié)加入物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等主題的基本概念及應(yīng)用案例。在教學(xué)方式方面,可通過雨課堂等平臺,采用線上線下相結(jié)合的方式[6]。教師在課堂講授的過程中穿插課堂習(xí)題以及背景知識介紹等,方便學(xué)生了解相關(guān)知識的基本內(nèi)容。此外,教師在課后也可通過雨課堂等線上平臺督促學(xué)生完成課后作業(yè),鞏固所學(xué)的知識。在實驗設(shè)計方面,主要學(xué)習(xí)基于Python語言的程序設(shè)計方法,實驗內(nèi)容需貼近學(xué)生的當前專業(yè)。例如,針對生物醫(yī)學(xué)專業(yè),可在實驗中引入部分生物信息學(xué)課程的內(nèi)容,從而使學(xué)生解決本專業(yè)的具體問題。其次,引導(dǎo)學(xué)生正確使用網(wǎng)上資源,加強其自主使用計算機解決問題的意識及能力。在學(xué)科交叉方面,教師應(yīng)在授課過程中為學(xué)生樹立大學(xué)科觀念,使學(xué)生了解單一學(xué)科局限性,通過為學(xué)生展示學(xué)科交叉案例,培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科交叉的思維方式[7]。

參照以上方法,筆者目前在課程初期根據(jù)學(xué)生自身學(xué)科,展示計算機學(xué)科最新技術(shù)、相關(guān)結(jié)合案例和企業(yè)招聘需求,使學(xué)生了解學(xué)科交叉的重要性,以及計算機在學(xué)科交叉中所占據(jù)的重要地位。根據(jù)學(xué)生課堂表現(xiàn)及課后反饋,該方法在一定程度上提升了學(xué)生對于計算機學(xué)科的學(xué)習(xí)熱情。但是,由于筆者缺少相關(guān)學(xué)科背景知識,針對不同學(xué)科設(shè)計計算機實驗還存在不足。

(二) 以大作業(yè)及競賽為導(dǎo)向,增強學(xué)生實戰(zhàn)能力

培養(yǎng)具備使用計算機技術(shù)解決自身學(xué)科領(lǐng)域的實際問題是大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育的核心需求。因此,為提升學(xué)生使用計算機解決實際問題的能力,本文提出以大作業(yè)和競賽為導(dǎo)向,培養(yǎng)學(xué)生獨立解決問題的意識,提升學(xué)生學(xué)習(xí)計算機的興趣。其中,大作業(yè)是指將3~5名學(xué)生分為一組,模擬軟件開發(fā)過程,通過分工合作,使用Python語言來完成一些具有特定功能的程序,從而提升學(xué)生的計算機應(yīng)用能力[8]。除此以外,大作業(yè)還將采用項目答辯的形式,鼓勵學(xué)生走上講臺,展示小組的“項目產(chǎn)品”。與此同時,教師還可以引導(dǎo)學(xué)生積極參加學(xué)科競賽,培養(yǎng)學(xué)生對于學(xué)習(xí)計算機的興趣[9]。通過團隊攻堅,以賽代練,提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)并解決難題的能力,為學(xué)生今后解決自身學(xué)科的科學(xué)問題積累實戰(zhàn)經(jīng)驗[10]。

筆者目前已在教學(xué)過程中采用大作業(yè)及項目答辯方式。以所教授的生物醫(yī)學(xué)方向班級為例,全班共計78人,學(xué)生通過自由結(jié)合的方式組成22支項目小組。各小組成員基于所學(xué)的Python程序設(shè)計方法進行自由選題,然后將課題進行任務(wù)分工,主要任務(wù)包括:代碼編寫、PPT制作以及項目展示介紹。經(jīng)過一個月的準備,各個小組將進行答辯,介紹程序架構(gòu)并展示項目功能。然而,筆者在實踐過程中發(fā)現(xiàn)以下不足。第一,項目得分來自教師個人判斷,難免混入個人喜好,缺乏公平性。第二,學(xué)生自由選題會造成選題難度不一,所選項目包含知識點不夠全面。因此,針對以上兩點不足,今后可采用各小組選派一名評委的方法對各個項目進行打分,提高評分公平性及合理性。此外,筆者將為大作業(yè)設(shè)計多個難度相似、包含知識點均衡的課題供學(xué)生選擇。

(三) 培養(yǎng)具備跨學(xué)科知識背景的師資力量

當前,隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)的快速發(fā)展,以及學(xué)科交叉融合的需求日漸增大,這就對該課程教師的知識儲備、教學(xué)能力等方面提出了更高的要求,需要建設(shè)具備跨學(xué)科知識背景的教師隊伍[11]。這給面向非計算機專業(yè)的《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》的教學(xué)工作提出了新的挑戰(zhàn)。一方面,當前從事非計算機專業(yè)的大學(xué)計算機基礎(chǔ)的教師需要不斷鉆研新興的計算機知識和技術(shù),不斷更新自身的知識儲備。教師們可以通過積極參加學(xué)術(shù)會議,追蹤前沿熱點期刊,開展學(xué)術(shù)報告等方式,保持自身計算機知識儲備的先進性。另一方面,也需要教師針對不同學(xué)科特點研究應(yīng)用案例,學(xué)習(xí)所授專業(yè)的部分專業(yè)知識,引導(dǎo)學(xué)生使用計算機專業(yè)的相關(guān)方法,解決本學(xué)科的科學(xué)問題。這就需要教師們積極與所授專業(yè)的教師開展討論,通過交叉聽課等方式,學(xué)習(xí)計算機在所授專業(yè)的應(yīng)用范圍及典型案例。

三、結(jié) 語

當前,不同專業(yè)間的學(xué)科交叉融合趨勢愈發(fā)明顯,非計算機專業(yè)學(xué)生使用計算機專業(yè)的科學(xué)方法解決其自身專業(yè)科學(xué)問題的需求也日益增強。這為當下非計算機專業(yè)的計算機教育帶來了新的挑戰(zhàn)。因此,教師需要保持自身知識的先進性,主動使用多媒體資源,豐富課程內(nèi)容及教學(xué)案例,通過競賽和大作業(yè)等方式,提升學(xué)生對計算機的學(xué)習(xí)熱情,不斷提高其使用計算機科學(xué)方法解決本專業(yè)科學(xué)問題的能力。

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