基于工程教育专业认证的计算机专业导论课程教学改革与实践

张晓明，魏战红

（北京石油化工学院 信息工程学院，北京 102617）

0 引言

计算机专业导论是计算机专业第一学期的专业基础课，必修类型。作为专业导论课，该课不同于大学计算机基础课程，也不同于学科前沿讲座，更不是专业核心课程的简版介绍。在引兴趣、打基础和问方向等方面，人们赋予了该课程许多期待，使得该课程的定位比较难以把握，教学内容差异大。为此，人们在课程教学中提出了许多思路，也设计了许多不同的目标。文献[1]针对MOOC平台上大学计算机基础相关课程做了分析，特别是比较了11门课程的5个方面内容，包括基本情况、开课情况、参考资料、授课大纲和考核方式。在教学大纲方面，这7门课程主要包含计算机和计算思维、数制和信息编码、计算机系统组成、操作系统、算法和程序设计、数据库、计算机网络等模块。在考核方式上，约73% 的课程采用多元化的考核评价体系，成绩由单元测验、单元作业、考试、课堂讨论等构成，而其中的计算机专业导论MOOC课程[2]的定位较高，其教学内容包括了10讲，分别是①计算机、计算与计算思维；②符号化、计算化与自动化；③冯·诺依曼计算机；④现代计算机；⑤由机器语言到高级语言；⑥程序与递归：组合—抽象—重复—构造；⑦算法—程序与计算系统之灵魂；⑧难解性问题求解——遗传算法示例；⑨计算机科学与技术学科；⑩计算机科学与技术专业。同时，选择Python语言，给出了3次实践编程内容。文献[3]针对计算机大类招生、分流培养的背景，提出了计算机双导论课的改革思路，建立了计算机大类导论课和基于C的单片机系统应用特色专业导论课，其基于Arduino开发套件的学习兴趣导向做法值得借鉴。文献[4]针对当前导论课程的教学困难，提出采用以虚拟实验方法辅助“教”和“学”的课程改革方案，学生能够选修11个虚拟实验进行自我训练。文献[5]将课程分为课堂教学和实践教学两个部分，各占 32 个学时。课堂教学分为计算机基础、学科知识及课程体系、学科典型问题、学科方法论、社会和职业道德5个模块，实践教学则以计算机基础操作为主，主要分为 Windows 操作系统的使用、办公自动化套装软件的使用、电子邮件软件的设置和使用及在国际互联网（Internet）上浏览查找信息的操作、常用应用软件的使用4个模块。每个模块分为必做项目和提高项目，以针对不同基础的学生开展实验教学活动。可见其课堂教学内容清晰丰富，但实践教学偏操作型实验，缺乏设计能力的训练。

1 课程规划设计

按照2018版培养方案的总学时要求，计算机专业导论课程一共只有32学时，占2学分，其中授课20、实验12学时。本课程在学科领域、核心课程体系、能力素质要求、技术发展等方面都需要给新生铺垫，既有理论教学，也有实践教学和企业认识实习。

1.1 课程目标设计

基于调研分析和学生毕业要求，设计以下能力作为课程目标。

（1）通过计算机专业领域知识学习，培养专业兴趣，具有互联网环境下计算机系统的综合认知能力。

（2）通过学习计算机技术标准规范以及实践训练，能够具有良好的计算机职业素养，并增强计算机系统保护和信息安全防范意识。

（3）通过课堂学习和企业认识实习，能够追踪计算机领域发展动态和行业需求，并不断适应发展需要，增强自我学习能力。

同时，本课程所承载的毕业要求指标点分布在1.5、8.3、12.2这3方面，其与课程目标的关系见表1。

表1 毕业要求指标点和课程目标的对照表

导论课程以课堂讲授、实验、企业认识实习和课外作业等教学方式，采用多媒体手段辅助教学，并辅以课堂问答和练习、小组发言等互动模式。

此外，本课程另有附加8学时，组织学生去往中关村软件园开展企业认识实习。以我校为例，基于我校与中关村软件园共同建立的国家级工程实践教育中心，为了培养大一新生的职业体验感和专业兴趣，经过校企双方形成的长期合作协议，我们每年都在导论课后期组织全体计算机专业大一学生，到软件园开展认识实习，通过观摩软件园前沿技术、参观园区企业、聆听主题讲座和撰写认识实习报告等活动，以响应课程目标3的要求。

1.2 课程教学内容设计

计算机专业导论课程的教学内容设计是个难点，在符合课程目标的前提下，一定要考虑学生的成果获得感和专业兴趣点。如何设计这些教学内容，并采用合适的教学方式，使所有学生通过一定的努力都能够达到毕业要求。

在本课程所分配的3个毕业要求指标点中，重点难点之一是“8.3 具有良好的计算机工程职业素养”。按中国知网，职业素养定义为：“职业素养是指职业内在的规范和要求，是在职业过程中表现出来的综合品质，包含职业道德、职业技能、职业行为、职业作风和职业意识等方面。”很多企业界人士认为，职业素养至少包含2个重要因素：敬业精神及合作的态度。计算机工程职业素养需要落实到计算机工程领域的知识、能力和素质方面，通过课堂教学、课外作业和实验等多方面，让学生们耳濡目染。

进一步，针对指标点“12.2 能够追踪计算机领域发展动态和行业需求，有不断学习和适应发展的能力”进行分析。其内容包括2个方面：一是“能够追踪计算机领域发展动态和行业需求”，二是“有不断学习和适应发展的能力”，需要落实到具体教学环节中。

（1）在课堂教学中，通过学科专业来介绍课程体系、数据库技术、多媒体技术、最新计算机技术等。数据库技术将涵盖关系型和非结构化数据库内容，多媒体技术将覆盖音视频技术应用设计和虚拟现实技术的了解。

（2）通过布置网络MOOC课程作业，让学生学习现代计算机系统、大数据技术、非结构化数据库、人工智能技术等最新内容。此外，通过企业实习，让学生亲自接触企业环境、观摩软件园企业的最新产品，在职业发展和专业学习上形成明确的目标和真实的动力。

最后是网络应用技术，面对广泛应用的微信等社交媒体软件，作为导论课程，就应该及早地为学生普及网络知识，并通过学生自身的网络应用和网页设计训练，去更好地应用网络环境，从而响应毕业要求指标点1.5的要求。

课堂教学内容见表2。

表2 计算机专业导论课教学内容设计

1.3 实验项目设计

实验项目的设计既要满足课程目标要求，激发学生的设计兴趣，又要具有先导性，为后续课程服务。面对3个毕业要求指标点目标，可以设计3个实验项目：个人网页设计、计算机应用系统模型设计和多媒体制作，分别对应指标点1.5、8.3和12.2，都是4学时的设计性实验。除基本的4学时外，实验项目2和3都需要学生在课外继续完成。

具体实验顺序、工具软件和主要实验内容安排如图1所示。

1）计算机应用系统模型设计。

图1 计算机专业导论课程的实验项目方案

对于计算机专业而言，绘制流程图、功能框图和网络结构图等模型是基本功，在后续许多涉及算法设计、程序设计和网络应用的课程中，都需要学生能够熟练计算机建模。此外，许多程序设计和软件类课程，都离不开界面需求分析和设计。因此，在导论课程中培养学生的应用建模能力，形成基本的职业技能素养就显得非常必要。

2）多媒体制作。

该实验容易引发学生的设计兴趣，并通过更新工具软件锻炼学生的自行设计能力。实验要求学生制作自己的音频、视频、图像等多媒体素材，最终形成不超过30秒的个人视频介绍文件，且要有背景音乐，从而形成音频录制和处理、图像编辑处理和视频制作的能力。鼓励学生不断使用最新技术和合理的展现方式，去制作自己的多媒体宣传作品。

3）个人网页设计。

本实验以学生个人信息为背景，通过网页设计，展现学生个人信息、爱好特长和家乡风貌等内容，培养学生的网络应用和交流能力；同时，通过挖掘个人信息和家乡特色，懂得热爱家乡，完善自我。

1.4 学生学习效果评价

为了实现课程目标，设计“3个作业、3个实验、1个测验、1个实习”的考核方式，简称“3311”。具体教学环节与毕业要求指标点的对应关系见表3。

表3 计算机专业导论课程与毕业要求的关系

（1）课外作业。课外作业的主题比较丰富，供学生选择，比如计算机系统、大数据技术、非结构化数据库、网络技术等。通过网络环境，包括购建的私有云大数据实验教学系统，以及阿里云、高校邦和慕课平台，学生自行在课外学习所选定的课程并提交学习报告。

（2）课堂测验。教师通过蓝墨云网络平台，提前设置好题库，以客观题为主。在课堂上稍作安排好座位，就可以组织学生随堂测试，通过手机限时答题。学生通过手机得到的考题顺序是随机的，且题量比较大，所以学生只能自行作答。一旦测试时间完成，教师能够立即获得测验结果及其成绩分布情况，并及时反馈问题所在。

（3）实验考核。在建模实验中，最吸引学生的是界面设计，采用墨刀工具软件，能够高效率地进行各种软件界面设计。

在多媒体制作实验中，音频录制和处理模块对绝大多数新生来说是陌生的。从实验效果看，学生们通过Audition工具进行录音和裁剪等处理，表现出极大的兴趣。在个人网页设计方面，要求学生至少设计 5 个页面。由于网页的布局和多媒体链接等影响因素较多，所以该实验需要综合考核学生网页的设计思路、展示特点和浏览效果。在实验中，教师应通过示例设计和网页模板引入等方式，帮助学生尽快形成整体设计效果。

（4）认识实习。作为本课程的考核环节之一，每年通过校企合作方式，我们统一组织全体计算机专业的大一新生，前往中关村软件园开展企业认识实习。经过周密安排，会组织学生分别参观软件园展厅、大学生创业园和园区企业，感受IT先进技术和企业群氛围。随后，全体聆听讲座，师生互动。实习内容丰富，生动活泼，引人入胜，得到大家的一致好评。在随后的认识实习报告中，学生们能够很好地表达出真实感受，并对专业的认识和行业发展有更加清晰的了解。这种认识和思想转变的效果，的确在企业现场会比在学校教室好得多。

2 结语

我校计算机科学与技术专业定位是高素质应用型人才培养，2018年通过了教育部工程教育专业认证。几年来针对计算机专业导论课程做了比较全面的改革和实践。从课程目标上，没有照搬国外大学的学术型教学内容，而是以学生学习成果为导向，在教学内容、教学方式、评价方式等方面不断改进，建立了理论与实践相结合、学校和企业相结合的综合教学机制。基于专业认证标准进行计算机专业导论课程改革，紧紧围绕着OBE理念，为学生提供了3方面能力指标的综合教学实践。按照4种评价类型和“3311”教学方式，有力地支撑了所分配指标的实现，教学模式已趋于成熟。课程达成度计算结果达到了0.80，为不断持续改进提供了可靠的保证。