新工科背景下的计算机导论课程教学改革研究

彭义春 金宝慧 喻学才

摘要：计算机导论作为计算机专业学生的第一门学科基础课程，它在整个专业培养计划中占有举足轻重的地位。首先，对计算机导论课程在教学中的现状和存在的问题进行了分析;然后，基于新工科教育理念，提出了依托计算机学科知识体系，以培养学生的计算思维和学习兴趣为导向，从课程内容、师资建设、教学方法和手段等四方面进行改革的方案;经过五届学生的课程教学实践表明，这些改革措施有助于激发学生的学习兴趣和创新思维的培养，为后续的专业学习打下良好的基础。

关键词：新工科;计算机导论;学科知识体系;计算思维;教学改革

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）30-0208-03

Research on the Teaching Reform of the Introduction to Computer under the Background of New Engineering

PENG Yi-chun1，JIN Bao-hui2 ，YU Xue-cai1

（1. School of Computer Science and Engineering， Yulin Normal University， Yulin 537000， China; 2. School of Fine Arts and Design， Yulin Normal University， Yulin 537000， China）

Abstract：As the first basic course for computer students， Introduction to Computer occupies a pivotal position in the entire professional training plan. Firstly， the present situation and existing problems of computer introduction course in teaching are analyzed， based on the concept of new engineering education. Then， puts forward a reform scheme based on the concept of new engineering education， which relying on the knowledge system of computer science and aiming at cultivating students’ computational thinking and learning interest， from four aspects of curriculum content， teacher construction， teaching methods and means; The course teaching practice of five-term students shows that these reform measures can help stimulate students' interest in learning and cultivate innovative thinking， and lay a good foundation for subsequent professional learning.

Key words：new engineering; introduction to computer; subject knowledge system; computational thinking; teaching reform

1 引言

計算机导论是计算机学科相关专业第一门专业基础课程。在ACM/IEEE-CS、CCC2002/CC2005和高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范（试行）等国内外相关文献中将其列为核心课程。该课程的教学目标是：让学生了解计算机的发展简史，掌握计算机科学与技术的基础知识，熟练使用常用软件，了解计算机技术的最新进展，科学、系统地认知计算机学科内容和知识体系，为后续的专业学习奠定基础[1]。计算机导论在基本知识、问题求解方法、计算思维、创新意识、职业规划等方面的起引导作用[2-3];同时，在培养学生的综合素质和能力以及激发学生学习兴趣、主动性和积极性等方面也至关重要。

新工科要求学生具有复杂工程问题解决能力。要求计算机导论课程教学要坚持问题导向的教学模式，培养学生通过计算机分析问题、解决问题的能力，即抽象、建模、实现。新工科要求学生具有学科交叉融合能力。学科融合就是计算思维给多学科问题求解所带来的一种思想、策略、方式和手段上的变化[4]。

计算机导论的主要的教学目标之一就是培养计算思维，计算思维通常表现为人们在问题求解时对计算、算法、数据及其组织、程序、实现等概念的潜意识的应用[5]。

综上可看出，计算机导论的教学目标与新工科的人才培养目标不谋而合，新工科的课程教学需要从思想、方法、策略的高度培养学生求解问题的能力和方法，所以，计算机导论课程教学必须从教学内容、教学方法与手段各个方面进行改革。提出了以下教学改革措施：依托学科知识体系，以培养学生的计算思维和学习兴趣为导向，将计算机学科的基本思想、原理、方法贯穿于整个教学过程，并采用理论、实践、思考相结合的教学方法和多样性的教学手段进行教学。实践表明，以上措施的应用极大提高了课程的教学质量，也促进了课程建设。

2 计算机导论课程教学中存在的问题

2.1 教学内容过于简单

一些学学校轻视本课程的地位和作用，认为计算机导论与非计算机专业的大学计算机基础课差不多，随意安排一位老师甚至是非计算机专业的老师担任，主要讲授计算机软硬件基础、Windows、Office、IE等软件操作即可。教学内容过于简单，从而导致学生对计算机学科知识体系认识不清，也无法更好地培养学生的计算思维。

2.2 重点不突出、泛而乱

计算机导论涉及知识面广、内容太多，既讲硬件基础，也讲算法和数据结构;既讲计算机网络知识，又讲数据库技术;既讲软件工程，又讲信息安全。从而使学生刚对某一门技术有点兴趣，一下子又转到其他技术上去了，抓不到重点。学生不知道怎么学，要学什么？学生学完后感觉不到这门课程的意义，没有起到为后续课程打基础的作用。

2.3 教学方法陈旧，无法激发学生学习计算机的兴趣

教师在教授过程中只注重知识的讲授，对于学生计算思维、创新思维和应用能力的培养不够重视。课程涉及到的计算机相关的名词、术语、知识范围大而广且交叉联系，教师还是沿袭PPT的满堂灌的传统教学方法，学生只能被动地接受，课堂气氛沉闷，学生没有激情，学起来枯燥无味、理解困难，教学效果不理想，最终无法激发学生学习计算机的兴趣。

所以，为了提高教学质量，真正实现课程的教学目标，我们必须从以下两方面去改革：一方面，为了实现课程“导”的目标，必须以计算机学科知识体系为框架去构建课程内容;另一方面，为了激发学生的学习兴趣，要注重教学方法和手段的改革。

3 基于学科知识体系构建课程教学内容

3.1 当前国内计算机学科知识体系现状

当前，国内计算机学科的课程体系还在沿用CCC2002和CC2005（Computing Curricula 2005）。CC2005包括15个基本的知识领域：计算机导论、程序设计基础、离散结构、算法与数据结构、计算机组成基础、计算机体系结构、操作系统、数据库系统原理、编译原理、软件工程、计算机图形学、计算机网络、人工智能、数字逻辑和社会与职业道德，其中计算机导论排在最前，这体现了计算机导论这门课的重要性和引导性。

3.2 计算机导论课程内容的设置

“计算机科学”是设计和应用计算机的理论、技术和工程的总括。“导论”是指用较为简洁的语言来论述这一学科的基本和整体的思想，从而使学习者对该学科有较为正确和系统的把握。计算机导论课程应依托计算机学科知识体系，以培养学生计算思维能力为导向，力求将相互联系的知识系统地向学生传授，让学生从总体上了解计算机学科的基本知识和技术，了解计算机专业相关领域能解决的实际问题，帮助学生构建一个初步的计算机学科知识体系，为进一步深入学习专业知识，提高综合素质和能力奠定良好的基础，尽可能地培养学生的计算思维和激发学生学习计算机的兴趣。

为此，课程讲授的内容包括了計算机发展简史、计算机专业知识体系、计算机基础知识、操作系统与网络、程序设计、软件开发、数据库技术、计算机系统安全、职业道德和计算机学科方法论等。为了培养学生的计算思维，我们在制订该课程的教学大纲时，在绪论中，包括了计算机学科的基本概念、基本问题、计算机专业术语以及计算机学科的知识体系和核心课程介绍等;计算机学科的核心内容方面包括了软硬件、算法与数据结构、程序设计、软件工程、计算机中的信息存储和表示、计算机网络等;科学方法部分包括计算机学科的数学方法、数学的基本特征、数学方法的作用、计算机学科中的系统科学方法、结构化方法、面向对象的方法等内容。另外，为了激发学生的学习兴趣，我们补充了当前计算机领域常见的英文简称、计算机购买DIY实践、Windows和Office软件的使用;

同时，由于计算机技术日新月异，去年讲授的内容今年可能已有新的内容代替了，必须把新的计算机技术和产品的最新发展补充进来，可能的迅速发展，例如讲述计算机硬件内容时一年后要做较大更新，还引入了计算机最新技术（云计算、大数据、物联网、人工智能）等内容，让学生在了解计算机相关领域新技术、新发展的同时，对计算机专业产生了浓厚的兴趣。

特别地，为深入贯彻党的十九大和全国高校思想政治工作会议精神，落实立德树人根本任务，促进思政教育和专业教育的有效融合，本课程可以在诸如计算机发展史、计算机基础知识、计算机网络、新技术、计算机安全、职业道德等多处知识点融入课程思政的内容，积极引导学生重视专业和科学思维的培养，让学生认识到计算机行业的发展是国家智慧智能建设的重要部分，引导学生心怀时代使命感和肩负强国责任感。

4 基于兴趣培养的教学改革的研究

4.1 加强师资队伍建设

计算机导论作为计算机学科的专业基础课程，是一门不好教的课程，要教好就更难。首先，要求教师具备广泛的计算机学科知识并达到“精通”的水平，要求教师研究方向不能太固定，要求教师对学科知识体系、最新技术和发展动态有较全面的了解，从而从宏观上把握教学内容;其次，最好具有多年的教学经验，要求教师能够融会贯通地对所涉及的计算机学科知识进行讲解，并能够及时了解和更新计算机学科的科研动态，了解目前的重大科研成果，并且知道如何以生动活泼的方式来引导学生。

在本课程的具体实践中，我们特安排多名本科所学专业为计算机毕业的但研究方向不同的具有博士、硕士学位或副教授以上专业技术职称且最好具有一定的企业经验和丰富的教学经验的教师共同完成教学任务，以保证任课教师对学科知识体系具有宏观把控的能力;同时采用一对一、传帮带的模式培养后备老师。另外，我们也会邀请企业的一线工程师以自己所参与的实际软件项目为例，让学生了解软件项目的开发过程;授课形式可以多样化，可通过学术报告的形式学习关于计算机前沿研究领域的内容。

实践表明，安排具有较强的实践能力和丰富的教学经验的教师任课，采用多形式的授课方式，不仅完成了知识的传授，培养了学生良好的计算思维，更能激发学生学习的兴趣。

4.2 教学方法的改革

因本课程内容广、知识点多，内容抽象，学生的水平层次不齐，学习兴趣、积极性差异较大，因此，如果还是以传统的教学方法去讲授这门课，学生就很难理解该课程的学习意义，学习积极性不高，会失去对该课程甚至计算机专业的学习兴趣，进而影响教学效果。为此，我们采用了针对不同的教学内容采用不同的教学方法的多样化教学模式，包括：案例教学法、任务驱动式教学、项目教学法、层次教学法等教学模式。

在讲述Office操作时，采用案例教学法，以每个学生必定要用到的毕业论文、个人简历为具体案例讲述Word;以学生成绩的输入、统计、排名和制图讲述Excel的数据操作和函数的使用;以个人简历、我的家乡讲述如何使用PowerPoint制作演示文稿。

在讲述数据库系统原理、数据结构、软件开发等内容时，结合以前学生做的毕业设计来讲述这些技术用在何处，让学生了解这些课程的作用，同时要求学生能用Access实现一个简单的学生成绩查询系统，激发学生学习这些课程的欲望和兴趣。

在讲述程序设计语言时，以一个简单的1+2+3+…+100的例子分别展示如何用C语言和Java语言来实现，让学生感受到计算机编程语言的魅力以及语言间的相似性，让学生知道如果掌握好了一门语言，对学习和使用其他语言很有帮助。

4.3 教学手段的改革

如果还沿用传统的填鸭式教学方法，教师讲、学生听，学生会觉得枯燥无味，最终将失去学习兴趣，为此我们对教学手段进行了改革，要以学生的“学”为主，培养学生独立思考能力和研究性学习的习惯，我们采用线上线下混合教学法，学生线上通过MOOC或精品资源共享网站资源预习和课后练习、阅读IT资讯，线下完成课堂教学、课堂互动、小组合作讨论、上机练习、IT行业调查、教学实践基地实地参观考察等多种方式，理论联系实践，课内结合课外，以此来培养学生的自主学习能力和创新思维[6]。

例如，介绍性的课程可采用讨论或学生自己调查计算机发展对社会的影响以及专业实践的重要性的形式进行;为了让学生收集和掌握计算机专业术语英文缩写，老师给出当前常见的计算机术语简称，让学生自己上网查阅资料列出每个简称的英文全称、中文含义以及相关解释，掌握这些缩写的准确含义，既可以对全面、正确地理解原文具有十分重要的意义，同时，学生在以后的学习和生活中，认识遇到的英文简称，能听懂且会用英文简称与人交流计算机的相关话题，更愿意积极、主动地学习相关概念和术语，这样也可使学生能在学习中获得成就感和自豪感，进入良性循环[7]。

此外，在讲述计算机硬件知识时，可布置DIY计算机和笔记本购买的任务，要求学生可利用课余时间去逛逛电脑城，了解当前市场上比较常见的主板、CPU、内存、硬盘等计算机配件产品，了解当前笔记本电脑的市场行情、具体的型号和详细参数等，要求提交组装电脑的报价单和笔记本电脑的配置表并鼓励学生在课堂上上台讲述这些配件和笔记本电脑的參数;在讲述软件工程这一知识点时，我们结合“认知实习”这门课的教学，安排学生到教学实践基地去实地参观考察，了解软件开发过程，认识软件工程的意义。

总的来说，上课要有趣味，不要“教死书”，要旁征博引、多互动，活跃气氛。我们会准备很多有趣又重要的问题来问学生，学生可以上台讲述、演示他的实践结果和发表个人对某一知识点或技术的看法，效果很好。同时，因本课程要求学生掌握的理论知识较多，我们还安排了一些随堂小测试，这些随堂测试可以达到点名的目的，也可以督促他们养成课前预习、上课做笔记、课后复习的好习惯。

5 结语

计算机导论是计算机专业学生接触的第一门专业基础课，目前，课程内容、教师配备和教学模式等方面存在不足。基于新工科教育理念，提出了依托学科知识体系，以培养学生的计算思维和学习兴趣为导向，从课程内容、师资建设、教学方法和手段等四方面进行了改革研究，并从2015级开始至今已有五届近千名学生中进行了实践，实践表明，学生的学生兴趣明显增强，创新思维也得到了较大提升，思考问题主动积极，从被动学习变成了主动学习，本课程在后续的课程中的作用也越来越明显，达到了教学改革的目标，教学效果较好。然而，在取得了一定进步的同时，因学生、环境等多方面客观条件的影响和限制，有关改课程的探索和改革任重而道远。

参考文献：

[1] 薛均晓，任两品，李庆宾.软件技术专业计算机导论课程的教学研究与实践[J]. 牡丹江教育学院学报， 2011（5）：110-111.

[2] 袁方，王兵，李继民，等.改革教学方法，发挥计算机导论的“五导”作用[J].计算机教育.2011（01）：95-97

[3] 白二净，林德丽.基于“五导”的《计算机导论》课程教学内容与教学方法的研究[J].电脑知识与技术，2019，15（31）：152-153.

[4] 罗琼.依托学科课程体系的《计算机导论》课程改革[J]. 科技视界，2016（03）：172-173.

[5]叶杨， 朱思斯， 王继鹏. 独立学院计算机导论改革初探[J]. 电脑知识与技术， 2019， 15（1）：171-172.

[6]尚蕾.基于计算思维培养的《计算机导论》课程混合式教学改革与实践[J].电脑知识与技术，2019，15（8）：63-64，70.

[7] 常瑞，蒋烈辉，何红旗，等.谈计算机专业实践教学中计算思维能力的培养[J].计算机工程与科学.2014（2）：88-91.

【通联编辑：王力】

收稿日期：2021-04-09

基金项目：广西高等教育本科教学改革工程项目（2019JGB314）、玉林师范学院一般教学改革资助项目（2020XJJGYB08）收稿日期：2021-4-7

作者简介：彭义春（1974-），男，江西永新人，副教授，博士，主要从事计算应用技术、人工智能、RS与GIS、高校计算机教育教学改革方面的研究。