大學計算機特色課程研究

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1加強計算機基礎理論教育

由于傳統(tǒng)的大學計算機基礎課程是從計算機文化基礎進化而來，所以教學內容的主體實際上是計算機應用技能的訓練。而新教材的特點則突出了計算機科學的部分基礎理論，表現(xiàn)為如下內容。

1）“計算思維”等重要概念的引進。2006年，時任卡內基•梅隆大學計算機系主任的周以真教授提出了“計算思維”的概念[3]，她認為計算中包含的思想方法，比如遞歸、回溯、抽象和分解、啟發(fā)式推理等，具有普適性，可以在多個學科中應用，在日常生活中也很常見，并把這些思想方法通稱為“計算思維”（ComputationalThinking）。2011年高等教育出版社出版的《大學計算機基礎》（第2版），首次比較系統(tǒng)地討論了計算思維對非專業(yè)計算機教學的意義和內涵，以及計算思維應用技能的養(yǎng)成方法[4]。

2）“圖靈機”等計算機科學基礎理論思想的引入。在以往的非專業(yè)大學計算機基礎課程中，涉及計算機基礎概念的理論，主要是二進制和馮•諾依曼計算機。2009年高等教育出版社出版的《大學計算機》、2011年電子工業(yè)出版社出版的《大學計算機基礎》和《計算機科學基礎》都開始引入圖靈機、圖靈機思想和模型，這對非專業(yè)學生了解計算機科學的起源和形成具有重要意義。

3）問題求解的基本過程。在以往的大學計算機基礎課程中，程序設計是教學內容的組成部分。但由于課時不足而內容廣泛，因此教學效果很差。在本輪新的課程內容改革中，不僅程序設計的內容得到了極大的重視和加強，而且普遍引入了問題求解過程[5]42-78[6]88-93、算法及計算復雜度分析[5]120-132[7]97-113、數(shù)據(jù)結構[6]148-175有關的章節(jié)和內容。這些內容強化了利用計算機解決問題的教學要求，對發(fā)展工程類學科學生的計算機應用能力具有重要意義。

4）信息的表達與處理。在以往的大學計算機基礎教材中，信息的表達與處理方面的內容有比較大的局限性，往往無法解決學生在信息社會中遇到的具體問題。例如，漢字機內碼的問題，大部分教材停留在GB2312上，而自從十余年前Windows2000問世，PC中常用的機內碼早已是Unicode，而Unicode的規(guī)范和不同主機系統(tǒng)上的實現(xiàn)至少有3種常用形式，并導致應用問題。這個問題在最近出版的一些教材[8]12-19中得到了比較全面的說明。

5）計算機體系結構方面的內容。在最近出版的大學計算機基礎教材中，計算機系統(tǒng)結構方面的內容也得到充實。例如，除了介紹傳統(tǒng)的馮•諾依曼計算機體系結構外，也介紹哈佛結構[6]86-87。除了介紹一般的二進制數(shù)值計算外，還介紹機器碼[6]41-44、邏輯運算、門電路和邏輯設計基礎[7]31-37。除了介紹目前流行的主流計算機結構外，還介紹基于圖形處理器的并行計算硬件結構和基于企業(yè)級應用的多機系統(tǒng)[8]252-259等。這些內容為提升工科類專業(yè)學生的計算機應用能力打下較深厚的基礎。這些理論內容的加入，從根本上改變了計算機基礎課程的基本內容，為大學計算機基礎課程的改革開辟了新路。

2實踐內容上的深入和進化

在課程內容改革的同時，最為重要的是將改革后的內容轉化為學生的應用能力，而能力是不能僅通過書面考試實現(xiàn)的。一些新版教材在實驗教學的改革方面表現(xiàn)出如下特點。

1）程序設計內容的加大與深入。引入程序設計內容的大學計算機基礎教材，目前主要限于面向工科的重點院校，如戰(zhàn)德臣、孫大烈編著的《大學計算機》，對程序設計、算法求解和計算復雜度的內容進行整合，從而避免了以往程序設計內容偏重程序本身的語法，而忽略了利用程序介紹算法求解的教學目的[5]123,125,127。吳寧等編著的《大學計算機基礎》，則是選擇了新型程序語言的教學平臺，利用平臺優(yōu)勢引入數(shù)據(jù)結構等以往高年級課程中的內容，并利用程序設計向大學新生做問題求解的教學[6]88-93，頗有新意。

2）應用型問題的教學與實驗。在新近出版的大學計算機基礎課程教材中，有一個傾向值得關注，那就是把實踐性內容與理論教學內容進行緊密耦合。例如，在戰(zhàn)德臣、孫大烈編著的《大學計算機》中，將以往教材的“辦公自動化軟件的應用”進化成為“科技文章的電子化制作與編排”，十分契合科技類專業(yè)學生的學習和實踐需求[5]151-153。另外，在面向普通高校一般性專業(yè)和應用型人才培養(yǎng)中，電子工業(yè)出版社出版的《計算機應用技術基礎》也在計算機基礎實驗方面作了嘗試。例如，在“計算機硬件”一章中，引入CPU工況測試；在“多媒體技術”一章，引入矢量圖繪制、位圖到矢量圖的轉換等新型計算機基礎實驗內容[8]53-59,184-185。

3）加速平臺的進化和替代。由于諸多因素的影響，不可忽略的一個事實是大學計算機基礎教學環(huán)境的更新?lián)Q代普遍落后，這不僅影響教學效果和學生培養(yǎng)質量，也使得學生因為沒有機會接觸新的技術平臺，開始就業(yè)時就輸在起跑線上。在這方面，吳寧等編著的《大學計算機基礎》帶了一個好頭。在程序設計平臺的選擇上，直接采用VB2008，使學生有機會直接接觸新型的程序設計和應用平臺，并利用平臺優(yōu)勢，實現(xiàn)以往大學計算機基礎教學難以實現(xiàn)的教學任務[6]137-141。中國人民大學出版社出版的《計算機應用基礎2011》一書，將計算機基礎實驗的平臺整體做了升級，以便應用型專業(yè)的學生可以在最新的應用平臺上進行學習和實驗[9]。

4）突破“桌面”計算的局限。在以往的計算機基礎教學中，主要關注“桌面”應用內容的教學和實驗，在網(wǎng)絡技術廣泛普及、社會對高校學生網(wǎng)絡應用能力不斷提高的今天，以往計算機基礎教學體系結構中的內容已經難以滿足教學的要求。電子工業(yè)出版社出版的《計算機應用技術基礎》一書，在突破“桌面”計算的局限上做出了初步嘗試。在主要的章節(jié)中，該書將重要知識點的應用領域都分別列舉了“桌面”和“網(wǎng)絡”應用平臺的案例。例如，在文字信息編碼中，主要的桌面應用為UTF-16（即Unicode），而在網(wǎng)絡應用領域則為UTF-8；在多媒體技術圖像部分，在“桌面”應用上，主要為位圖中的.bmp和.tif格式，而萬維網(wǎng)中則為.jpg、.gif和.png格式等；在數(shù)據(jù)庫部分，不僅列舉傳統(tǒng)的MSAccess的“桌面”數(shù)據(jù)庫，而且引入MySQL這類網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫的應用案例[8]225-229。要將新的課程改革內容落到實處，就是通過可以實驗或實踐的內容，讓學生體會使用計算機解決問題的強大力量和樂趣。而實踐性內容又具有強烈的時效性，這一點是與計算機基礎理論大不相同的，所以實驗內容的不斷更新和深入，是保持大學計算機基礎課程生命力的重要手段。

3存在的問題與矛盾

在教學內容改革中，不可避免會有問題與矛盾，這些問題和矛盾可能包括如下內容。1）理論內容與實驗的銜接問題。教學改革過程中，許多非專業(yè)的計算機基礎課內容往往從計算機專業(yè)的教科書引入，而專業(yè)類計算機教材或課程教學在許多情形下是教學與實驗分離的，這對設計非專業(yè)計算機基礎課程的實驗提出了新的要求。如果沒有適當?shù)暮罄m(xù)課程或實驗進行驗證、練習和應用，改革后的新教學內容十分容易被遺忘，無法真正形成學生的通識基礎。2）教學內容與課時限制的矛盾。由于目前大學中普遍進行的課時和學分壓縮，導致非專業(yè)計算機基礎課程的學時緊縮。往往新設計的課程內容框架沒有足夠的時間展開，也就難以達到教學設計期望達到的效果。3）教學要求、課程改革與規(guī)章制度的矛盾。從目前改革的趨勢可以看出，要求學生具備足夠的計算機基礎能力（尤其是在加入了程序設計和問題求解內容后），肯定離不開大量的計算機實踐。而不少學校對大學新生擁有計算機設備有限制措施，如果學校沒有足夠的實驗室資源供給，顯然學生在課內所進行的實驗并不足以完成課程所需的技能訓練。因此，也就難以達到教學所設計的目標。以上問題和矛盾，需要教師和學生投入足夠的努力加以解決。例如，筆者在教學實踐中曾經采用一些措施，來緩解以上矛盾。1）針對新近引入的內容，廣泛收集相關信息和實驗模型，供學生參考。2）展開問題討論式的教學，將課程內容分配給學生預習，針對問題集中的知識點深入講解，避免在課堂上照本宣科的講述，以保證教學重點的落實。3）要求學生在課外預先編寫程序，而在上機時間集中輸入調試，以保證上機時間的使用效率。

4結論

今天的大學計算機基礎教育是大學新生在中學已經形成的計算機應用能力的基礎上進行的。充分利用已經形成的基礎，再搭建新的知識體系，為學生進入明天的信息社會作好準備，是高校計算機基礎教學的重要使命。中小學信息教育的進步，也向高校的計算機基礎教育提出挑戰(zhàn)，而高校的計算機基礎課程改革，并不是將計算機專業(yè)課程的某些概念和方法直接引入并淘汰部分已經過時的內容那么簡單。對于各個高校來說，在改革過程中必須研究各自學生的發(fā)展方向、計算機和信息技術的發(fā)展現(xiàn)狀、社會需求等方面的內容，并統(tǒng)籌進行考慮，最終使改革適應本校的具體情況，達到預期效果。