依托學(xué)科課程體系的《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》課程改革

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1、依托學(xué)科課程體系的?計(jì)算機(jī)導(dǎo)論?課程改革 依托學(xué)科課程體系的?計(jì)算機(jī)導(dǎo)論?課程改革 【摘 要】“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論〞是計(jì)算機(jī)專業(yè)的引導(dǎo)性課程，論文在對(duì)課程專業(yè)知識(shí)繁雜，學(xué)生理解困難，教學(xué)效果不佳的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析的根底上，根據(jù)“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論〞的課程特點(diǎn)，結(jié)合學(xué)科體系要求，對(duì)課程的改革提出了一些方法和建議，重點(diǎn)是優(yōu)化課程內(nèi)容、打造精英團(tuán)隊(duì)、改良教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維和實(shí)踐能力并為后續(xù)課程起到實(shí)質(zhì)性的引導(dǎo)作用。 【關(guān)鍵詞】課程改革；計(jì)算思維；任務(wù)驅(qū)動(dòng) 0 引言 1989年，ACM攻關(guān)組提交了著名的“計(jì)算作為一門學(xué)科〞報(bào)告，報(bào)告認(rèn)為，“

2、計(jì)算機(jī)導(dǎo)論〞課程要培養(yǎng)學(xué)生面向科學(xué)的思維能力，是學(xué)生領(lǐng)會(huì)學(xué)科的力量，以及從事本學(xué)科工作的價(jià)值所在【1】。2001年，CC2001將計(jì)算機(jī)學(xué)科劃分為計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)工程、軟件工程、信息工程、信息技術(shù)五個(gè)分支【2】。2005年，CC2005進(jìn)一步指出，該課程的關(guān)鍵是課程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，ACM和IEEE-CS分別為這五個(gè)分支學(xué)科設(shè)計(jì)了相對(duì)獨(dú)立的課程體系，要求“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論〞課程應(yīng)該以面向計(jì)算學(xué)科的思維能力，即計(jì)算思維能力的培養(yǎng)為核心，為學(xué)生的大學(xué)課程打好根底【3】。2002年中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)教育委員會(huì)和全國(guó)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)教育研究會(huì)推出了?中國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教程2002?，說(shuō)明了計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)

3、科的教育思想，對(duì)學(xué)科的定義、學(xué)科方法論、學(xué)科知識(shí)體系和內(nèi)容、教學(xué)方案制定以及課程組織方法、畢業(yè)生應(yīng)具備的能力等方面做了系統(tǒng)全面設(shè)計(jì)，并將計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)組織成知識(shí)領(lǐng)域、知識(shí)單元和知識(shí)點(diǎn)三個(gè)層次，其中知識(shí)領(lǐng)域是知識(shí)體系結(jié)構(gòu)的最高層次，共14個(gè)領(lǐng)域，下設(shè)132個(gè)知識(shí)單元【4】。 目前，我國(guó)國(guó)內(nèi)的學(xué)科分支及課程體系一直沿用CC2005和CCC2002，“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論〞設(shè)計(jì)5個(gè)知識(shí)領(lǐng)域，涵蓋12個(gè)核心知識(shí)單元，分別是信息技術(shù)史、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言概論、軟件工具和環(huán)境、語(yǔ)言翻譯簡(jiǎn)介、人機(jī)交互根底、軟件演化、通信與網(wǎng)絡(luò)、信息技術(shù)的社會(huì)環(huán)境、職業(yè)責(zé)任和道德責(zé)任、基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)和責(zé)任

4、、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、隱私權(quán)和公民自由。 “計(jì)算機(jī)導(dǎo)論〞是一門計(jì)算機(jī)專業(yè)的引導(dǎo)性課程，開(kāi)設(shè)在學(xué)生第一學(xué)年的第一個(gè)學(xué)期。本課程教學(xué)目標(biāo)是：通過(guò)本課程學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解計(jì)算機(jī)科學(xué)的根本概念、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成、數(shù)據(jù)表示方法學(xué)和數(shù)據(jù)加工表示方法等，最終對(duì)本專業(yè)各個(gè)學(xué)科的核心內(nèi)容、各個(gè)學(xué)科的關(guān)聯(lián)有全面、概要的認(rèn)識(shí)，為后續(xù)的專業(yè)學(xué)習(xí)奠定入門的根底。同時(shí)，“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論〞該課程也是一次對(duì)學(xué)生具體而詳盡的專業(yè)思想教育，對(duì)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)具有啟蒙作用。因此，依托學(xué)科課程體系，對(duì)?計(jì)算機(jī)導(dǎo)論?課程進(jìn)行改革，優(yōu)化課程內(nèi)容、打造精英團(tuán)隊(duì)、改良教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維和實(shí)踐能力非常重要。 1 課程教學(xué)存在的問(wèn)題

5、 從計(jì)算機(jī)學(xué)科體系開(kāi)展背景、計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程大綱設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)導(dǎo)論實(shí)際教學(xué)效果等方面分析，計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程建設(shè)主要存在以下問(wèn)題。 1.1 課程意義認(rèn)識(shí)缺乏 隨著中學(xué)階段信息技術(shù)課程的普及，學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源獲取日益增多的社會(huì)環(huán)境下，一些學(xué)生和教師對(duì)“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論〞課程的地位認(rèn)識(shí)缺乏。學(xué)生將“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論〞課程與“計(jì)算機(jī)應(yīng)用根底〞課程混為一談，在教學(xué)管理過(guò)程中，學(xué)生對(duì)大量的專業(yè)名詞感覺(jué)枯燥，理解困難，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，處于被動(dòng)接受狀態(tài)，缺乏自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新意識(shí)。學(xué)生學(xué)完后感覺(jué)不到這門課程的意義，沒(méi)有起到為后續(xù)課程打根底的作用。 1.2 教師對(duì)計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程內(nèi)容理解不夠

6、，教學(xué)內(nèi)容簡(jiǎn)單化 “計(jì)算機(jī)導(dǎo)論〞課程信息量大，教師很難做到每個(gè)章節(jié)分配合理，重難點(diǎn)掌握恰當(dāng)，沒(méi)有潛移默化的培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)思維，不能很好地幫助學(xué)生系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)學(xué)科體系結(jié)構(gòu)。教師在面臨繁多的學(xué)科體系要求下，很難貫徹執(zhí)行計(jì)算機(jī)學(xué)科體系的核心思想，在教學(xué)內(nèi)容上只是對(duì)核心內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)化和壓縮，生搬硬套教學(xué)大綱，完成根本的教學(xué)要求。 1.3 教學(xué)方式陳舊 在信息化高速開(kāi)展的環(huán)境下，學(xué)生習(xí)慣了依賴網(wǎng)絡(luò)、依賴 電腦，這時(shí)，教師還采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，只是簡(jiǎn)單的將黑板的“人灌〞簡(jiǎn)單的改成了PPT的“電灌〞，學(xué)生還是被動(dòng)地接受，課堂氣氛沉悶，學(xué)生沒(méi)有激情，教學(xué)效果不理想。 2

7、課程改革的思路 2.1 依托學(xué)科課程體系，以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維為向?qū)?gòu)建課程的教學(xué)大綱 計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的根底概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)?；谟?jì)算思維的教學(xué)，是指通過(guò)建立一種適宜的體系，以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，鼓勵(lì)、引導(dǎo)和幫助學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。在課程教學(xué)是以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的“探究〞過(guò)程，在教學(xué)過(guò)程中運(yùn)用計(jì)算思維的方法獲取知識(shí)、訓(xùn)練技能、培養(yǎng)能力、開(kāi)展個(gè)性【5】。 2006年3月，美國(guó)卡內(nèi)基?梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真教授在美國(guó)計(jì)算機(jī)權(quán)威期刊Communications of t

8、he ACM雜志上給出，并定義的計(jì)算思維。周教授認(rèn)為：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的根底概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。2021年6月，ACM在網(wǎng)上公布的對(duì)CS2001進(jìn)行中期審查的報(bào)告，開(kāi)始將美國(guó)卡內(nèi)基?梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真教授倡導(dǎo)的“計(jì)算思維〞與“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論〞課程綁定在一起，并明確要求該課程講授計(jì)算思維的本質(zhì)。根據(jù)ACM和IEEE-CS的要求，“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論〞課程應(yīng)該以面向計(jì)算學(xué)科的思維能力，即計(jì)算思維能力的培養(yǎng)為核心，為學(xué)生將來(lái)的大學(xué)課程打好根底【6】。 “計(jì)算機(jī)導(dǎo)論〞在課程大綱設(shè)計(jì)中，依托學(xué)科課程體系，以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維為向?qū)?，?/p>

9、求以嚴(yán)密的方式將學(xué)生引入計(jì)算學(xué)科各個(gè)富有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域之中，為學(xué)生正確認(rèn)知計(jì)算學(xué)科提供方法，為學(xué)生今后深入學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的課程做鋪墊。下面列出“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論〞課程教學(xué)大綱。如表1所示。 如表1所述，“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論〞課程的課程大綱中包含了學(xué)科的宏大視野和學(xué)科各分支領(lǐng)域具有的共性的核心概念、數(shù)學(xué)方法、系統(tǒng)科學(xué)方法、社會(huì)與問(wèn)題，要求學(xué)生理解計(jì)算思維，認(rèn)識(shí)學(xué)科形態(tài)，培養(yǎng)專業(yè)根底素質(zhì)。課程大綱表達(dá)了在不斷地提出問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程中，加強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維進(jìn)行問(wèn)題求解能力的訓(xùn)練以及邏輯思維能力的培養(yǎng)，結(jié)合專業(yè)特色，將計(jì)算思維應(yīng)用到各個(gè)專業(yè)問(wèn)題的解決方法中去。 2.2 教學(xué)內(nèi)容模塊化，以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能

10、力為目的改變教學(xué)表現(xiàn)形式 依據(jù)3.1中構(gòu)建的課程大綱，將“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論〞的所有教學(xué)內(nèi)容分模塊以不同的課堂形式表現(xiàn)。下面列出分模塊的“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論〞教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)表現(xiàn)形式。如表2所示。 2.3 打造可持續(xù)開(kāi)展、創(chuàng)新型的教學(xué)團(tuán)隊(duì) “計(jì)算機(jī)導(dǎo)論〞需要解決的主要問(wèn)題是讓學(xué)生了解學(xué)科開(kāi)展歷史，學(xué)科最新開(kāi)展方向，職業(yè)根本行為標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)科所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，因此需要教師能夠融會(huì)貫穿的對(duì)“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論〞所設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)學(xué)科知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的講解，并能夠跟蹤學(xué)科的科研動(dòng)態(tài)，了解目前的重大科研成果，通過(guò)對(duì)前沿科學(xué)內(nèi)容的講解，開(kāi)拓學(xué)生的視野。因此，“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論〞教師團(tuán)隊(duì)的教師必須教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富，“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論〞中

11、所涉及的知識(shí)映射的單門課程需要有循環(huán)教學(xué)2-3遍的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，能夠非常清楚后續(xù)各課程之間的銜接關(guān)系，準(zhǔn)確地把握各類課程的引導(dǎo)性內(nèi)容和重要性內(nèi)容，在教學(xué)過(guò)程中潛移默化的培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。 教學(xué)團(tuán)隊(duì)由教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的教學(xué)型專業(yè)人員擔(dān)任課程負(fù)責(zé)人，以中、青年骨干教師為主體，形成由教授、副教授、講師、助教組成梯次合理的隊(duì)伍。教學(xué)團(tuán)隊(duì)中有教學(xué)效果優(yōu)秀、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的名師。 課程負(fù)責(zé)人熟悉各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)教育改革趨勢(shì)，能夠協(xié)調(diào)和凝聚團(tuán)隊(duì)成員的力量，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)成員在課程建設(shè)、教材建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段或?qū)嶒?yàn)、實(shí)踐教學(xué)等方面的教育教學(xué)改革中取得成果。 “計(jì)算機(jī)導(dǎo)論〞教

12、師團(tuán)隊(duì)的教師要求掌握各種課堂技巧，根據(jù)不同的章節(jié)內(nèi)容特色，靈活運(yùn)用各種教學(xué)方法，用通俗易懂的語(yǔ)言描述繁雜的專業(yè)內(nèi)容，調(diào)動(dòng)課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論〞的興趣，讓學(xué)生正確認(rèn)識(shí)本門課程的重要性。 教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員要求具有創(chuàng)新性思維，在間教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行專業(yè)學(xué)術(shù)探討與論爭(zhēng)、教學(xué)方法交流、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)溝通等，產(chǎn)生教學(xué)實(shí)踐改革的創(chuàng)新思考，并在教學(xué)實(shí)踐中逐漸實(shí)施，形成通過(guò)教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員的創(chuàng)新精神來(lái)促進(jìn)課程開(kāi)展和培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)教師的良性循環(huán)。 2.4 合理利用網(wǎng)絡(luò)資源，創(chuàng)造交互式課堂 根據(jù)上文所描述的模塊化的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式，在課堂教學(xué)過(guò)程中，以學(xué)生為中心，采用理論、實(shí)踐的形式組織課堂

13、教學(xué)。理論課堂以講解根本理論知識(shí)為重點(diǎn)，幫助學(xué)生運(yùn)用學(xué)科數(shù)學(xué)思想梳清整個(gè)學(xué)科脈絡(luò)，建立系統(tǒng)化的認(rèn)知模型。實(shí)踐課堂以“任務(wù)驅(qū)動(dòng)〞的形式組織教學(xué)，以團(tuán)隊(duì)小組的形式進(jìn)行考核。課堂教學(xué)方式是：①教師引導(dǎo)組長(zhǎng)運(yùn)用關(guān)注點(diǎn)的計(jì)算思維指導(dǎo)組內(nèi)的分工，將一個(gè)復(fù)雜的題目演變成一系列的子模塊；②各組員定期交流各自完成的情況，對(duì)于過(guò)程中遇到的問(wèn)題；③教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維的方法進(jìn)行抽象、分析；④通過(guò)網(wǎng)絡(luò)等各種途徑進(jìn)行自主檢索、探究、思考、討論；⑤最終形成問(wèn)題的求解思路；⑥在學(xué)生完成任務(wù)后，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的歸納和總結(jié)，并演示、講解和辯論相結(jié)合進(jìn)行總結(jié)評(píng)價(jià)，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)體系的理解。通過(guò)這種課堂組織方式，激發(fā)學(xué)生

14、的求知欲，改變學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)獲取知識(shí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。 隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，學(xué)生可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)去使用優(yōu)質(zhì)的教育資源，不再單純地依賴授課老師去教授知識(shí)。而課堂和老師的角色那么發(fā)生了變化。老師更多的責(zé)任是去理解學(xué)生的問(wèn)題和引導(dǎo)學(xué)生去運(yùn)用知識(shí)。1/3的時(shí)間課程教學(xué)中，除去需要用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證計(jì)算機(jī)學(xué)科中的一些核心概念和學(xué)科形態(tài)外，如：計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)在最新的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品中的應(yīng)用問(wèn)題，第三次數(shù)學(xué)危機(jī)，職業(yè)道德，計(jì)算機(jī)未來(lái)的形態(tài)等問(wèn)題均可以采用“任務(wù)驅(qū)動(dòng)〞的形式授課。學(xué)生需要課前根據(jù)老師布置的范圍了解和學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí)，形成小組總結(jié)性文字，老師需要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際水平和課前

15、學(xué)習(xí)效果組織課堂討論，引導(dǎo)學(xué)生計(jì)算思維的方式構(gòu)建學(xué)科脈絡(luò)，拓展學(xué)科視野。 理論教學(xué)與任務(wù)驅(qū)動(dòng)實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促進(jìn)了學(xué)對(duì)知識(shí)的理解，訓(xùn)練了學(xué)生的計(jì)算思維，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造力。 3 小結(jié) 論文通過(guò)對(duì)“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論〞課程的課程大綱梳理、教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)、教學(xué)方法改革，在當(dāng)前“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論〞教學(xué)中注入了新的思路，表達(dá)了以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的教育思想。 【參考文獻(xiàn)】 【1】Denning P J， et al. Computing as a discipline. Communications of the ACM， 1989，32[J].

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