大學計算機基礎(chǔ)課程與專業(yè)應用結(jié)合的教學研究

賴錦輝

摘要：闡述大學計算機基礎(chǔ)課程教學與專業(yè)結(jié)合教學的可能性和必要性，提出具體的研究方向和內(nèi)容，結(jié)合廣東石油化工學院的實際工作，說明這種結(jié)合教學的效果，介紹此方法為其他基礎(chǔ)課程與專業(yè)結(jié)合教學研究提供的輻射、示范作用。

關(guān)鍵詞：卓越工程師；三位一體；翻轉(zhuǎn)課堂模式；云計算輔助教學

1 專業(yè)應用結(jié)合教學的可能性與必要性

1.1 可能性

數(shù)據(jù)庫技術(shù)、專家系統(tǒng)、機器學習和模式識別、軟件工程及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等都在生物學中有廣泛的應用，因此我們強調(diào)計算機基礎(chǔ)教育應該為專業(yè)服務(wù)，若拋開專業(yè)理論，獨立地講計算機基礎(chǔ)知識，學生根本沒有體會到計算機技術(shù)帶來的輔助性效果，必然對課程產(chǎn)生“無用論”思想和抵觸情緒。掌握現(xiàn)代計算機工具是所有專業(yè)的必然要求，計算機基礎(chǔ)課程教學面向全校所有院系專業(yè)學生，如何把專業(yè)應用、專業(yè)研究方向、專業(yè)發(fā)展和未來融入到教學內(nèi)容設(shè)計過程中，是我們要把握的重點。對于學生而言，一方面他們可以體會到如何利用計算機解決專業(yè)領(lǐng)域問題，一方面又意識到計算機學科的知識和技術(shù)具有廣闊的應用舞臺，同時，也將激勵學生努力學好計算機科學技術(shù)，為今后學科領(lǐng)域的應用奠定基礎(chǔ)。

1.2 必要性

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”是貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》的重大改革項目，也是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措，旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，工程師的類型主要分為應用型、設(shè)計型和研究型三種。應用型工程師主要在現(xiàn)場從事產(chǎn)品的生產(chǎn)、營銷、服務(wù)或工程項目的施工、運行、維護；設(shè)計型工程師主要從事產(chǎn)品或工程項目的設(shè)計與開發(fā)：研究型工程師主要從事復雜產(chǎn)品或大型工程項目的研究、開發(fā)以及工程科學的研究。應用型工程師主要在本科階段培養(yǎng)，設(shè)計型工程師主要在碩士階段培養(yǎng)，研究型工程師主要在博士階段培養(yǎng)。

以應用型工程師為培養(yǎng)目標的工科院校本科畢業(yè)生應達到的知識、能力與素質(zhì)要求摘要如下：

（1）掌握扎實的專業(yè)知識，了解本專業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢；

（2）具有綜合運用本專業(yè)所學科學理論方法和技術(shù)手段分析并解決本專業(yè)工程實際問題的能力，能夠參與生產(chǎn)及運作系統(tǒng)的設(shè)計，并具有運行和維護能力；

（3）具有較強的創(chuàng)新意識和進行產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計、技術(shù)改造與創(chuàng)新的能力；

（4）具備獲取專業(yè)前沿信息和終身學習的能力

從培養(yǎng)應用型工程師角度出發(fā)，計算機基礎(chǔ)課程教學應該圍繞如何闡述專業(yè)知識、如何將計算機技術(shù)代人解決專業(yè)問題展開，不僅要培養(yǎng)學生的計算機素養(yǎng)，更應該讓學生學會將計算機技術(shù)作為一種輔助工具去解決專業(yè)領(lǐng)域問題。

工學結(jié)合是將專業(yè)學習、能力訓練與實際工作經(jīng)歷結(jié)合在一起，把學生推向市場。一般來說，用人單位并不希望花錢對新職員提供計算機技能的培訓，而是希望畢業(yè)生在校期間就能掌握所需知識，更期望求職的畢業(yè)生能較好地掌握信息技術(shù)，以便在工作中結(jié)合專業(yè)崗位有效地開展應用，提高工作效率。計算機技術(shù)因其實用性和有效性，已經(jīng)滲透到了每一個專業(yè)領(lǐng)域，為解決專業(yè)問題提供極大的幫助。掌握計算機解決專業(yè)領(lǐng)域問題的能力，必然會提高工作效率，為企業(yè)創(chuàng)造更大的效益，這是用人單位最關(guān)心的問題。

應用型人才培養(yǎng)目標的“三位一體”包括知識、技能和素質(zhì)。個人素質(zhì)是否高，在于能否具備把所學知識和技能應用到解決專業(yè)領(lǐng)域問題的能力，如果所學知識不能用于解決任何問題，學生會感覺索然無味。計算機技術(shù)在各個領(lǐng)域都發(fā)揮了極大的作用，但是，對每個專業(yè)的學生來說，作用到底體現(xiàn)在什么地方，需要教師作為一個領(lǐng)路人指引其找到突破口。

2 研究內(nèi)容

2.1 根據(jù)計算機基礎(chǔ)教育的定位，改革課程教學內(nèi)容

計算機基礎(chǔ)教育的定位是配合其他專業(yè)學科的教學。目前還沒有一種具有專業(yè)特色的計算機基礎(chǔ)課程教材。教師要想突出專業(yè)特色，對現(xiàn)行教學內(nèi)容的改革顯得尤為重要，這也是計算機基礎(chǔ)教育必須優(yōu)先解決的問題。目前，廣東石油化工學院計算機基礎(chǔ)課程體系結(jié)構(gòu)如表1所示。

以生物技術(shù)專業(yè)為例，教材的選擇應該兼顧學生的知識背景和學習興趣，盡量選擇有生物專業(yè)背景的作者撰寫的教材，其優(yōu)點在于：

（1）生物專業(yè)背景的作者能夠從他們自己的知識體系出發(fā)，闡述計算機方法和技術(shù)如何用于生物數(shù)據(jù)的處理；

（2）生物專業(yè)背景的作者了解生物專業(yè)的學生需要哪些基本的計算機知識。

在授課過程中，針對學生的特點綜合使用多本教材更能達到預期效果，但就目前我們的研究所知，符合專業(yè)需求的、可借鑒的國內(nèi)外相關(guān)教材比較少。

筆者建議先以程序設(shè)計基礎(chǔ)課程為例，以點帶面，綜合剖析人才培養(yǎng)方案，充分發(fā)揮本課程對支撐該專業(yè)學生素質(zhì)和能力培養(yǎng)的核心作用，著重于專業(yè)領(lǐng)域的計算機技術(shù)應用改革課程教學內(nèi)容。

2.2 按照為專業(yè)培養(yǎng)目標服務(wù)的理念，對教學目標的研究

目前，國內(nèi)外大學計算機基礎(chǔ)課程的發(fā)展有兩個重要趨勢，一是計算機基礎(chǔ)理論開始引入非專業(yè)的計算機基礎(chǔ)教學，二是計算機基礎(chǔ)教學開始與專業(yè)課程內(nèi)容結(jié)合。因此，對于新型的計算機基礎(chǔ)課程，我們必須重新認識、定位與設(shè)計，研究的教學目標是：

（1）讓學生學習和理解數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)。他們可能在專業(yè)課程學習中見過這些內(nèi)容，但并不能深刻理解，更沒有將它們應用于現(xiàn)實數(shù)據(jù)分析過程中。

（2）學習如何將計算技術(shù)“運用”于分析和解決那些只用分析技術(shù)很難或不可能解決的問題。

（3）學會如何“應用”計算機技術(shù)解決現(xiàn)實世界中專業(yè)領(lǐng)域問題，并將認識到專業(yè)領(lǐng)域中由于計算機的局限性所不能解決的一些突出性問題。

2.3 對課程內(nèi)容的設(shè)計和研究endprint

程序設(shè)計的目的是提供一種廣義的解決問題的技能，可以用在任何編程設(shè)計應用中。在傳統(tǒng)的程序設(shè)計教學過程中，一般按照數(shù)據(jù)類型、操作符、分支語句、循環(huán)語句、輸入輸出、模塊化、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的順序教學并舉例說明。這種過程周期較長，而且實驗課程難以安排。教學實踐表明，過多的抽象概念和理論只會在學生和教師之間豎起高墻。

此外，在講授專業(yè)應用案例中，教師應盡可能利用學生熟悉的語言進行教學，可以參考情境概念教學中所應用的不同案例：物理學專業(yè)喜歡使用力學的例子討論速度和加速度；化工專業(yè)可能討論反應速率和動態(tài)均衡。對這些例子進行分析和理解后，教師可以進行再抽象，從中提取這些現(xiàn)象所依賴的數(shù)據(jù)規(guī)律。實際上，這些從專業(yè)分支得出的案例和基礎(chǔ)知識，很容易同計算的概念結(jié)合。

2.4 對教學方法和教學模式的研究

大多數(shù)教學活動主要以教師講解為主，學生的思考很少，很多問題學生知其然卻不知其所以然，應用能力不好。為了提高教學質(zhì)量，很多教師對教學活動進行改革，提出任務(wù)驅(qū)動法、情景教學法、問題教學法等，還有的教學改革是從課程建設(shè)角度來進行的，包括課程內(nèi)容的補充完善、實訓案例擴充、加強師生互動等方面進行教學的深度探索。此外為了提高學生的自主學習能力，基于網(wǎng)絡(luò)平臺進行的教學改革也越來越多。

2.5 重視實驗環(huán)節(jié)，對設(shè)計實驗內(nèi)容的研究

實驗內(nèi)容的設(shè)計要以專業(yè)實踐為突破口，實現(xiàn)計算機實踐教學與專業(yè)實踐教學交融、相長。就生物專業(yè)而言，實驗顯得尤為重要。例如，使學生了解計算機技術(shù)和方法在生物數(shù)據(jù)處理過程中的舉足輕重的作用。從實驗課中，他們可以領(lǐng)略到計算機技術(shù)的魅力，并堅定學好計算機知識的信念。

2.6 對引入競賽機制的研究

一般來說，企業(yè)在面試員工的時候，最先接觸的是學生的成績和各項獲獎資料，獲獎學生在同等條件下會被用人單位優(yōu)先錄用，但如果大學4年下來，學生說不出做過什么，也沒有證據(jù)證明自己做得有多好，企業(yè)在選擇優(yōu)秀人才的時候會無所適從，往往依靠院系推薦，而推薦的學生又未必是適合企業(yè)文化的。但是有了獲獎資料作為參考，企業(yè)很容易判斷學生學過什么課程知識、對哪方面比較感興趣、有什么長處、合適在什么崗位工作、是不是有上進心，這些都有助于企業(yè)順利招收合適的員工。

我們希望合理設(shè)計與專業(yè)相關(guān)的競賽選題，該項內(nèi)容可以放在學期末最后幾周進行。競賽作品的制作和開發(fā)，是知識的綜合運用、實踐、創(chuàng)新的過程，有很強的系統(tǒng)性、目的性、實踐性。競賽必然包含證書和獎品，證書是大學畢業(yè)后進入企業(yè)的敲門磚，獎品則是對自己的努力、能力和付出的肯定，在一個富有挑戰(zhàn)性的競賽中獲得榮譽和獎勵，不僅讓學生感覺學有所得，也會極大地增強學生的自信心，不斷挑戰(zhàn)自我，積極向更深更廣的領(lǐng)域探索。

2.7 構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)課程交流服務(wù)平臺，培養(yǎng)學生團隊合作精神的研究

團隊合作非常重要，因此我們希望構(gòu)建一個網(wǎng)絡(luò)課程交流服務(wù)平臺，所有獲獎作品都上傳到該平臺上供全校學生學習，在平臺上不定期組織獲獎學生在線交流和答疑，培養(yǎng)學生的服務(wù)意識。

通過構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)課程交流服務(wù)平臺，不同專業(yè)學生可以發(fā)現(xiàn)自己的興趣點，興趣相同的學生會很自然地融合和溝通。在溝通的同時，一些綜合素質(zhì)較高并且志同道合的學生會慢慢凝聚成一支或幾支學習能力強、學習潛力大的骨干隊伍，這些隊伍必然會在校內(nèi)受到廣泛關(guān)注，從而產(chǎn)生強烈的示范作用和影響力，有助于促進學風的整體提升。同時，團隊還可以創(chuàng)辦工作室，承接校內(nèi)外項目，為將來創(chuàng)業(yè)就業(yè)打下堅實的基礎(chǔ)。

2.8 對構(gòu)建CCAI（云計算輔助教學）資源平臺的研究

云計算輔助教學（Cloud Computing AssistedInstruction，簡稱CCAI）是將各種教學服務(wù)（如服務(wù)器、帶寬、軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)資源乃至技術(shù)資源等）遷移到云端，學習者可以隨時隨地登錄云端獲取學習資源、制定學習計劃、保存私人數(shù)據(jù)等各項云服務(wù)，進行個性化的自主移動學習。

圖1是“云教育”平臺關(guān)系結(jié)構(gòu)?！霸平逃逼脚_上沒有“教師”與“學生”之分，他們的關(guān)系是平等的，共同作為平臺的主體。平臺體現(xiàn)了“信息民主化”，教師作為“知識來源”的作用將部分由網(wǎng)絡(luò)替代，學生也是資源的提供者；教師既可在真實的學校中，也可在虛擬的網(wǎng)絡(luò)中體現(xiàn)教師的角色行為。平臺的“資源”“習題”和實時互動等功能，能很好地輔助學習。

云計算輔助教學平臺有利于學校節(jié)約經(jīng)費，有利于教師構(gòu)建自己的個性化網(wǎng)絡(luò)輔助教學環(huán)境、開展個性化網(wǎng)絡(luò)輔助教學活動、增強師生互動、完善課程特色教學建設(shè)、提高教學質(zhì)量，有利于學生搭建個人學習環(huán)境、規(guī)劃和管理個人學習、自由選擇所需學習資源和服務(wù)、自主制定學習計劃和學習進度，促進學生高級思維能力和群體智慧發(fā)展。

2.9 對改革考核體系的研究

廣東石油化工學院計算機基礎(chǔ)課程的考核方式較單一。筆者建議在引入競賽機制的基礎(chǔ)上，讓每個學生從“成果展示+論文+模擬答辯+PPT演示+個人風采”幾個方面制作視頻并傳到網(wǎng)絡(luò)平臺上，邀請有關(guān)部門的教師和相關(guān)院系的學生等分配賬號，按照規(guī)定的評分標準，在某個時間內(nèi)登錄平臺打分，課程教師的評分占30%，學生的評分占30%，其他評分占40%。

論文要求學生提交作品文字說明，訓練學生的表達能力和邏輯思維，增強與他人溝通交流的能力，有利于建構(gòu)新信息和修正舊信息。個人風采包括作者完成競賽選題過程中的點點滴滴，模擬答辯、視頻制作等都要求學生親力親為，激發(fā)他們的創(chuàng)造力和合作精神，還可以間接學習視頻制作軟件Premiere和音頻制作軟件Cool edit等。

2.10 對教學改革出現(xiàn)的問題的研究

計算機基礎(chǔ)教學為專業(yè)服務(wù)的重新定位使得教學實踐過程中出現(xiàn)多方面問題。分析這些問題并探索解決措施，是推進結(jié)合專業(yè)教學的必要途徑，典型問題如下。

（1）教學內(nèi)容選擇上如何找到最佳結(jié)合點，如何刪掉一些與該專業(yè)結(jié)合不緊密的內(nèi)容，但又能保持內(nèi)容體系的完整性。

（2）如何與專業(yè)課教師溝通，如何建立教師考評機制。

（3）如何建立有效的教學質(zhì)量監(jiān)督機制。

3 結(jié)語

大學計算機基礎(chǔ)教學以其特殊的優(yōu)勢以及作為現(xiàn)代高科技在各專業(yè)領(lǐng)域應用的廣泛性，定位于服務(wù)其他專業(yè)學科的教學，在教學中努力把專業(yè)前景、專業(yè)研究方向、專業(yè)發(fā)展和未來融入到教學內(nèi)容設(shè)計過程中。除了計算機基礎(chǔ)課程，很多其他課程都可以圍繞專業(yè)開展教學，讓學生整個大學期間都在濃厚的專業(yè)氛圍內(nèi)完成學業(yè)并深刻感受每門基礎(chǔ)課程帶給專業(yè)課程的輔助性效果。

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（編輯：孫怡銘）endprint