若干世界一流大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程調(diào)研

楊 歡，周競文, ，周海芳

（1.國防科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，湖南 長沙 410073；2.復(fù)雜系統(tǒng)軟件工程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410073）

0 引 言

計(jì)算機(jī)作為現(xiàn)代信息社會的必備工具，其應(yīng)用已遍及國民經(jīng)濟(jì)與社會生活的各個方面，在諸多領(lǐng)域發(fā)揮著十分重要的作用，這也使得使用計(jì)算機(jī)成為21 世紀(jì)每個人都應(yīng)掌握的基本技能之一。因此，國內(nèi)外許多高校將計(jì)算機(jī)入門課程設(shè)置為各專業(yè)學(xué)生均需學(xué)習(xí)的一門基礎(chǔ)課程。但是，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域具有知識點(diǎn)多、涉及面廣、應(yīng)用性強(qiáng)、發(fā)展迅速等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)也為此類課程的實(shí)施帶來了問題。例如，如何合理設(shè)置課程目標(biāo)，如何對內(nèi)容進(jìn)行取舍，如何有效培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，如何科學(xué)評價學(xué)生的學(xué)習(xí)情況等。這些問題是目前國內(nèi)很多高校面臨的共同問題，也是在對計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程進(jìn)行改革時需著重關(guān)注的問題，而世界一流大學(xué)的做法對解決這些問題具有重要的借鑒意義。

1 調(diào)研對象

調(diào)研的6 所學(xué)校及6 門課程見表1。

表1 調(diào)研的課程

所選6 所學(xué)校的計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)在QS 2018、ARWU 2017、USNEWS 2016 學(xué)科排名中均處于前列；所選課程為面向本科各專業(yè)開設(shè)的計(jì)算機(jī)入門課程，即這些課程不要求學(xué)生具備計(jì)算機(jī)方面的先驗(yàn)知識；所選學(xué)期是課程資料較全、時間盡量靠后的學(xué)期。

2 實(shí)施情況

2.1 基本信息

調(diào)研課程的基本信息見表2。

授課形式包括網(wǎng)絡(luò)授課和實(shí)地授課，網(wǎng)絡(luò)授課在EdX MOOC 等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上進(jìn)行，學(xué)生通過自行觀看教學(xué)視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)，實(shí)地授課在教室進(jìn)行，由授課老師進(jìn)行講授。

采用網(wǎng)絡(luò)授課形式的課程，其課時格式為“每周課時長（小時）×總課周數(shù)”，如MIT 的6.0001 課程課時為“14～16×9”，表示該課程每周課時為14 到16 小時，總共9 周；采用實(shí)地授課形式的課程，其課時格式為“每次課時長（分鐘）×總課次數(shù)”，如Stanford 的CS 101 課程課時為“80×20”，表示該課程每次課80 分鐘，總共20 次課。對于實(shí)地授課形式課程，需要指出的是：①課時包括講授、討論、復(fù)習(xí)、考試等所有寫入課表的課時；②除CMU 每周4 次課之外，其他三門課程每周均安排2 次課；③CMU 每周4 次課，單數(shù)周用于講課，雙數(shù)周用于進(jìn)行練習(xí)、作業(yè)和測驗(yàn)。

對于“教材/參考書”一列，未標(biāo)“*”表示的是指定的教材，標(biāo)“*”表示的是推薦的參考書。除此之外，一些學(xué)校還會根據(jù)課程內(nèi)容提供其他學(xué)習(xí)資料。例如，UCB 提出“新聞中的計(jì)算”的概念，因此會在每天的報(bào)紙中選擇一些相關(guān)文章分配給學(xué)生作為補(bǔ)充讀物；CMU 還提供了Python 官方教程，以及一些課程外的在線視頻講座和練習(xí)資源；Princeton 會每周發(fā)布相關(guān)的閱讀材料。

2.2 課程目標(biāo)

各課程的教學(xué)目標(biāo)見表3。

表2 課程基本信息

表3 課程目標(biāo)

從表3 可以看出，這些課程的目標(biāo)是基本一致的，即會用計(jì)算機(jī)，更具體地說，是使零基礎(chǔ)的學(xué)生學(xué)會用編程的方法解決實(shí)際問題，在此過程中，理解計(jì)算機(jī)的工作原理、基本思想、相關(guān)技術(shù)等，從而初步建立計(jì)算思維、形成信息素養(yǎng)。

2.3 教學(xué)內(nèi)容

各課程教學(xué)內(nèi)容見表4。

從表4 可以看出，這些課程選取的教學(xué)內(nèi)容與課程目標(biāo)聯(lián)系緊密，從而保證課程目標(biāo)的有效達(dá)成。整體上看，教學(xué)內(nèi)容主要集中在以下幾方面。

表4 教學(xué)內(nèi)容

（1）程序設(shè)計(jì)。所有課程均介紹了程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識，涉及數(shù)據(jù)類型、輸入輸出、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、控制結(jié)構(gòu)、函數(shù)、文件讀寫、異常處理和面向?qū)ο缶幊痰确矫?。這些課程之所以將編程作為課程的主要內(nèi)容，至少有以下兩方面考慮：程序是計(jì)算機(jī)的核心概念，通過編寫程序能夠使學(xué)生更好地理解計(jì)算機(jī)軟硬件結(jié)構(gòu)和工作原理等；這些課程的目標(biāo)是使學(xué)生學(xué)會使用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題，而編程是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行問題求解的一種最為靈活、最為通用的方法。

（2）計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)。這些課程在對此方面內(nèi)容進(jìn)行選擇時，一般會從以下兩方面進(jìn)行考慮：學(xué)生最常接觸的技術(shù)，如軟硬件、互聯(lián)網(wǎng)、圖像、信息安全、數(shù)據(jù)壓縮等；熱門的前沿技術(shù)，如人工智能、虛擬貨幣等。從而使學(xué)生在有限時間內(nèi)學(xué)習(xí)到對其最為有用的知識，還可激發(fā)學(xué)生對計(jì)算機(jī)的興趣，促使學(xué)生后續(xù)的自主學(xué)習(xí)。

（3）計(jì)算思想，如抽象、模擬、算法等，通過這些內(nèi)容初步培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維。

另外，在教學(xué)理念、教學(xué)方法等方面，這些課程還存在以下一些共同做法。

（1）以編程為中心，圍繞編程展開教學(xué)，穿插介紹其他內(nèi)容，通過編程加深對其他內(nèi)容的理解。

（2）更加強(qiáng)調(diào)通過編程解決實(shí)際問題，而不過多關(guān)注語法細(xì)節(jié)，如UCB 選擇的是圖形化編程語言Snap，Stanford 提供了大量基礎(chǔ)代碼，從而使學(xué)生將更多精力放在問題求解過程上。

（3）以問題為引導(dǎo)，圍繞問題展開教學(xué)，如UCB 的CS 10 課程通過分形圖形引入遞歸概念，通過解決該問題，使學(xué)生掌握遞歸技術(shù)。

（4）大部分課程明確要求學(xué)生上課時需攜帶筆記本電腦，以便邊講邊練，從而達(dá)到較好的教學(xué)效果。

2.4 成績組成

各課程的成績組成及分值比例見表5。

除平時作業(yè)、期中考試、期末考試之外，各課程會根據(jù)需要安排一些探索性和實(shí)踐性的任務(wù)，從而使學(xué)生更為深入地理解課程內(nèi)容，進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的綜合能力，如Stanford 要求學(xué)生寫一篇人工智能方面的小論文；UCB 要求學(xué)生完成一個編程類的任務(wù)和一個探索性的任務(wù)；Harvard要求學(xué)生完成一個學(xué)期項(xiàng)目，可以是以網(wǎng)站形式呈現(xiàn)的論文，或是用Java 編寫的較大程序；CMU 每兩周進(jìn)行一次小測驗(yàn)；Princeton 布置了8個與學(xué)生日常生活相關(guān)的實(shí)踐性實(shí)驗(yàn)。從而可以看出，這些課程比較注重對學(xué)生的過程性評價。

表5 成績組成 %

另外，值得指出的是，幾乎所有課程的期末考試均為開卷，這也反映出這些課程更注重對學(xué)生能力的考察，而不僅僅是知識的記憶。

3 若干結(jié)論

結(jié)合前述關(guān)于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程在實(shí)施過程中面臨的若干問題，對調(diào)研情況總結(jié)如下。

（1）在教學(xué)目標(biāo)上，以使用計(jì)算機(jī)為核心。通過學(xué)習(xí)，使各專業(yè)的學(xué)生能夠從零開始，學(xué)會使用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決本專業(yè)領(lǐng)域的實(shí)際問題，這里所說的“使用計(jì)算機(jī)技術(shù)”，更多地是指使用編程技術(shù)，而不僅僅是Office 等現(xiàn)成軟件。

（2）在教學(xué)內(nèi)容上，以編程為中心，圍繞編程，穿插介紹其他計(jì)算機(jī)相關(guān)知識。通過編程，使學(xué)生更好地使用計(jì)算機(jī)，通過其他計(jì)算機(jī)知識，使學(xué)生更好地理解計(jì)算機(jī)，并逐步形成計(jì)算思維。另外，在內(nèi)容的選取上，適當(dāng)選擇學(xué)生經(jīng)常接觸的技術(shù)和計(jì)算機(jī)前沿技術(shù)，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其能在后續(xù)繼續(xù)主動學(xué)習(xí)，達(dá)到基礎(chǔ)課程的“入門”作用。

（3）在教學(xué)實(shí)施過程中，以能力培養(yǎng)為重心，強(qiáng)調(diào)問題求解等能力的訓(xùn)練，而不僅僅是知識的記憶。采用的方法包括：以問題為牽引，圍繞問題求解過程展開教學(xué)；帶電腦進(jìn)入課堂，課上邊學(xué)邊練；課程案例、作業(yè)等內(nèi)容緊密聯(lián)系實(shí)際；增強(qiáng)探究性學(xué)習(xí)，激發(fā)創(chuàng)造性思維，提升創(chuàng)新能力。

（4）在成績評價上，注重過程性評價，注重對能力的評價。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：期末考試所占分值較小，而過程性成績分值較大；過程性成績采用多元化的評定方式，如問題集、編程題、論文、綜合項(xiàng)目等；在期末考試上，大多數(shù)課程都采用了開卷形式，且題目對學(xué)生的綜合能力要求較高。

4 結(jié) 語

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程作為高校學(xué)生學(xué)習(xí)的第一門，也可能是唯一一門計(jì)算機(jī)課程，肩負(fù)著使學(xué)生學(xué)會使用計(jì)算機(jī)、理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、初步形成計(jì)算思維等重任，因而受到了各大高校的普遍重視。本文通過對若干世界一流大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程進(jìn)行調(diào)研和分析，得出若干結(jié)論。這些結(jié)論與我國教育界當(dāng)前倡導(dǎo)的一些教育理念是一致的，在一定程度上證明了這些教育理念的科學(xué)性與先進(jìn)性。同時，這些結(jié)論對解決計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程實(shí)施和改革過程中面臨的一些問題具有借鑒意義。另外，也應(yīng)看到，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的建設(shè)是一個長期的、多樣化的、動態(tài)變化的過程，他校的有效經(jīng)驗(yàn)并不一定適合本校的特點(diǎn)。因此，在具體實(shí)施過程中，還應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，經(jīng)過不斷探索，才能制定出適合本校的實(shí)施方案。