高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)類課程的改革探索

摘?要：文章針對目前高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)類課程開設(shè)過程中存在的問題進(jìn)行分析，從以下幾方面闡述如何進(jìn)行高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革研究與實(shí)踐：（1）按照不同專業(yè)分類構(gòu)建了非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)類課程體系；（2）基于ChatGPT重構(gòu)課程內(nèi)容；（3）對教學(xué)模式和實(shí)踐教學(xué)方式進(jìn)行改革；（4）對考核方式進(jìn)行改革；（5）對師資隊(duì)伍進(jìn)行優(yōu)化。最終達(dá)到了在新工科、新文科背景下，提升非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的計(jì)算思維能力和應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題能力的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：新工科；分類構(gòu)建課程體系；ChatGPT；教學(xué)改革

中圖分類號：G642

Abstract：This?article?conducts?an?analysis?of?the?issues?prevalent?in?the?offering?of?computerrelated?courses?for?noncomputer?majors?in?higher?education?institutions.It?presents?a?comprehensive?exploration?of?reforms?in?fundamental?computer?education?research?and?practice，focusing?on?the?following?aspects：（1）Development?of?a?computer?course?curriculum?tailored?to?distinct?noncomputer?majors：A?classificationbased?approach?is?employed?to?construct?a?specialized?computer?course?framework?that?caters?to?the?unique?requirements?of?diverse?noncomputer?disciplines.（2）Reconfiguration?of?course?content?leveraging?ChatGPT：The?utilization?of?ChatGPT?serves?as?a?foundation?for?the?restructuring?of?course?material，harnessing?its?capabilities?to?enhance?relevance，interactivity，and?pedagogical?effectiveness.（3）Revolutionizing?teaching?modes?and?practical?instruction?methods：Innovations?in?instructional?strategies?and?handson?learning?experiences?are?introduced?to?foster?a?more?engaging，experiential，and?competency-driven?learning?environment.（4）Transformation?of?assessment?methodologies：A?reevaluation?and?redesign?of?evaluation?mechanisms?aim?to?align?assessments?more?closely?with?the?desired?learning?outcomes，promoting?deeper?understanding，skill?acquisition，and?authentic?application?of?knowledge.（5）Optimization?of?the?faculty?profile：Efforts?are?directed?towards?enhancing?the?quality?and?suitability?of?the?teaching?staff，ensuring?they?possess?the?necessary?expertise，adaptability，and?enthusiasm?to?effectively?facilitate?learning?in?the?context?of?these?reforms.These?concerted?endeavors?ultimately?serve?to?achieve?the?overarching?objective?of?augmenting?computational?thinking?abilities?and?the?practical?application?of?computing?skills?among?noncomputer?majors?within?the?context?of?emerging?New?Engineering（NE）and?New?Liberal?Arts?（NLA）?paradigms.

Keywords：New?Engineering;?Classificationbased?Curriculum?System?Construction;?ChatGPT;?Teaching?Reforms

1?緒論

“新工科”教育教學(xué)理念已經(jīng)成為我國高校當(dāng)前教育改革和發(fā)展的主要方向。新工科內(nèi)涵的一個(gè)核心特征就是“計(jì)算機(jī)+各學(xué)科”。計(jì)算思維是“新工科”的核心思維之一，已獲得業(yè)界共識，加強(qiáng)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)已成為新型工科人才培養(yǎng)的關(guān)鍵因素之一［1］。計(jì)算機(jī)類課程作為面向非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生開設(shè)的計(jì)算學(xué)科課程，在“新工科”背景下，需要更好地承擔(dān)起培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的任務(wù)［2］。

應(yīng)用型本科院校更看重學(xué)生的理論應(yīng)用能力、技術(shù)實(shí)踐能力。在教學(xué)過程中，現(xiàn)有的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)方案存在知識點(diǎn)多而雜、深度不夠、理論與實(shí)踐結(jié)合不緊密、缺乏貫穿思維能力培養(yǎng)的教學(xué)實(shí)例和問題求解訓(xùn)練等問題。結(jié)合筆者所在學(xué)校的專業(yè)特點(diǎn)，既有工科也有文科，所以無論是在“新工科”還是在“新文科”背景下，都需要對非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)類課程進(jìn)行改革。

本文結(jié)合筆者所在學(xué)校人才培養(yǎng)中理論與實(shí)踐并重、理論指導(dǎo)實(shí)踐的特色，以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為核心，分專業(yè)分類構(gòu)建課程體系，基于ChatGPT重構(gòu)課程內(nèi)容，對教學(xué)模式、實(shí)踐教學(xué)方式、考核方式進(jìn)行改革，對師資隊(duì)伍進(jìn)行優(yōu)化。最終達(dá)到提升非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)類課程教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生滿意度，提升課堂授課效率的目標(biāo)。

2?分專業(yè)分類構(gòu)建課程體系

根據(jù)應(yīng)用型院校人才培養(yǎng)的特色，需要從應(yīng)用層面來理解計(jì)算思維，讓學(xué)生了解和領(lǐng)會(huì)如何從信息處理的角度解決問題。根據(jù)筆者所在學(xué)校的專業(yè)設(shè)置特點(diǎn)及各專業(yè)的人才培養(yǎng)要求，特設(shè)置了兩大類課程體系。

2.1?理工類專業(yè)計(jì)算機(jī)類課程設(shè)置方案

（1）通識必修課。包括計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識+程序設(shè)計(jì)語言（C、Python、Java等）或數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)及應(yīng)用（Access、SQL?Server）。

（2）專業(yè)選修課。包括大數(shù)據(jù)導(dǎo)論、人工智能導(dǎo)論、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用、Matlab等。

（3）公共選修課。包括機(jī)器人技術(shù)、“人工智能+”“互聯(lián)網(wǎng)+”、網(wǎng)頁設(shè)計(jì)、多媒體技術(shù)及應(yīng)用、計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)、高級辦公自軟件應(yīng)用等。

2.2?文管類專業(yè)計(jì)算機(jī)類課程設(shè)置方案

（1）通識必修課。包括計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識+數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)及應(yīng)用（Access、SQL?Server）或程序設(shè)計(jì)語言（Python）。

（2）專業(yè)選修課。包括多媒體技術(shù)及應(yīng)用、圖像處理、實(shí)用軟件應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用等。

（3）公共選修課。包括金融科技、“人工智能+”“互聯(lián)網(wǎng)+”網(wǎng)頁設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)、高級辦公軟件應(yīng)用等。

此外，以上兩大類專業(yè)均加入一門不計(jì)入學(xué)分的Office辦公軟件應(yīng)用，以保證學(xué)生對計(jì)算機(jī)的基本應(yīng)用能力。這樣就解決了原來計(jì)算機(jī)類課程教學(xué)與專業(yè)領(lǐng)域結(jié)合度低的問題。

3?基于ChatGPT重構(gòu)課程內(nèi)容

2022年底，ChatGPT一推出就迅速在社交媒體上走紅。ChatGPT是一款革命性的AI工具，必將對教育的教學(xué)目標(biāo)、方法、內(nèi)容、模式產(chǎn)生變革性影響。對于高校來說，理應(yīng)作為改革的先行者，主動(dòng)擁抱AI，先行先試，為教師和學(xué)生們探索出一條新的教學(xué)和學(xué)習(xí)之路。所以我們基于ChatGPT重構(gòu)了課程內(nèi)容。這主要體現(xiàn)在一些編程類課程中，例如C、Python、Java等。

通過ChatGPT進(jìn)行編程教育有明顯的三大優(yōu)勢：

（1）提供自然的語言交互方式。ChatGPT可以讓學(xué)生們能夠像與普通人交流一樣與機(jī)器進(jìn)行對話。這種交互方式可以讓學(xué)生們更加容易理解和掌握編程知識。

（2）提高編程學(xué)習(xí)的效率。ChatGPT可以為學(xué)生們提供實(shí)時(shí)的編程指導(dǎo)和反饋，讓學(xué)生們更快地掌握編程技能，更快地解決編程中的問題。

（3）培養(yǎng)創(chuàng)新思維和解決問題的能力。通過ChatGPT進(jìn)行編程教學(xué)，學(xué)生們需要自己提出問題并獲得答案。這種學(xué)習(xí)方式可以培養(yǎng)學(xué)生們的創(chuàng)新思維和解決問題的能力。這種能力對于學(xué)生未來的職業(yè)發(fā)展具有非常重要的意義。

通過ChatGPT生成了一些比較新的案例，例如微信支付、人臉識別、車牌識別等。將這些案例融入教學(xué)中，使學(xué)生能夠真正將所學(xué)知識轉(zhuǎn)化成解決實(shí)際問題的能力。通過ChatGPT，提供給學(xué)生多元化的學(xué)習(xí)途徑，實(shí)現(xiàn)對話式學(xué)習(xí)，能夠做到個(gè)性化學(xué)習(xí)。

4?理論和實(shí)踐教學(xué)模式的改革

傳統(tǒng)的教學(xué)方式已不能完全滿足教學(xué)需求，在ChatGPT流行之后，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式發(fā)生了翻天覆地的變化。利用ChatGPT可以實(shí)現(xiàn)對話式學(xué)習(xí)，并且它寫出的代碼質(zhì)量很高，所以這就引發(fā)了一個(gè)思考，既然AI可以寫出高質(zhì)量的代碼，可以完成這項(xiàng)工作，那么學(xué)生還需不需要學(xué)習(xí)編程。答案是肯定的，學(xué)生必須要通過學(xué)習(xí)編程來鍛煉計(jì)算思維。這背后是倒逼教學(xué)方式要發(fā)生改變?？梢詫I工具作為助教來輔助教學(xué)，利用它來幫助學(xué)生解答問題并提供給學(xué)生一條主動(dòng)學(xué)習(xí)的途徑。所以教學(xué)方式不僅要采用混合式教學(xué)，還要考慮如何將AI融入教學(xué)中，打造新的混合式教學(xué)方式。例如，在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中利用ChatGPT來解答問題，讓ChatGPT給出學(xué)習(xí)某個(gè)知識點(diǎn)的路徑。在檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果的過程中，讓ChatGPT出題，學(xué)生來回答，再讓ChatGPT來給出成績。還可以在教學(xué)過程中，教師提出問題時(shí)，讓AI作為同學(xué)來發(fā)彈幕給出答案，起到給其他同學(xué)提示的作用。在教學(xué)準(zhǔn)備過程中，教師利用AI實(shí)現(xiàn)一鍵出題，一鍵更新課件，以便更便捷地進(jìn)行教學(xué)準(zhǔn)備工作。

此改革中教學(xué)方式采用混合式教學(xué)，有課堂講解部分、有彈幕討論部分、有課下線上學(xué)習(xí)部分、有課后測驗(yàn)部分、有上機(jī)練習(xí)部分等。以Java課程為例，由于整門課程的混合式教學(xué)設(shè)計(jì)圖較大，特選取Java課程的一部分展示在圖1中。

在實(shí)踐教學(xué)中，采用了自編練習(xí)題，每門課程有單獨(dú)的自編習(xí)題集，題目均為本節(jié)課的知識點(diǎn)實(shí)操練習(xí)，盡量將題目設(shè)置得與實(shí)際問題類似，并與學(xué)生所在專業(yè)相關(guān)，這樣就可以解決課程與專業(yè)結(jié)合緊密的問題。

此外，課程體系中每門課程都有相對成熟的教學(xué)資源，包括教學(xué)大綱、教案、授課計(jì)劃、雨課件、全套自編習(xí)題、自編教材等。例如，Java課程中有“基于ChatGPT的Java實(shí)戰(zhàn)案例集”并同時(shí)提供100多個(gè)講解視頻，在SPOC平臺上上線，基于ChatGPT的Java自編教材也正在編寫中。基于ChatGPT的Java實(shí)踐課程內(nèi)容分為五大部分：

（1）基于ChatGPT的Java基礎(chǔ)語法。具體案例包括一些經(jīng)典算法的實(shí)現(xiàn)，例如冒泡排序、快速排序、漢諾塔、個(gè)人所得稅計(jì)算、彩票系統(tǒng)等。

（2）基于ChatGPT的Java面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)。具體案例包括石頭剪子布游戲、銀行業(yè)務(wù)模擬，投票系統(tǒng)、購物系統(tǒng)等。

（3）基于ChatGPT的Java基礎(chǔ)加強(qiáng)。具體案例包括異常處理、字符串處理、常用實(shí)用類的使用、JDBC編程等。

（4）基于ChatGPT的Java高級編程。具體案例包括多線程的使用、網(wǎng)絡(luò)爬蟲等。

（5）基于ChatGPT的Java進(jìn)階案例實(shí)戰(zhàn)。具體案例包括微信支付、支付寶支付、收發(fā)郵件、短信發(fā)送、車牌識別、人臉識別等。這些都是實(shí)際工程項(xiàng)目，綜合運(yùn)用Java知識設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的案例，實(shí)戰(zhàn)性與實(shí)用性顯而易見。

另外，AI工具也不限于ChatGPT一種，還可以使用百度的文心一言、阿里的通義千問等工具。用法與ChatGPT相似，簡單易用，學(xué)生易上手。以百度的文心一言為例，具體效果見圖2和圖3。

5?考核方式的改革

對于計(jì)算機(jī)類課程，實(shí)踐性比較強(qiáng)，所以考核評價(jià)方式應(yīng)該能體現(xiàn)出學(xué)生的原創(chuàng)性、創(chuàng)新性，并且編程類課程應(yīng)該以考查動(dòng)手能力為主。目前編程類課程有單獨(dú)的OJ考試平臺，可以在線評判分?jǐn)?shù)，辨別是否抄襲。其他課程大多采用雨課堂考試平臺在線作答。今后可以考慮將AI應(yīng)用進(jìn)來，讓AI自動(dòng)評判學(xué)生分?jǐn)?shù)，并根據(jù)知識圖譜給出相關(guān)建議。此外，還應(yīng)加大過程性考核的分值比例。

6?師資隊(duì)伍的優(yōu)化

師資隊(duì)伍對于人才培養(yǎng)來說尤其重要，需要構(gòu)建“三位一體”穩(wěn)定的課程師資隊(duì)伍，授課教師與授課專業(yè)固定搭配，備課階段課程組教師與授課學(xué)生所在專業(yè)的教師進(jìn)行交流溝通，了解其專業(yè)在計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面的需求，更好地組織課程內(nèi)容。這樣可以為培養(yǎng)既精通專業(yè)知識又掌握計(jì)算機(jī)應(yīng)用技能的復(fù)合型應(yīng)用型人才奠定基礎(chǔ)。

結(jié)語

本研究旨在設(shè)計(jì)一套符合筆者所在學(xué)校人才培養(yǎng)方案的非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)類課程改革方案，方案既契合“新工科”“新文科”背景，又符合應(yīng)用型本科院校的特征。通過改革，培養(yǎng)學(xué)生具備能用計(jì)算機(jī)作為工具解決專業(yè)問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，同時(shí)能提高計(jì)算機(jī)類課程的教學(xué)質(zhì)量、創(chuàng)新教學(xué)方式。

（1）本次教學(xué)改革的特色。課程體系中的課程大多是筆者所在學(xué)校比較早地使用雨課堂進(jìn)行混合式教學(xué)的課程，并且課程實(shí)踐性較強(qiáng)。可以很好地鍛煉學(xué)生的計(jì)算思維，間接提高其就業(yè)能力。

（2）本次教學(xué)改革的創(chuàng)新點(diǎn)。課程體系中的Java課程是筆者所在學(xué)校最早利用ChatGPT重構(gòu)教學(xué)的課程。這是一條AI工具模式下教學(xué)的新路徑、新方法、新模式，能實(shí)現(xiàn)學(xué)生的對話式學(xué)習(xí)、個(gè)性化學(xué)習(xí)，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。

通過此輪改革，學(xué)生反響較好，學(xué)生評教的分?jǐn)?shù)較高，在后續(xù)課程的學(xué)習(xí)中，教師明顯感覺到學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決專業(yè)問題的能力有所提高。可見，此改革的成效較明顯，已達(dá)到最初設(shè)定的目標(biāo)。

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項(xiàng)目基金：本文得到防災(zāi)科技學(xué)院2022年度教育研究與教學(xué)改革項(xiàng)目——防災(zāi)科技學(xué)院非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)類課程改革探索（No.JY2022B32）資助

作者簡介：郭娜（1980—?），女，漢族，山東乳山人，碩士研究生，副教授，主要研究方向?yàn)榻逃髷?shù)據(jù)分析。