大学计算机特色课程研究论文
作者:佚名; 更新时间:2018-10-30

  1加强计算机基础理论教育

  由于传统的大学计算机基础课程是从计算机文化基础进化而来,所以教学内容的主体实际上是计算机应用技能的训练。而新教材的特点则突出了计算机科学的部分基础理论,表现为如下内容。

  1)“计算思维”等重要概念的引进。2006年,时任卡内基梅隆大学计算机系主任的周以真教授提出了“计算思维”的概念[3],她认为计算中包含的思想方法,比如递归、回溯、抽象和分解、启发式推理等,具有普适性,可以在多个学科中应用,在日常生活中也很常见,并把这些思想方法通称为“计算思维”(ComputationalThinking)。2011年高等教育出版社出版的《大学计算机基础》(第2版),首次比较系统地讨论了计算思维对非专业计算机教学的意义和内涵,以及计算思维应用技能的养成方法[4]。

  2)“图灵机”等计算机科学基础理论思想的引入。在以往的非专业大学计算机基础课程中,涉及计算机基础概念的理论,主要是二进制和冯诺依曼计算机。2009年高等教育出版社出版的《大学计算机》、2011年电子工业出版社出版的《大学计算机基础》和《计算机科学基础》都开始引入图灵机、图灵机思想和模型,这对非专业学生了解计算机科学的起源和形成具有重要意义。

  3)问题求解的基本过程。在以往的大学计算机基础课程中,程序设计是教学内容的组成部分。但由于课时不足而内容广泛,因此教学效果很差。在本轮新的课程内容改革中,不仅程序设计的内容得到了极大的重视和加强,而且普遍引入了问题求解过程[5]42-78[6]88-93、算法及计算复杂度分析[5]120-132[7]97-113、数据结构[6]148-175有关的章节和内容。这些内容强化了利用计算机解决问题的教学要求,对发展工程类学科学生的计算机应用能力具有重要意义。

  4)信息的表达与处理。在以往的大学计算机基础教材中,信息的表达与处理方面的内容有比较大的局限性,往往无法解决学生在信息社会中遇到的具体问题。例如,汉字机内码的问题,大部分教材停留在GB2312上,而自从十余年前Windows2000问世,PC中常用的机内码早已是Unicode,而Unicode的规范和不同主机系统上的实现至少有3种常用形式,并导致应用问题。这个问题在最近出版的一些教材[8]12-19中得到了比较全面的说明。

  5)计算机体系结构方面的内容。在最近出版的大学计算机基础教材中,计算机系统结构方面的内容也得到充实。例如,除了介绍传统的冯诺依曼计算机体系结构外,也介绍哈佛结构[6]86-87。除了介绍一般的二进制数值计算外,还介绍机器码[6]41-44、逻辑运算、门电路和逻辑设计基础[7]31-37。除了介绍目前流行的主流计算机结构外,还介绍基于图形处理器的并行计算硬件结构和基于企业级应用的多机系统[8]252-259等。这些内容为提升工科类专业学生的计算机应用能力打下较深厚的基础。这些理论内容的加入,从根本上改变了计算机基础课程的基本内容,为大学计算机基础课程的改革开辟了新路。

  2实践内容上的深入和进化

  在课程内容改革的同时,最为重要的是将改革后的内容转化为学生的应用能力,而能力是不能仅通过书面考试实现的。一些新版教材在实验教学的改革方面表现出如下特点。

  1)程序设计内容的加大与深入。引入程序设计内容的大学计算机基础教材,目前主要限于面向工科的重点院校,如战德臣、孙大烈编著的《大学计算机》,对程序设计、算法求解和计算复杂度的内容进行整合,从而避免了以往程序设计内容偏重程序本身的语法,而忽略了利用程序介绍算法求解的教学目的[5]123,125,127。吴宁等编著的《大学计算机基础》,则是选择了新型程序语言的教学平台,利用平台优势引入数据结构等以往高年级课程中的内容,并利用程序设计向大学新生做问题求解的教学[6]88-93,颇有新意。

  2)应用型问题的教学与实验。在新近出版的大学计算机基础课程教材中,有一个倾向值得关注,那就是把实践性内容与理论教学内容进行紧密耦合。例如,在战德臣、孙大烈编著的《大学计算机》中,将以往教材的“办公自动化软件的应用”进化成为“科技文章的电子化制作与编排”,十分契合科技类专业学生的学习和实践需求[5]151-153。另外,在面向普通高校一般性专业和应用型人才培养中,电子工业出版社出版的《计算机应用技术基础》也在计算机基础实验方面作了尝试。例如,在“计算机硬件”一章中,引入CPU工况测试;在“多媒体技术”一章,引入矢量图绘制、位图到矢量图的转换等新型计算机基础实验内容[8]53-59,184-185。

  3)加速平台的进化和替代。由于诸多因素的影响,不可忽略的一个事实是大学计算机基础教学环境的更新换代普遍落后,这不仅影响教学效果和学生培养质量,也使得学生因为没有机会接触新的技术平台,开始就业时就输在起跑线上。在这方面,吴宁等编著的《大学计算机基础》带了一个好头。在程序设计平台的选择上,直接采用VB2008,使学生有机会直接接触新型的程序设计和应用平台,并利用平台优势,实现以往大学计算机基础教学难以实现的教学任务[6]137-141。中国人民大学出版社出版的《计算机应用基础2011》一书,将计算机基础实验的平台整体做了升级,以便应用型专业的学生可以在最新的应用平台上进行学习和实验[9]。

  4)突破“桌面”计算的局限。在以往的计算机基础教学中,主要关注“桌面”应用内容的教学和实验,在网络技术广泛普及、社会对高校学生网络应用能力不断提高的今天,以往计算机基础教学体系结构中的内容已经难以满足教学的要求。电子工业出版社出版的《计算机应用技术基础》一书,在突破“桌面”计算的局限上做出了初步尝试。在主要的章节中,该书将重要知识点的应用领域都分别列举了“桌面”和“网络”应用平台的案例。例如,在文字信息编码中,主要的桌面应用为UTF-16(即Unicode),而在网络应用领域则为UTF-8;在多媒体技术图像部分,在“桌面”应用上,主要为位图中的.bmp和.tif格式,而万维网中则为.jpg、.gif和.png格式等;在数据库部分,不仅列举传统的MSAccess的“桌面”数据库,而且引入MySQL这类网络数据库的应用案例[8]225-229。要将新的课程改革内容落到实处,就是通过可以实验或实践的内容,让学生体会使用计算机解决问题的强大力量和乐趣。而实践性内容又具有强烈的时效性,这一点是与计算机基础理论大不相同的,所以实验内容的不断更新和深入,是保持大学计算机基础课程生命力的重要手段。

  3存在的问题与矛盾

  在教学内容改革中,不可避免会有问题与矛盾,这些问题和矛盾可能包括如下内容。

  1)理论内容与实验的衔接问题。教学改革过程中,许多非专业的计算机基础课内容往往从计算机专业的教科书引入,而专业类计算机教材或课程教学在许多情形下是教学与实验分离的,这对设计非专业计算机基础课程的实验提出了新的要求。如果没有适当的后续课程或实验进行验证、练习和应用,改革后的新教学内容十分容易被遗忘,无法真正形成学生的通识基础。

  2)教学内容与课时限制的矛盾。由于目前大学中普遍进行的课时和学分压缩,导致非专业计算机基础课程的学时紧缩。往往新设计的课程内容框架没有足够的时间展开,也就难以达到教学设计期望达到的效果。

  3)教学要求、课程改革与规章制度的矛盾。从目前改革的趋势可以看出,要求学生具备足够的计算机基础能力(尤其是在加入了程序设计和问题求解内容后),肯定离不开大量的计算机实践。而不少学校对大学新生拥有计算机设备有限制措施,如果学校没有足够的实验室资源供给,显然学生在课内所进行的实验并不足以完成课程所需的技能训练。

  因此,也就难以达到教学所设计的目标。以上问题和矛盾,需要教师和学生投入足够的努力加以解决。例如,笔者在教学实践中曾经采用一些措施,来缓解以上矛盾。

  1)针对新近引入的内容,广泛收集相关信息和实验模型,供学生参考。

  2)展开问题讨论式的教学,将课程内容分配给学生预习,针对问题集中的知识点深入讲解,避免在课堂上照本宣科的讲述,以保证教学重点的落实。

  3)要求学生在课外预先编写程序,而在上机时间集中输入调试,以保证上机时间的使用效率。

  4结论

  今天的大学计算机基础教育是大学新生在中学已经形成的计算机应用能力的基础上进行的。充分利用已经形成的基础,再搭建新的知识体系,为学生进入明天的信息社会作好准备,是高校计算机基础教学的重要使命。中小学信息教育的进步,也向高校的计算机基础教育提出挑战,而高校的计算机基础课程改革,并不是将计算机专业课程的某些概念和方法直接引入并淘汰部分已经过时的内容那么简单。对于各个高校来说,在改革过程中必须研究各自学生的发展方向、计算机和信息技术的发展现状、社会需求等方面的内容,并统筹进行考虑,最终使改革适应本校的具体情况,达到预期效果。

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