新工科背景下大学计算机基础课程改革研究
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作者:陈欢 刘涛 陶奉春
摘要：以计算思维为导向的大学计算机基础教学改革逐渐走向深人，将该课程建设成为与大学英语、高等数学、大学物理等同样地位的基础课程具有至关重要的意义。在分析大学计算机基础课程的现状后，遵循以学生为中心的“互联网+协同教育”理念，将MOOC、思维导图与翻转课堂等相融合以改善教学成效，提出基于"MOOC+思维导图+翻转课堂”的大学计算机基础课程教学改革方式。期望这种线上线下互动混合式教学新方法能为各高校新工科建设奠定良好的基础，使该课程能适应人才培养的需要。
关键词：计算思维;互动混合式教学;新工科建设;思维导图;翻转课堂
中图分类号：G642 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）13-0145-03
1引言
新工科建设由2017年开始被教育部大力倡导，很多高校对此极为关注，继而陆续开展了有关新工科建设的研究讨论，主要有“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”等。结合各高校特色的新工科建设方案与实施计划被相继提出，同时一些高校已快速开展行动。由于人才培养目标导向是新工科建设与工程教育的基本原则，所以适应新技术、新经济、新产业发展的人才需求和人才培养目标，是讨论新工科建设与人才培养时需着重关注的内容。如今由新一代信息技术导向的新经济迅速发展急需新型工科人才的支撑，因此针对当前形势与未来发展培养创新人才成为一项重要任务。在新工科建设和人才培养阶段中，关键之处是教育教学模式改革与创新。
近年来，作为一门面向高校非计算机类专业的通识教育课程，大学计算机基础教学在人才培养中发挥的作用越来越显著，这与通信技术、移动互联网、大数据和人工智能的快速发展紧密相关，大学计算机基础也成为信息时代培养大学生综合素质和创新能力必不可少的重要课程。所以在新工科建设的背景下，如何能更好地开展大学计算机基础课程教学，达到工程教育目标，提高人才培养质量，是需要深人研究的课题。
2大学计算机基础课程发展与现状
作为非计算机类各专业本科生学习的第一门计算机课程，它由“计算机文化基础”、“计算机应用基础”再发展到“大学计算机基础”，这种变化不仅在于课程名称的改变，而是课程具有了不同的内涵。《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》在2010年旗帜鲜明地提出“把‘计算思维能力的培养’作为计算机基础教学的核心任务”嘲，2012年7月“第一届计算思维与大学计算机课程教学改革研讨会”在西安交通大学召开，会上提出今后大学计算机课程应以计算思维培养作为切入点来进行深化改革和提高质量，由此可见计算思维能力培养的重要性。计算思维的概念是2006年由美国卡内基·梅隆大学Jeannette M.Wing教授提出的，该教授认为计算思维是应用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解等涉及计算机科学之广度的一系列思维活动。计算科学已经和理论科学、实验科学并列成为推动人类文明进步和科技发展的三大支柱所以用计算思维改革大学计算机基础课程的方针和原则是显而易见的。
现在一些学校的大学计算机基础课程教学是将计算机作为工具教学生如何使用，即“狭义工具论”的问题。结合笔者所在高校实际教学总结出，一个教学班人数较多，多为100人左右，专业多而杂，工学、理学、管理学等全都涉及，甚至出现一个班级有十几个专业的情况，而且大学新生的计算机基础参差不齐，有些学生计算机基础很好，有些学生则相对较弱。所以怎样真正做到“以学生为中心，因材施教”是需要我们着重考虑的问题。
针对大学计算机基础课程的发展状况和以上现状，本文从以下两个方面着手课程改革：
（1）为适应新工科的发展，分析研究大学计算机基础课程应该怎样设置教学内容，即“教什么”，以此来解决“狭义工具论”的问题。
（2）充分结合信息技术转变教学模式，由“教师将知识传授给学生”向“让学生自己去发现和创造知识”转变，从以“教”为中心向以“学”为中心转变，即“如何教与学”，以此来满足“以学生为中心，因材施教”的需求。
3面向计算思维的大学计算机基础课程教学内容
大学计算机基础课程教学内容应该从以下几方面考虑设置：（1）中小学信息技术课程的普及使得大学计算机教育不再是从零开始;（2）大学计算机教育不能受限于熟练操作，而要融入计算思维，加强学生知识、能力和素质的全面培养;（3）在计算机技术快速发展的背景下，大学计算机基础课程可分为三个层面：一是知识结构相对稳定的课程内容;二是知识结构更新相对较快的动态课程内容;三是近年来发展的新技术。
经过课程组多年的建设与实践，已形成了较丰富完整的课程资源，包括教学大纲、授课计划、教学课件、习题与解答、试题库等，并在实践过程中不断加以完善。针对大学计算机基础课程内容可按如图1结构进行组织教学。
我们认为大学计算机基础课程应包含六个部分的内容：计算机硬件;计算机软件;算法思维;数据表示与组织;信息素养;新技术简介。
4课程教学改革方式
为了更好地满足“以学生为中心，因材施教”的需求，结合“互联网+协同教育”理念，本文提出一种基于“MOOC+思维导图+翻转课堂”的大学计算机基础课程教学改革方式。
M00C（Massive Open Online Course）為解决基础一内容一学时的矛盾提供了有效手段，通过短视频网上在线学习，可令学生不受时间、空间、师资等方面的局限，随时随地重复观看视频以加深课程内容的理解。
思维导图又称心智导图，是一种表达发散性思维的直观图形思维工具。思维导图采取图文并重的方式，用相互隶属与相关的层级图表现出各级主题之间的关系，建立主题关键词与图像、颜色等的记忆链接，并通过符号、图像、颜色把思维过程“画出来”，将一连串枯燥的信息变为彩色的、易于记忆的、有高度组织性的图，抽象的思维过程便可以形象地展示出来。在绘制出来发散性思维过程的同时，不但可以帮助人们改善思维，理清思维方式，还可使学习能力和学习效率得到提高。 翻转课堂作为一种新型的教学模式，是对传统教学模式的大翻转嘲，学生首先在课前通过观看视频自学知识、发现并记录问题，然后再在课堂上相互交流与探讨达到对知识的内化与吸收，课后则对所学知识进行总结反思和实践应用。
学生们在MOOC学习过程中，可以记录关键词和核心知识点，在完成MOOC学习之后，学生们按照自己的理解绘制思维导图，通过对知识点有效的组织与构建形成知识树，从而将新知识同化到自己的知识结构中。学生们通过MOOC学习和绘制思维导图后对新知识有了自己的理解与认知，然后任课教师在课堂上組织他们进行讨论，相互交流获取的知识与制作的思维导图等内容。为了让所有学生都能参与、充分调动他们的学习积极性、培养他们主动思考的习惯，教师组织的研讨以小班模式进行。
下面以课程体系中的计算机网络部分为教学内容展开说明。
任课教师在课前给学生指定相关MOOC资源，督促学生及时进行在线学习，并将学习者网上学习情况纳入平时成绩中。学生在自主学习以后，将已经学习的课程内容思维导图绘制出来，进而对所学知识进行归纳整理。图2为利用XMind软件来制作计算机网络内容的思维导图：
学生通过自主学习对课程内容有了逐步认识后，教师利用翻转课堂教学模式组织学生进行研讨。目前大学计算机基础课程采用大班授课，要想做到因材施教，以学生为中心，首先教师需将学生按专业大类分为若干个研讨班（此为笔者所在高校的实践方法，别的高校可考虑其他规则），小班人数在20-30人为宜，也可根据需要再进行小班内的分组。学生们经过独立思考和交流分享可以进一步加深对课程内容的理解，掌握重难点知识，达到教学目标。
通识教育课程应重点训练学生的思维方式，由培养计算思维能力统一专业需求的差异，通过建立完善的课程体系，采用多样化的教学模式与课程形式，结合MOOC、翻转课堂、思维导图训练等，有效设计课程内容，更高质量地给学生提供计算机基础教育。
5结语
随着信息技术的发展，中国大学MOOC等网络课堂提供了很好的学习资源，大学生群体应充分利用碎片化时间进行在线学习。实践表明将思维导图和翻转课堂相结合应用到大学计算机基础课程教学中，学生可以在了解课程整体框架的基础上，理清知识点之间的逻辑关系，并能利用关键词对各个知识点进行联想记忆，顺利完成复习和总结，取得较好的学习效果。
虽然本文提出的课程教学改革方式已经取得了较好的教学效果，但在金课背景下，我们还需进一步努力，将大学计算机基础课程建设成为一流课程，为我国一流本科教育和一流人才培养奠定坚实的基础。
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