智能时代计算机通识教育的改革探索
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作者:郝兴伟 张强
摘 要：培养复合型创新人才是新时代社会对高等学校人才培养的基本需求。在智能时代的各学科人才培养中，培养学生具备深厚的计算思维和计算机问题求解能力十分重要。对我国高校计算机基础教学的发展进行了总结，提出了面向学科交叉融合的计算机通识教育“1+N”课程体系设计方案，以及开放实验室建设与产教融合的改革思路。
关键词：智能时代;学科交叉融合;计算机通识教育;计算思维;开放实验室;产教融合
进入21世纪，特别是近年来，以物联网、大数据、云计算和人工智能为代表的现代信息技术飞速发展，社会数字化进程加快，人类正在向智能时代迈进。在智能时代，计算技术已成为推动科技发展最具创新活力的手段，各学科与计算的结合越来越广泛、越来越深入，计算机学科知识在人才培养中的地位和重要性不断提升。
作为各学科人才培养中的重要组成部分，计算机通识教育（公共教学）也必须不断改革课程内容，以适应新时代社会发展的需要。因此，深入研究各学科对领域问题数字化及计算需求，设计科学、实用和前瞻性的计算机通识教育课程体系与教学内容，对于培养适应新时代发展需要的高层次复合型创新人才具有重要意义。
一、新一轮科技革命与产业变革推动高等教育改革
自20世紀40年代开始，随着电子计算机的发明，人类社会进入信息社会。在信息社会，微电子技术、现代通信技术、计算机网络技术快速发展。进入21世纪，特别是近年来，以物联网、大数据、云计算和人工智能为代表的现代信息技术飞速发展，人类社会正在经历一场新的科技和产业革命。
为应对新一轮科技革命和产业变革的到来，各国纷纷制定国家战略，2013年4月，德国提出《德国工业4.0战略》;2015年5月，我国发布《中国制造2025》;美国、英国、日本等工业发达国家也陆续发布了一系列重大战略，其目标就是要抢占国际竞争的制高点。科技和教育总是紧密相关的，为配合一系列国家战略的实施，2017年2月18日，教育部在复旦大学召开了高等工程教育发展战略研讨会，形成了“复旦共识”，拉开了我国高校新一轮高等教育人才培养改革的序幕。
新工科建设经过一年多的探索与实践，2018年5月24日，“2018年教育部产学合作协同育人项目对接会”在北京会议中心召开。教育部高等教育司司长吴岩指出，高等教育创新发展势在必行，要全面推进“新工科、新医科、新农科、新文科”等建设，为2035年建成高等教育强国、实现中国教育现代化提供有力支撑，标志着为适应新的科技革命的到来，我国高等教育新一轮全面改革已经开始。
不管是新工科、新农科、新医科还是新文科，所谓“新”，就是要建立新的学科专业或对传统学科专业进行改革和重构，重构教学内容，做到学科交叉、技术融合、产教结合，为学生提供综合性的跨学科学习，从而提高学生的创新能力和适应社会的能力，为迎接新的科技革命和产业变革提供人才保证。
二、计算机通识教育的发展及在新时代人才培养中的重要性
我国的计算机通识教育或称计算机公共教学最早开始于20世纪80年代，当时随着微型计算机（个人电脑）的出现，计算机在政府、企业、科研机构的应用日益广泛，人们迫切需要掌握计算机的使用技能。在高校，面向计算机操作和应用以及计算机编程的计算机公共课程开始出现。
1997年，教育部高教司颁发了《加强非计算机专业计算机基础教学工作的几点意见》（教高〔1997〕155号），简称“155号文”，提出了三个层次的计算机基础教学课程体系，即计算机文化基础、计算机软件技术基础、计算机硬件技术基础，教育部正式把大学计算机基础课程列为高校重要的必修课，确立了计算机公共教学在高校人才培养中的地位[1]。
进入2000年，计算机公共教学在高等教育人才培养中已经非常普及，成为像高等数学、大学外语一样的公共基础课程，计算机公共教学进入快速发展时期。2006年，教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会发布了《关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见暨计算机基础课程教学基本要求》（简称“白皮书”），提出了大学计算机基础教学的“4个领域×3个层次”的教学内容总体框架和“1+x”的课程设置方案，即“大学计算机基础+若干必修∕选修课程”[2]。
虽然，在“白皮书”中提出了从计算机公共教学三个层次到“1+x”课程的过渡路径，但是由于高校师资等种种原因，以讲解计算机操作系统+Office办公软件为主的计算机基础教学依然是主流，这种“计算机工具论”的计算机基础教学已经越来越不能适应时代需要，遭到了前所未有的质疑和挑战[3]。
2010年11月5日—7日，第六届全国大学计算机课程报告论坛在山东济南举行，时任教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会主任委员陈国良院士主持了一个计算思维与大学计算机基础教育改革座谈会，受到与会专家的高度认可，拉开了以计算思维为导向的计算机基础教学改革的序幕。面向计算思维培养的计算机基础教学改革成为各高校开展计算机公共教学改革的主要切入点，特别是“985工程”建设高校，在教学内容上进行了大胆的改革，彻底摈弃了传统的“计算机工具论”教学理念，培养学生计算思维成为计算机基础教学新的教学目标。
近年来，物联网、大数据、云计算、人工智能等现代信息技术快速发展，人类社会正在进入智能社会。技术的竞争本质上是人才的竞争，从2017年开始的新工科建设，无疑就是为了配合新一轮科技革命的到来。未来社会是一个信息社会、一个数字化社会，计算科学必将处于社会发展的核心地位，运用计算思维来解决科学研究和生产生活各领域的创新发展问题已成为时代共识。
在现有的计算机基础教学体系中，关于大数据、人工智能等内容的课程还很少。虽然，作为计算机类专业来讲，相关的专业课程已经有多年的发展历史，但这些课程的教学定位、教学目标和教学内容并不适合非计算机类专业的学生，因此，开展面向计算机通识教育（公共教学）的相关课程研究和建设，成为新一轮计算机基础教学改革的重要方向。 三、面向学科交叉融合的计算机通识教育课程体系设计与开放实验室建设
教育部“新工科”“新农科”“新医科”“新文科”等一系列高等教育教学改革的提出，对学科交叉和融合提出了更高要求。计算机通识教育作为高校人才培养的重要组成部分，现有的教学内容和课程体系已相对滞后。大学计算机通识教育应适应时代发展需要，树立“计算+”的教学理念，以基础学科思维强化多学科的交叉融合，更好地推进各学科复合型创新人才培养。
1.“1+N”计算机通识教育课程体系
以计算思维培养为核心，对传统的“1+x”计算机公共课程体系进行改造，建立“1+N”大学计算机通识教育课程体系。
其中，“1”是指“计算思维”，为学校通识教育必修课程，教学目标是培养学生的信息素养、计算思维以及帮助学生打下扎实的计算学科基础知识，强化计算思维与学科交叉思维训练，提升学生创新意识和创新创业能力。
“N”是指根据教育教学改革需要开设的计算机系列课程，既包括面向全校学生开设的通识教育核心课程，也包括服务新工科、战略新兴学科、交叉学科和边缘学科等建设而开设的前沿课程。其学时学分根据人才培养需要设置，教学目标是为学生建立数字化、大数据、云计算和人工智能等领域前沿的基础知识架构，增强学生主动运用计算科学分析问题、设计系统和解决领域问题的能力，为相关课程学习打下坚实的基础。主要课程包括“物联网导论”“大数据云计算导论”和“人工智能导论”等。
2.面向計算机通识教育与数字化创新，建设计算机开放实验室
实践教学是计算机公共教学的重要组成部分。传统的计算机公共教学以微机机房为主，设备多为微型计算机和CPU服务器，现在已经不能满足新的计算机课程实验教学的需要。从物联网、大数据、云计算到人工智能，所需要的运行环境都是建立在服务器集群、虚拟机以及GPU计算基础上的，现有的微机和CPU服务器已经完全不能支撑新课程的实验教学任务，建设新的计算机实验教学环境成为当前计算机基础教学改革的重要内容。
和传统的微机机房相比，服务器集群和GPU服务器投资较大，因此，在新的实验环境建设中，可以充分考虑计算资源的最大限度共享，搭建一个面向计算机通识教育与数字化创新的开放实验平台，为课程实验教学、学生科研训练、创新创业营造立体化、系统化的创新实验环境。根据“1+N”计算机通识教育课程体系设计，需要建设的开放实验室有：计算机网络技术与物联网开放实验室、大数据与云计算开放实验室、人工智能开放实验室等。
3.加强产教融合，开设计算机前沿技术系列讲座
由于现代信息技术发展迅速，高校教学内容相对滞后，特别是在大数据、人工智能等大规模应用中，产业界技术明显领先于学校教学。为此，依托业界领军企业，和高校一起开设计算机前沿技术系列讲座，对于促进高校人才培养供给侧与产业需求侧结构要素全方位融合具有积极意义。
围绕物联网、5G通信、大数据与云计算、人工智能、网络空间安全等前沿技术，可以每学期开设一期前沿技术系列讲座，讲师来自业界各领域的领军企业，每期一个主题，分为10周左右，每周一讲，由一个企业负责。每一次讲座内容分为宏观和具体两个层面，宏观层面由企业负责研发的技术总监讲授，立足国际视野介绍相关技术的发展动态和国际前沿;具体层面由企业高级架构师层面的专家讲授，介绍关键技术及实现等企业相关内容。
参考文献：
[1] 冯博琴.计算机基础教育新阶段的教学改革研究[J]. 中国大学教学，2004（9）：7-10.
[2] 教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会. 关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见暨计算机基础课程教学基本要求（试行）[M]. 北京：高等教育出版社，2006.
[3] 郝兴伟，徐延宝，王宪华. 我国高校计算机教学情况调研与分析[J]. 中国大学教学，2014（6）：81-86.
[责任编辑：余大品]
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