大學(xué)計算機課程特色

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1加強計算機基礎(chǔ)理論教育

由于傳統(tǒng)的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程是從計算機文化基礎(chǔ)進化而來，所以教學(xué)內(nèi)容的主體實際上是計算機應(yīng)用技能的訓(xùn)練。而新教材的特點則突出了計算機科學(xué)的部分基礎(chǔ)理論，表現(xiàn)為如下內(nèi)容。

1）“計算思維”等重要概念的引進。2006年，時任卡內(nèi)基•梅隆大學(xué)計算機系主任的周以真教授提出了“計算思維”的概念[3]，她認為計算中包含的思想方法，比如遞歸、回溯、抽象和分解、啟發(fā)式推理等，具有普適性，可以在多個學(xué)科中應(yīng)用，在日常生活中也很常見，并把這些思想方法通稱為“計算思維”（ComputationalThinking）。2011年高等教育出版社出版的《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》（第2版），首次比較系統(tǒng)地討論了計算思維對非專業(yè)計算機教學(xué)的意義和內(nèi)涵，以及計算思維應(yīng)用技能的養(yǎng)成方法[4]。

2）“圖靈機”等計算機科學(xué)基礎(chǔ)理論思想的引入。在以往的非專業(yè)大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程中，涉及計算機基礎(chǔ)概念的理論，主要是二進制和馮•諾依曼計算機。2009年高等教育出版社出版的《大學(xué)計算機》、2011年電子工業(yè)出版社出版的《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》和《計算機科學(xué)基礎(chǔ)》都開始引入圖靈機、圖靈機思想和模型，這對非專業(yè)學(xué)生了解計算機科學(xué)的起源和形成具有重要意義。

3）問題求解的基本過程。在以往的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程中，程序設(shè)計是教學(xué)內(nèi)容的組成部分。但由于課時不足而內(nèi)容廣泛，因此教學(xué)效果很差。在本輪新的課程內(nèi)容改革中，不僅程序設(shè)計的內(nèi)容得到了極大的重視和加強，而且普遍引入了問題求解過程[5]42-78[6]88-93、算法及計算復(fù)雜度分析[5]120-132[7]97-113、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[6]148-175有關(guān)的章節(jié)和內(nèi)容。這些內(nèi)容強化了利用計算機解決問題的教學(xué)要求，對發(fā)展工程類學(xué)科學(xué)生的計算機應(yīng)用能力具有重要意義。

4）信息的表達與處理。在以往的大學(xué)計算機基礎(chǔ)教材中，信息的表達與處理方面的內(nèi)容有比較大的局限性，往往無法解決學(xué)生在信息社會中遇到的具體問題。例如，漢字機內(nèi)碼的問題，大部分教材停留在GB2312上，而自從十余年前Windows2000問世，PC中常用的機內(nèi)碼早已是Unicode，而Unicode的規(guī)范和不同主機系統(tǒng)上的實現(xiàn)至少有3種常用形式，并導(dǎo)致應(yīng)用問題。這個問題在最近出版的一些教材[8]12-19中得到了比較全面的說明。

5）計算機體系結(jié)構(gòu)方面的內(nèi)容。在最近出版的大學(xué)計算機基礎(chǔ)教材中，計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面的內(nèi)容也得到充實。例如，除了介紹傳統(tǒng)的馮•諾依曼計算機體系結(jié)構(gòu)外，也介紹哈佛結(jié)構(gòu)[6]86-87。除了介紹一般的二進制數(shù)值計算外，還介紹機器碼[6]41-44、邏輯運算、門電路和邏輯設(shè)計基礎(chǔ)[7]31-37。除了介紹目前流行的主流計算機結(jié)構(gòu)外，還介紹基于圖形處理器的并行計算硬件結(jié)構(gòu)和基于企業(yè)級應(yīng)用的多機系統(tǒng)[8]252-259等。這些內(nèi)容為提升工科類專業(yè)學(xué)生的計算機應(yīng)用能力打下較深厚的基礎(chǔ)。這些理論內(nèi)容的加入，從根本上改變了計算機基礎(chǔ)課程的基本內(nèi)容，為大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程的改革開辟了新路。

2實踐內(nèi)容上的深入和進化

在課程內(nèi)容改革的同時，最為重要的是將改革后的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為學(xué)生的應(yīng)用能力，而能力是不能僅通過書面考試實現(xiàn)的。一些新版教材在實驗教學(xué)的改革方面表現(xiàn)出如下特點。

1）程序設(shè)計內(nèi)容的加大與深入。引入程序設(shè)計內(nèi)容的大學(xué)計算機基礎(chǔ)教材，目前主要限于面向工科的重點院校，如戰(zhàn)德臣、孫大烈編著的《大學(xué)計算機》，對程序設(shè)計、算法求解和計算復(fù)雜度的內(nèi)容進行整合，從而避免了以往程序設(shè)計內(nèi)容偏重程序本身的語法，而忽略了利用程序介紹算法求解的教學(xué)目的[5]123,125,127。吳寧等編著的《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》，則是選擇了新型程序語言的教學(xué)平臺，利用平臺優(yōu)勢引入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等以往高年級課程中的內(nèi)容，并利用程序設(shè)計向大學(xué)新生做問題求解的教學(xué)[6]88-93，頗有新意。

2）應(yīng)用型問題的教學(xué)與實驗。在新近出版的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教材中，有一個傾向值得關(guān)注，那就是把實踐性內(nèi)容與理論教學(xué)內(nèi)容進行緊密耦合。例如，在戰(zhàn)德臣、孫大烈編著的《大學(xué)計算機》中，將以往教材的“辦公自動化軟件的應(yīng)用”進化成為“科技文章的電子化制作與編排”，十分契合科技類專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)和實踐需求[5]151-153。另外，在面向普通高校一般性專業(yè)和應(yīng)用型人才培養(yǎng)中，電子工業(yè)出版社出版的《計算機應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)》也在計算機基礎(chǔ)實驗方面作了嘗試。例如，在“計算機硬件”一章中，引入CPU工況測試；在“多媒體技術(shù)”一章，引入矢量圖繪制、位圖到矢量圖的轉(zhuǎn)換等新型計算機基礎(chǔ)實驗內(nèi)容[8]53-59,184-185。

3）加速平臺的進化和替代。由于諸多因素的影響，不可忽略的一個事實是大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)環(huán)境的更新?lián)Q代普遍落后，這不僅影響教學(xué)效果和學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量，也使得學(xué)生因為沒有機會接觸新的技術(shù)平臺，開始就業(yè)時就輸在起跑線上。在這方面，吳寧等編著的《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》帶了一個好頭。在程序設(shè)計平臺的選擇上，直接采用VB2008，使學(xué)生有機會直接接觸新型的程序設(shè)計和應(yīng)用平臺，并利用平臺優(yōu)勢，實現(xiàn)以往大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)難以實現(xiàn)的教學(xué)任務(wù)[6]137-141。中國人民大學(xué)出版社出版的《計算機應(yīng)用基礎(chǔ)2011》一書，將計算機基礎(chǔ)實驗的平臺整體做了升級，以便應(yīng)用型專業(yè)的學(xué)生可以在最新的應(yīng)用平臺上進行學(xué)習(xí)和實驗[9]。

4）突破“桌面”計算的局限。在以往的計算機基礎(chǔ)教學(xué)中，主要關(guān)注“桌面”應(yīng)用內(nèi)容的教學(xué)和實驗，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)廣泛普及、社會對高校學(xué)生網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用能力不斷提高的今天，以往計算機基礎(chǔ)教學(xué)體系結(jié)構(gòu)中的內(nèi)容已經(jīng)難以滿足教學(xué)的要求。電子工業(yè)出版社出版的《計算機應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)》一書，在突破“桌面”計算的局限上做出了初步嘗試。在主要的章節(jié)中，該書將重要知識點的應(yīng)用領(lǐng)域都分別列舉了“桌面”和“網(wǎng)絡(luò)”應(yīng)用平臺的案例。例如，在文字信息編碼中，主要的桌面應(yīng)用為UTF-16（即Unicode），而在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域則為UTF-8；在多媒體技術(shù)圖像部分，在“桌面”應(yīng)用上，主要為位圖中的.bmp和.tif格式，而萬維網(wǎng)中則為.jpg、.gif和.png格式等；在數(shù)據(jù)庫部分，不僅列舉傳統(tǒng)的MSAccess的“桌面”數(shù)據(jù)庫，而且引入MySQL這類網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用案例[8]225-229。要將新的課程改革內(nèi)容落到實處，就是通過可以實驗或?qū)嵺`的內(nèi)容，讓學(xué)生體會使用計算機解決問題的強大力量和樂趣。而實踐性內(nèi)容又具有強烈的時效性，這一點是與計算機基礎(chǔ)理論大不相同的，所以實驗內(nèi)容的不斷更新和深入，是保持大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程生命力的重要手段。

3存在的問題與矛盾

在教學(xué)內(nèi)容改革中，不可避免會有問題與矛盾，這些問題和矛盾可能包括如下內(nèi)容。1）理論內(nèi)容與實驗的銜接問題。教學(xué)改革過程中，許多非專業(yè)的計算機基礎(chǔ)課內(nèi)容往往從計算機專業(yè)的教科書引入，而專業(yè)類計算機教材或課程教學(xué)在許多情形下是教學(xué)與實驗分離的，這對設(shè)計非專業(yè)計算機基礎(chǔ)課程的實驗提出了新的要求。如果沒有適當(dāng)?shù)暮罄m(xù)課程或?qū)嶒炦M行驗證、練習(xí)和應(yīng)用，改革后的新教學(xué)內(nèi)容十分容易被遺忘，無法真正形成學(xué)生的通識基礎(chǔ)。2）教學(xué)內(nèi)容與課時限制的矛盾。由于目前大學(xué)中普遍進行的課時和學(xué)分壓縮，導(dǎo)致非專業(yè)計算機基礎(chǔ)課程的學(xué)時緊縮。往往新設(shè)計的課程內(nèi)容框架沒有足夠的時間展開，也就難以達到教學(xué)設(shè)計期望達到的效果。3）教學(xué)要求、課程改革與規(guī)章制度的矛盾。從目前改革的趨勢可以看出，要求學(xué)生具備足夠的計算機基礎(chǔ)能力（尤其是在加入了程序設(shè)計和問題求解內(nèi)容后），肯定離不開大量的計算機實踐。而不少學(xué)校對大學(xué)新生擁有計算機設(shè)備有限制措施，如果學(xué)校沒有足夠的實驗室資源供給，顯然學(xué)生在課內(nèi)所進行的實驗并不足以完成課程所需的技能訓(xùn)練。因此，也就難以達到教學(xué)所設(shè)計的目標(biāo)。

以上問題和矛盾，需要教師和學(xué)生投入足夠的努力加以解決。例如，筆者在教學(xué)實踐中曾經(jīng)采用一些措施，來緩解以上矛盾。1）針對新近引入的內(nèi)容，廣泛收集相關(guān)信息和實驗?zāi)Ｐ?，供學(xué)生參考。2）展開問題討論式的教學(xué)，將課程內(nèi)容分配給學(xué)生預(yù)習(xí)，針對問題集中的知識點深入講解，避免在課堂上照本宣科的講述，以保證教學(xué)重點的落實。3）要求學(xué)生在課外預(yù)先編寫程序，而在上機時間集中輸入調(diào)試，以保證上機時間的使用效率。

4結(jié)論

今天的大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育是大學(xué)新生在中學(xué)已經(jīng)形成的計算機應(yīng)用能力的基礎(chǔ)上進行的。充分利用已經(jīng)形成的基礎(chǔ)，再搭建新的知識體系，為學(xué)生進入明天的信息社會作好準(zhǔn)備，是高校計算機基礎(chǔ)教學(xué)的重要使命。中小學(xué)信息教育的進步，也向高校的計算機基礎(chǔ)教育提出挑戰(zhàn)，而高校的計算機基礎(chǔ)課程改革，并不是將計算機專業(yè)課程的某些概念和方法直接引入并淘汰部分已經(jīng)過時的內(nèi)容那么簡單。對于各個高校來說，在改革過程中必須研究各自學(xué)生的發(fā)展方向、計算機和信息技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、社會需求等方面的內(nèi)容，并統(tǒng)籌進行考慮，最終使改革適應(yīng)本校的具體情況，達到預(yù)期效果。