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大學計算機特色課程研究論文
1加強計算機基礎理論教育
由于傳統(tǒng)的大學計算機基礎課程是從計算機文化基礎進化而來，所以教學內(nèi)容的主體實際上是計算機應用技能的訓練。而新教材的特點則突出了計算機科學的部分基礎理論，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，可以在多個學科中應用，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《大學計算機基礎》（第2版），首次比較系統(tǒng)地討論了計算思維對非專業(yè)計算機教學的意義和內(nèi)涵，以及計算思維應用技能的養(yǎng)成方法[4]。
2）“圖靈機”等計算機科學基礎理論思想的引入。在以往的非專業(yè)大學計算機基礎課程中，涉及計算機基礎概念的理論，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《大學計算機》、2011年電子工業(yè)出版社出版的《大學計算機基礎》和《計算機科學基礎》都開始引入圖靈機、圖靈機思想和模型，這對非專業(yè)學生了解計算機科學的起源和形成具有重要意義。
3）問題求解的基本過程。在以往的大學計算機基礎課程中，程序設計是教學內(nèi)容的組成部分。但由于課時不足而內(nèi)容廣泛，因此教學效果很差。在本輪新的課程內(nèi)容改革中，不僅程序設計的內(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、算法及計算復雜度分析[5]120-132[7]97-113、數(shù)據(jù)結構[6]148-175有關的章節(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要求，對發(fā)展工程類學科學生的計算機應用能力具有重要意義。
4）信息的表達與處理。在以往的大學計算機基礎教材中，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，并導致應用問題。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）計算機體系結構方面的內(nèi)容。在最近出版的大學計算機基礎教材中，計算機系統(tǒng)結構方面的內(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構外，也介紹哈佛結構[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、門電路和邏輯設計基礎[7]31-37。除了介紹目前流行的主流計算機結構外，還介紹基于圖形處理器的并行計算硬件結構和基于企業(yè)級應用的多機系統(tǒng)[8]252-259等。這些內(nèi)容為提升工科類專業(yè)學生的計算機應用能力打下較深厚的基礎。這些理論內(nèi)容的加入，從根本上改變了計算機基礎課程的基本內(nèi)容，為大學計算機基礎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)容轉化為學生的應用能力，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的改革方面表現(xiàn)出如下特點。
1）程序設計內(nèi)容的加大與深入。引入程序設計內(nèi)容的大學計算機基礎教材，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《大學計算機》，對程序設計、算法求解和計算復雜度的內(nèi)容進行整合，從而避免了以往程序設計內(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目的[5]123,125,127。吳寧等編著的《大學計算機基礎》，則是選擇了新型程序語言的教學平臺，利用平臺優(yōu)勢引入數(shù)據(jù)結構等以往高年級課程中的內(nèi)容，并利用程序設計向大學新生做問題求解的教學[6]88-93，頗有新意。
2）應用型問題的教學與實驗。在新近出版的大學計算機基礎課程教材中，有一個傾向值得關注，那就是把實踐性內(nèi)容與理論教學內(nèi)容進行緊密耦合。例如，在戰(zhàn)德臣、孫大烈編著的《大學計算機》中，將以往教材的“辦公自動化軟件的應用”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)學生的學習和實踐需求[5]151-153。另外，在面向普通高校一般性專業(yè)和應用型人才培養(yǎng)中，電子工業(yè)出版社出版的《計算機應用技術基礎》也在計算機基礎實驗方面作了嘗試。例如，在“計算機硬件”一章中，引入CPU工況測試；在“多媒體技術”一章，引入矢量圖繪制、位圖到矢量圖的轉換等新型計算機基礎實驗內(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計算機基礎教學環(huán)境的更新?lián)Q代普遍落后，這不僅影響教學效果和學生培養(yǎng)質(zhì)量，也使得學生因為沒有機會接觸新的技術平臺，開始就業(yè)時就輸在起跑線上。在這方面，吳寧等編著的《大學計算機基礎》帶了一個好頭。在程序設計平臺的選擇上，直接采用VB2008，使學生有機會直接接觸新型的程序設計和應用平臺，并利用平臺優(yōu)勢，實現(xiàn)以往大學計算機基礎教學難以實現(xiàn)的教學任務[6]137-141。中國人民大學出版社出版的《計算機應用基礎2011》一書，將計算機基礎實驗的平臺整體做了升級，以便應用型專業(yè)的學生可以在最新的應用平臺上進行學習和實驗[9]。
4）突破“桌面”計算的局限。在以往的計算機基礎教學中，主要關注“桌面”應用內(nèi)容的教學和實驗，在網(wǎng)絡技術廣泛普及、社會對高校學生網(wǎng)絡應用能力不斷提高的今天，以往計算機基礎教學體系結構中的內(nèi)容已經(jīng)難以滿足教學的要求。電子工業(yè)出版社出版的《計算機應用技術基礎》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用領域都分別列舉了“桌面”和“網(wǎng)絡”應用平臺的案例。例如，在文字信息編碼中，主要的桌面應用為UTF-16（即Unicode），而在網(wǎng)絡應用領域則為UTF-8；在多媒體技術圖像部分，在“桌面”應用上，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)絡數(shù)據(jù)庫的應用案例[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，是保持大學計算機基礎課程生命力的重要手段。
3存在的問題與矛盾
在教學內(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。教學改革過程中，許多非專業(yè)的計算機基礎課內(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在許多情形下是教學與實驗分離的，這對設計非專業(yè)計算機基礎課程的實驗提出了新的要求。如果沒有適當?shù)暮罄m(xù)課程或?qū)嶒炦M行驗證、練習和應用，改革后的新教學內(nèi)容十分容易被遺忘，無法真正形成學生的通識基礎。
2）教學內(nèi)容與課時限制的矛盾。由于目前大學中普遍進行的課時和學分壓縮，導致非專業(yè)計算機基礎課程的學時緊縮。往往新設計的課程內(nèi)容框架沒有足夠的時間展開，也就難以達到教學設計期望達到的效果。
3）教學要求、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，要求學生具備足夠的計算機基礎能力（尤其是在加入了程序設計和問題求解內(nèi)容后），肯定離不開大量的計算機實踐。而不少學校對大學新生擁有計算機設備有限制措施，如果學校沒有足夠的實驗室資源供給，顯然學生在課內(nèi)所進行的實驗并不足以完成課程所需的技能訓練。
因此，也就難以達到教學所設計的目標。以上問題和矛盾，需要教師和學生投入足夠的努力加以解決。例如，筆者在教學實踐中曾經(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，廣泛收集相關信息和實驗模型，供學生參考。
2）展開問題討論式的教學，將課程內(nèi)容分配給學生預習，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，以保證教學重點的落實。
3）要求學生在課外預先編寫程序，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結論
今天的大學計算機基礎教育是大學新生在中學已經(jīng)形成的計算機應用能力的基礎上進行的。充分利用已經(jīng)形成的基礎，再搭建新的知識體系，為學生進入明天的信息社會作好準備，是高校計算機基礎教學的重要使命。中小學信息教育的進步，也向高校的計算機基礎教育提出挑戰(zhàn)，而高校的計算機基礎課程改革，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生的發(fā)展方向、計算機和信息技術的發(fā)展現(xiàn)狀、社會需求等方面的內(nèi)容，并統(tǒng)籌進行考慮，最終使改革適應本校的具體情況，達到預期效果。
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