地方高校大学计算机基础课程改革的探索与实践

孙淑霞

摘要：本文针对地方高校第一门计算机基础课程“大学计算机基础”的改革，介绍了大学计算机基础课程的改革历程，推进课程改革和建设的做法，以及以计算思维为导向对大学计算机基础课程进行改革的探索和教学内容的设计。

关键词：大学计算机基础；计算思维；程序设计；算法流程图；思维导图；地方高校

“大学计算机基础”是面向高校非计算机类各专业的第一门计算机公共基础课程，是培养信息时代大学生综合素质和创新能力不可或缺的重要环节。目前，如何推进以计算思维为导向的大学计算机基础课程改革是地方高校要接受的挑战，同时也是需要深入研究的课题。

一、大学计算机基础课程的改革历程

我国在高等教育中计算机基础教学经历了三次改革。

1．1997－2004年计算机普及阶段。1997年，教育部教高司颁布了155号文件《加强非计算机专业基础教学工作的几点意见》，是我国计算机基础教学历史上具有里程碑意义的指导性文件，它确立了计算机基础作为大学基础课程的地位，提出了计算机基础教育的“计算机文化基础、计算机技术基础、计算机应用基础”的三层次课程体系。各高校在师资队伍的培养和实验室的建设上都进行了较大力度的投入，“计算机文化基础”进入各专业的本科培养计划，成为开设的第一门计算机基础课程。各高校基本是按照计算机基础三个层次开展教学，重点是技能的培养。

2．2004年，计算机基础教学指导委员会提出了在新形势下进一步加强高校计算机基础教学的意见，教育部高教司2006年发布了《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”），提出了加强计算机基础教学的11条建议，确定了“4个领域×3个层次”的知识结构总体构架以及“1+X的课程设置方案”，考虑到不同办学层次的学校（专业）的实际情况，将教学基本要求分为“一般要求”和“较高要求”两个层次，并且给出了6门典型核心课程（大学计算机基础、计算机程序设计基础、计算机硬件技术基础、数据库技术与应用、多媒体技术与应用以及网络技术与应用）。“大学计算机基础”课程逐步取代了“计算机文化基础”课程。2009年，教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会发布的《高等学校计算机基础教学发展战略研究报告暨计算机基础课程教学基本要求》继承了“白皮书”中“4个领域×3个层次”的计算机基础教学的知识结构以及“1+X”的课程设置方案等。同时在三个方面做了重要发展：一是充实了上述知识结构的内容，形成了计算机基础教学的知识体系；二是提出和构建了计算机基础教学的实验体系；三是基于知识体系和实验体系，科学地描述各专业大类核心课程的教学基本要求[1]。

3．2012年教育部启动了第三轮大学计算机课程改革项目，批准了“以计算思维为导向的大学计算机基础课程研究”等22个项目。旨在提升大学生信息素养和应用能力，推动以计算思维能力培养为重点的大学计算机课程改革。

大学计算机基础课程开展计算思维教学，并不是颠覆原有的课程内容，而是在原有课程内容的基础上进行梳理、提升和优化，将原有课程中无意识的计算思维教学变为主动的、积极的、有意识的计算思维教学。

作为占全国高校95%以上的地方高校，已经成为中国高等教育的主体部分，迫切需要根据地方高校的特点探索出合适的改革方案。

二、抓住契机，推进课程改革和建设

在大学计算机基础教学的每一次改革浪潮中，我们的做法是抓住契机，积极主动地参与，不断探索和实践，推进大学计算机基础课程改革和建设。

1998年，根据教育部教高司155号文件精神，面向全校非计算机专业学生开设了计算机文化基础、计算机技术基础、计算机应用基础三个层次的6门计算机基础课程。教学重点放在技能的培养。

2004年，以精品课程建设为契机，开展课程建设，建立了系列网络平台。通过建设课程网站，完成或完善教学大纲、演示文稿、动画演示、习题答案、教学录像、实验内容、实验指导、测试系统等；教学网站为师生提供了资源下载、作业提交、在线讨论与提问、即时评教等；资源网站为学生提供课外学习的多种参考资料。这些网站为教与学提供了方便，也为教学质量的保障起到了不可估量的作用。

2007年，抓住“十一五”国家级规划教材建设的契机，出版了《大学计算机基础》系列教材，第一门计算机基础课程也从“计算机文化基础”过渡到了“大学计算机基础”，教学重点转到能力培养。

2012年，以教育部第三轮大学计算机课程改革项目“基于计算思维的地方高校大学计算机基础课程教学改革与实践”为契机，推动以计算思维能力培养为重点的大学计算机课程改革，开展以计算思维为导向的大学计算机基础课程建设，出版了以计算思维为导向的《大学计算机基础》新教材。同时抓住精品资源共享课建设的契机，进一步推动课程资源建设和课程内容的改革。

15年来，我们深深地体会到，大学计算机基础课程教学只有抓住契机，以各级教改项目为依托，为课程改革和建设创造条件，团队成员共同参与，协同努力，不断探索，才能适应各个时期社会对人才培养的需要，巩固课程的地位。

三、大学计算机基础课程改革

2013年我们通过参与教育部第三轮大学计算机课程改革项目“基于计算思维的地方高校大学计算机基础课程教学改革与实践”，针对地方高校的实际情况对大学计算机基础课程主要进行了如下改革。

1．踏实迈进、平稳过渡。对原有教学内容进行梳理、整合、提高、优化。

2．多校联合，协同创新，共建共享。通过多所地方高校联合编写以计算思维为导向的《大学计算机基础》教材，建设包括教学大纲、教学日历、演示文稿、习题作业及答案、试题库等课程基本资源，并通过实践对其进行评价。联合可充分发挥各高校的特长，更利于协同创新，相互学习，取长补短，更好地进行资源共享。

3．进行课程内容更新，结构调整。各学校可根据本校教学时数选择不同章节或者不同模块组织教学（见图1）。

图1大学计算机基础课程教学组织结构

4. 重点增强问题求解，通过算法、程序设计、数据结构基础三部分实现。由于流程图是大部分高校计算机基础课程首先引入的与程序、算法表达有关的基础概念，所以我们引入Raptor解决算法问题，使一些原本抽象的理念变得更加清晰。

Raptor（the Rapid Algorithmic Prototyping Tool for Ordered Reasoning，用于有序推理的快速算法原型工具）是一种可视化的程序设计环境，为程序和算法设计的基础课程的教学提供实验环境。Raptor已经被卡内基•梅隆大学等世界上22个以上的国家和地区的高等院校使用在计算机基础课程教学中。它用连接基本流程图符号来创建算法，可以在其环境下直接调试和运行算法（单步执行或连续执行），方便跟踪Raptor程序指令流的执行过程，可以直观地显示当前执行符号所在的位置、所有变量的值。实践证明，Raptor的引入使学生在没有学习程序设计语言前就可以很容易地调试和执行算法。

5．实验教学以应用能力和计算思维培养为主线。实验教学除保留计算机组成、操作系统、计算机网络一些基本实验外，主要进行了如下优化和提升：

（1）提升办公软件的任务。取消中学阶段信息技术课程中所学内容，以任务驱动，优化内容。

（2）用Raptor进行三种控制结构流程图的编制。通过实验使学生很容易理解和掌握理论教学中的算法内容。

（3）运用FreeMind绘制思维导图。FreeMind是一种利用图像式思考辅助工具来表达发散性思维的工具，通过在平面上的一个主题出发画出相关联的对象。由于这种表现方式和人思考时的空间想象比单纯的文本更加接近，已经越来越为大家用于创造性思维过程中。

思维导图适合自顶向下逐步求精、模块化的设计方法，在一个软件项目中，思维导图可作为系统的功能设计、总体设计、头脑风暴、项目会议组织的思维与描述工具。图2是一种“教师信息管理系统”思维导图。

（4）引入XMind“可视化思维工具”。通过XMind可以绘制思维导图、鱼骨图、二维图、树形图、逻辑图、组织结构图等以结构化的方式来展示具体的内容。用XMind绘制图形的时候，可以时刻保持思路清晰，随时把握计划或任务的全局，快速厘清思路，提高工作和学习的效率。XMind最典型的应用有会议记录、任务计划、知识管理、写作提纲、主题演示、教学等。

图2“教师信息管理系统”思维导图

四、以计算思维为导向，设计教学内容

国际上广泛认同的计算思维定义来自美国卡内基•梅隆大学周以真教授。周以真教授认为，计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解的涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[2]。计算思维的本质是抽象和自动化。如同所有人都具备“读、写、算”（简称3R）能力一样，计算思维是必须具备的思维能力。

根据“基于计算思维的地方高校大学计算机基础课程教学改革与实践”项目实施计划，通过对课程内容的梳理，进行了如下理论教学内容的设计。

1．引论。突破传统教学的组织方式，增加计算模型、计算思维基本概念的内容，有意识地引导学生思考计算思维的问题。

2．计算机硬件基础。通过易经的阴阳、电路中的0和1到计算机中的0和1，更好地理解计算机为什么采用二进制；介绍现代计算机中数据的存储与表示，数据压缩方法，计算机硬件组成。

3．计算机软件基础。介绍作为计算平台操作系统的发展、虚拟化技术、移动操作系统；从理论层面而非操作层面介绍操作系统的功能，理解计算机资源的共享和竞争。

4．算法基础。算法是计算科学的精髓，是教学的重点之一。介绍算法的起源、算法的3种结构、算法的表示、算法设计基本方法、常见算法（求和、累乘、穷举、迭代、递归、查找与排序）、算法的评价，通过Raptor流程图实现算法。实践证明，这样很容易被初学者理解和掌握。

5．程序设计基础。介绍高级程序设计语言的特征、程序设计过程和方法、Raptor流程图编程、基本数据结构。

6. 数据库基础。介绍数据库的体系结构、数据库模型、结构化查询语言，以设计某高校学生教学管理系统为例说明数据库的建立。

7．计算机网络基础。介绍网络基础知识，当前网络中常见的、新的概念、技术和应用。以组建家庭网络为例，介绍传统局域网、无线局域网、电力线载波局域网的组建。

8．计算机信息安全。介绍数据加密技术、数字签名与数字证书、用户身份识别等信息安全基础；用网络防火墙、无线网络安全管理、漏洞扫描、运行隔离阻挡信息安全的威胁，深入浅出地阐释与一般用户相关的信息安全知识，解决一般用户关心的信息安全问题。

针对实验教学内容，我们进行了如下设计。

1．计算机组成及操作。通过微型计算机的组装了解微型计算机各部件及其组成。

2．Windows操作系统。了解Windows 7的操作和虚拟机的使用。

3．Microsoft Word 2010。以一篇毕业论文为素材进行长文档排版，掌握科技论文的编排；完成一个图文表混排的文档。

4．Microsoft Excel 2010。用Excel完成一个学生成绩的综合管理和数据的图表化。

5. Microsoft Powerpoint 2010。通过一个元旦晚会的演示文稿，掌握演示文稿中文字、动画、声音和视频的添加。

6．程序设计基础。完成顺序结构、分支结构、循环结构、循环和分支结构流程图编程；运用FreeMind绘制思维导图，运用XMind绘制鱼骨图。

7．计算机网络。完成无线路由器的设置和无线局域网上网，组建电力线载波局域网。

8．计算机信息安全。掌握如何保护自己的隐私和秘密，网络安全技术的使用。

教育需要创新，“大学计算机基础”课程的教学应该教什么（内容）？如何教（方法）？在当前形势下，探索以计算思维为导向的教学设计，使教师和学生真正能够在教学中学会构建计算环境、进行问题求解，是我们正在寻找的突破点。

参考文献：

[1] 教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会. 高等学校计算机基础教学发展战略研究报告暨计算机基础课程教学基本要求[M]. 北京：高等教育出版社，2009.

[2] Jeannette M. Wing. Computational Thinking[J]. Communications of the ACM. 2006, 49(3).

[项目来源：教育部高等教育司大学计算机课程改革项目（2-4）“基于计算思维的地方高校大学计算机基础课程教学改革与实践”]

[责任编辑：余大品]