我国大学计算机课程现状及改革探索

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  • 更新时间2018-08-16
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  摘要:虽然历经不断改革,但种种现状表明,我国的大学计算机课程教学仍然处于危机状态。本文探讨了造成我国大学计算机教学危机的主要原因,介绍了我国“计算思维”理念下的大学计算机课程教学改革,综述了我国大学计算机课程的改革历程、取得的成果,讨论了仍然存在的问题。


  关键词:大学计算机;现状;基础课;计算思维;改革;


  作者:赵宏等


  一、大学计算机课程现状


  大学计算机课程是指在大学中为非计算机专业学生开设的,以计算机相关基础知识为主要内容,使大学生具备使用计算机解决专业和生活问题基本能力的一系列通识基础课程。


  1.大学计算机课程目前面临危机


  虽然大学计算机课程的重要性得认可,但目前的种种现象表明,我国传统的大学计算机课程教学已陷入了危机之中。在各高校的大学计算机课程中,无论是重点高校还是普通高校,如下现象普遍存在:


  (1)学校方面。一些高校的教学主管部门直接质疑设置大学计算机基础课程的必要性。很多学校都已经缩减了大学计算机基础课程的学时和学分,有的学校只保留了程序设计类课程,或者将“大学计算机基础”课程从必修改为选修,个别院校甚至取消了计算机基础课程。


  (2)学院方面。专业学院对大学计算机教学效果不满意,认为对专业的学习和研究帮助不大。对于将计算机基础知识与专业知识相结合的大学计算机课程教学改革,也没有表现出积极配合的态度和意愿。在制订教学计划时,往往倾向于取消大学计算机课程。


  (3)教师方面。在很多大学中,大学计算机课程事实上已沦为鸡肋,没有专门从事大学计算机课程教学的老师,临时安排计算机专业教师或研究生来完成教学任务。由于许多学校基础课教学改革任务繁重,但成果与职称评定条件不挂钩,导致大学计算机课程的教师不愿意投入更多的时间和精力。


  (4)学生方面。大学生普遍对大学计算机课程不感兴趣,逃课率相对较高。有些学生就直接质疑大学计算机课程的必要性,教师经常被问到的问题就是“我是XX专业的学生,为什么要学习编程?”各种问卷调查也表明,学生认为计算机对学业和生活很重要,但大学计算机课程则不是他们想要的。


  2.危机的主要原因分析


  大学计算机重要的基础课地位与我国目前大学计算机课程教学危机现状之间的矛盾,已经摆在教育工作者面前。如何解决这一矛盾,是需要长期深入研究和探讨的问题。


  分析造成大学计算机危机的主要原因,可以归结为以下三点:


  (1)无论是国家层面、教育界还是各高校、各专业学院,对大学计算机课程的重要性认识不足,对计算对各学科发展的促进作用还缺乏明确、统一的认识。因此,大学计算机在根本上没有得到应有的重视和投入,其改革也没有真正全面深入地开展。大学计算机课程更像是公共计算机基础课教师的“自娱自乐”,由于得不到在人力、财力以及成果认定上的有力支持,教师不愿意投入更多精力,在教学内容、教学方法上不可能有根本性的改变。


  (2)大学计算机是培养非计算机专业学生具备应用计算手段进行学科研究和创新的能力的系列课程。但目前,在“大学计算机”与“专业计算机”的关系和区别方面也缺乏明确的理解,从而导致目前大学计算机课程知识体系和课程体系的不合理,大学计算机课程逐渐演变成计算机学科知识体系的一个“浓缩版”。由于学时的限制,计算机学科的一门专业课,在大学计算机课程中,只能作为一章来介绍,浅尝辄止。导致教师无法讲明白,学生听不懂。这也是学生不感兴趣、老师不愿意教的主要原因。


  (3)在“什么是大学计算机”这个问题上还没有形成共识。计算机中的基本概念和方法是什么?如何将计算机的基本概念和方法与专业课进行有机的结合,培养学生充分利用计算机及相关技术,去理解问题、抽象问题和解决问题的能力和素质?“计算思维”能力的培养如何落实到日常的教学中?这些问题一直没有得到很好的回答。因此,目前的大学计算机课程教学在一定程度上已经演变成教一些空洞抽象的理论、编程训练或者是几个工具软件的使用。这种训练仅仅使学生临时记住几个名词、暂时掌握一门可能永远不再使用的高级语言或几个软件工具。


  在大学计算机基础课地位和内涵快速提升的新形势下,改革大学计算机课程教学使其适应计算机科学技术发展,满足各专业掌握相关信息技术和大学生日常工作生活的需求,是历史赋予大学计算机课程的使命。


  二、“计算思维”理念下的大学计算机课程教学改革


  “计算思维”理念的提出及其对国外计算机基础教学带来的变化,为我国陷入危机之中的大学计算机课程教学带来了曙光。


  1.改革历程


  在我国,计算思维的重要性也已引起了科学家和教育界的高度重视,教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会也认识到了计算思维能力的重要性。在“计算思维”理念下,我国也开始了大学计算机课程教学改革的进程。


  从2008年开始,当时的教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会在陈国良院士的带领下,组织了将近20场各种类型的专题研讨,从计算思维的基本概念出发,就哲学层面、科学层面以及教学层面的表达形式进行了深入的讨论,逐步实现计算思维从哲学的表达体系向教学表达体系的过渡,以提高国内计算思维领域的科学研究和计算机教育的水平[1]。


  2010年7月,北京大学、清华大学、西安交通大学等9所“985工程”高校在西安召开了首届“九校联盟(C9)计算机基础课程研讨会”,发布了《九校联盟(C9)计算机基础教学发展战略联合声明》,正式拉开了我国大学计算机课程改革的序幕。该声明明确了要旗帜鲜明地把“计算思维能力的培养”作为计算机基础教学的核心任务[2,3]。


  2012年8月,教育部高教司设立以计算思维为切入点的大学计算机课程改革项目[4,5]。该项目通过3项“大学计算机课程系统性规划研究项目”和19项“大学计算机系列课程及教材建设项目”的研究和建设,进一步提高计算思维在大学计算机基础课程教学中的教学理论水平和实践水平。


  2013年4月,包括北京大学、清华大学、厦门大学等43所院校在厦门召开研讨会,并达成“大学计算机研讨43院校厦门会议共识”。该共识旗帜鲜明地提出了“建设大学计算机体系”、“进一步确立大学计算机基础课程的基础地位”和“在坚持面向应用的过程中培养计算思维”等大学计算机课程改革方向。


  2013年5月,教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会发布了旨在大力推进以计算思维为切入点的《计算思维教学改革宣言》。宣言明确了“科学思维能力的培养是教育的最重要和最基本的目标之一”,“通过以计算思维为切入点的计算机课程改革,大胆扬弃现有的教学观念和方法,建设适应时代要求的新的教学体系”以及“在这项改革中,我们面临的最大挑战就是构建培养计算思维能力的教学体系”等问题。


  2013年7月,在第二届“计算思维与大学计算机课程教学改革研讨会”上[6],来自全国各高校的360余名教师参加了此次研讨会。会上进行了成果分享,同时,陈国良院士等众多与会代表在大会上也表达了“计算思维是潜移默化地培养,不应该为计算思维而计算思维”等观点。


  2.标志性成果


  在计算思维理念下,我国大学计算机相关课程的改革取得了一系列的标志性成果。


  2011年,陈国良院士等认为大学第一门计算机基础课程是计算思维培养的一个关键[7],初步构建了以计算思维为核心的“计算思维导论”课程,并给出了该课程任务、基本要求,教学内容和教学方法。2012年,陈国良、王志强等出版了《计算思维导论》教材[8],并在深圳大学开设了“计算思维导论”课程。唐培和也出版了《计算思维导论》教材[9]。


  2012年,李晓明教授在全国多个高校开设了“网络、群体与市场”课程[10],并于2013年开始开设了相应的MOOC课程[11]。该课程从交叉学科的角度出发,综合运用经济学、社会学、计算与信息科学以及应用数学的有关概念与方法,研究网络行为原理及其效应机制。课程讲解了一些社会学和经济学的经典问题实例是如何转变为计算机可以解决的形式,完全脱离了传统的计算机教材里面对系统讲述计算机专业知识的讲授路线。该课程是培养计算思维的一个有益的尝试。


  2013年2月,战德臣教授等通过构建计算思维教育空间——计算之树[12],从计算技术与计算系统的发展角度阐述了“核心”的计算思维,给出了大学计算机所面对的知识空间,进而通过分析非计算机专业学生未来对计算思维能力的需求,给出了大学计算机课程教学的一个内容体系方案。


  2013年4月的厦门会议上,桂林电子科技大学的董荣胜教授做了“计算思维的表述体系(草案)”的报告;2013年7月,陈国良、何钦铭等在第二届“计算思维与大学计算机课程教学改革研讨会”上,公布了《计算思维教学改革白皮书(征求意见稿)》(以下简称白皮书)[13]。他们构建了具有8类基本计算原理(计算、抽象、自动化、设计、通信、协作、记忆和评估)的计算思维的表述体系。


  同时,白皮书也将这8类基本计算原理的关注点及涉及的核心概念进行了梳理,如下表所示。


  该计算思维表述体系参考了CC1991的12个核心概念和周以真的计算思维的基本概念,借鉴了Denning在“伟大的计算原理”的分类方法。其创新点在于:(1)白皮书在Denning的7类计算原理基础上增加了“抽象”,更好地描述了计算思维的本质;(2)Denning的7大计算原理是并列关系,白皮书将8大计算原理划分为3类,更好地描述了各原理的抽象层次和相互关系。


  白皮书还以理工科计算机基础教学知识体系为研究对象,构建了4×3的知识体系结构。


  还有一些在计算思维理论、计算机方法论、深化大学计算机课程改革具体方案等方面进行的研究和尝试[14-20],在此不一一阐述。


  三、讨论


  “计算思维”是一种以抽象、算法和规模为特征的解决问题之思维方式,是信息时代和知识经济所需要的思维[21]。现代社会通过“计算思维”来促进自然科学、工程技术及社会各领域产生革命性的成果。因此,培养大学生计算思维的大学计算机课程的基础课地位不容忽视和动摇。


  针对我国大学计算机课程处于危机的现状,我国已经开展了3年多的以“计算思维能力培养”作为计算机基础教学核心任务的大学计算机课程教学改革,作为培养大学生“计算思维”的大学计算机课程的基础性地位得到了共识,也涌现出了一些研究成果。2012年以来,在教育部高教司设立以计算思维为切入点的大学计算机课程改革项目的推动下,新一轮“计算思维”理念下的大学计算机课程改革取得了阶段性的成果,对大学计算机进一步深化改革具有理论上的指导意义。


  但总体来说,目前我国在大学计算机课程中培养“计算思维”的改革仍处于摸索阶段。在内容和方法上的突破性改革成果还不明显,还没有形成一套或几套科学的、得到普遍认可的、操作性强的大学计算机课程体系,更缺少将计算思维能力培养与学科专业发展紧密融合的研究成果,真正全方位进行大学计算机课程深化改革的高校数量较少。


  最为重要的是,大学计算机课程改革还没有得到国家层面的有力支持。例如2012年设立的大学计算机课程改革项目,一个项目几万元的经费是由高校和合作出版社共同承担,这与美国CPATH计划几千万美元的投入相去甚远。


  正如李廉教授所言[1],随着云计算、社会网络、物联网、普适计算、移动通讯这些新技术的迅速发展,使得人们去编制一个程序的任务将会被寻找一个程序的任务所替代。对于大多数人所从事的工作而言,理解问题,并在云平台上找到解决问题的工具,其现实意义可能会远远大于自己动手制作解决问题的工具。目前大学计算机改革的一个重要特征是:在非计算机专业的人才培养目标中,如何更好地实现专业化和信息化相融合的模式,提升未来社会对于计算机的理解和应用的整体水平。因此在这样的时代背景下,究竟给学生讲什么、怎么讲,成为一个尖锐的问题摆在了我们面前。


  我国大学计算机的危机现状还没有从根本上得到改善,其改革绝不是一本体现计算原理的教材的编写,更不是在一门计算机基础课中有目的地结合计算思维的基本概念进行讲授。时代的进步要求人们提升对于计算机的理解和应用的整体水平,计算思维成为未来社会的基本思维。计算思维的培养必须与计算机应用结合起来,“计算机应用”能力和“计算思维”能力彼此促进,共同提高。另外,大学计算机课程课堂教学学时数有限,其课程体系的内容只能讲最基本的概念、练最基本的操作,不可能大而全。大学计算机课程应该起到“使大学生具备基本的计算机应用能力,同时埋下一颗有意识使用计算解决专业和生活问题的计算思维的种子”的作用。学生真正具备计算思维能力,还需要更多与专业相结合的相关课程和实践的训练。


  历史赋予了大学计算机课程如此重要的使命,其改革需要国家、高校和广大大学计算机课程教师在各个层面上的共同努力,相关专家和教育工作者任重道远。