大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)體系研究

郭福亮，周 鋼，李永杰

（海軍工程大學(xué) 電子工程學(xué)院，湖北 武漢 430033）

0 引 言

“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”是大學(xué)第一門信息類課程，是大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)“1+X”課程體系中的基礎(chǔ)性課程。該課程目標(biāo)是提供學(xué)生基本信息素質(zhì)和計(jì)算思維的教育，培養(yǎng)學(xué)生掌握一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、技術(shù)和方法，具備能夠利用計(jì)算機(jī)解決專業(yè)領(lǐng)域問題的初步能力[1]。大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力為目標(biāo)，著力提升學(xué)生的上機(jī)操作能力，解決實(shí)際問題能力和知識(shí)綜合運(yùn)用能力[2]。

構(gòu)建合理的“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程的實(shí)驗(yàn)體系對(duì)提升學(xué)生的計(jì)算機(jī)實(shí)踐動(dòng)手能力，夯實(shí)計(jì)算機(jī)理論知識(shí)具有重要意義。

1 “大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的問題

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，在教育領(lǐng)域的應(yīng)用越加深入，在新的信息技術(shù)背景條件下，當(dāng)前的“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”實(shí)驗(yàn)課程體系已經(jīng)不能適應(yīng)學(xué)生信息素質(zhì)和計(jì)算思維培養(yǎng)的新要求。

1.1 當(dāng)前實(shí)驗(yàn)體系分析

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)一般可以分為基礎(chǔ)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)3個(gè)層次，其中“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”主要集中于前兩類實(shí)驗(yàn)。其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要集中在文檔處理、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和信息檢索3個(gè)方面[1]，主要涉及計(jì)算機(jī)具體操作的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，采用模塊化教學(xué)方法，將文檔處理、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和信息檢索等具體的信息化操作構(gòu)建成不同具體實(shí)驗(yàn)?zāi)K，根據(jù)應(yīng)用的不同層次劃分為單元模塊、綜合模塊和設(shè)計(jì)模塊，每一個(gè)模塊內(nèi)部由多個(gè)具體的、細(xì)分的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目構(gòu)成[3]。

1.2 當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的問題

目前“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論教學(xué)課程，其實(shí)驗(yàn)課程主要完成文檔處理、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、多媒體應(yīng)用等具體計(jì)算機(jī)應(yīng)用操作。當(dāng)前的“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”實(shí)驗(yàn)體系主要存在兩個(gè)方面的問題。

1）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與理論學(xué)習(xí)內(nèi)容不配套。

“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”的理論知識(shí)主要是計(jì)算機(jī)相關(guān)的基礎(chǔ)理論，涉及信息表示、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、信息安全以及計(jì)算機(jī)語言基礎(chǔ)知識(shí)[4]，而課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要完成諸如Office文檔操作等，與理論學(xué)習(xí)內(nèi)容銜接不緊密、與學(xué)習(xí)進(jìn)度安排不配套，造成理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作“兩張皮”。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目重視基礎(chǔ)操作，對(duì)于理論驗(yàn)證及幫助深化計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論理解的作用發(fā)揮不明顯。

2）實(shí)驗(yàn)難度與學(xué)生操作水平不適應(yīng)。

隨著信息技術(shù)在社會(huì)生活各領(lǐng)域的滲透不斷深入，大學(xué)新生的信息化實(shí)際操作水平也不斷提升，而課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的難度雖然不變，但相對(duì)學(xué)生的操作水平反有所降低。

2016年9月我們?cè)?016級(jí)新生中抽樣800名學(xué)生，使用全國(guó)計(jì)算機(jī)等級(jí)考試一級(jí)的實(shí)操原題進(jìn)行計(jì)算機(jī)實(shí)操能力測(cè)試，得到了各分?jǐn)?shù)段的學(xué)生人數(shù)分布情況，如圖1所示。

根據(jù)分?jǐn)?shù)分布可以發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)過信息基礎(chǔ)操作培訓(xùn)的新生及格率為32%，50分以上達(dá)到55.9%，經(jīng)過簡(jiǎn)單的短期培訓(xùn)即可及格。基礎(chǔ)較弱的需要進(jìn)一步進(jìn)行系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)操作基礎(chǔ)培訓(xùn)，即40分以下達(dá)到18.5%，不到總?cè)藬?shù)的二成。

因此，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前學(xué)生的能力水平，操作難度偏低，但是作為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)操作實(shí)驗(yàn)，在難度上僅需掌握基礎(chǔ)，不需要進(jìn)行提升難度。同時(shí)，對(duì)于部分學(xué)員為了后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)需要，應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)操作培訓(xùn)，也可采用分層多階的方法對(duì)新生進(jìn)行分級(jí)分班進(jìn)行針對(duì)性的培訓(xùn)[5]。

2 新實(shí)驗(yàn)體系設(shè)計(jì)與內(nèi)容

2.1 新實(shí)驗(yàn)體系的設(shè)計(jì)

“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”的實(shí)驗(yàn)課程體系要與理論教學(xué)緊密結(jié)合，結(jié)合學(xué)生的實(shí)操水平針對(duì)性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)體系。該實(shí)驗(yàn)體系基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

實(shí)驗(yàn)體系按照理論教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合課程進(jìn)度劃分知識(shí)單元，各理論單元從易到難分為4個(gè)層次，各層次實(shí)驗(yàn)?zāi)K主要包括：

通過上述的教學(xué)方法反思，大致了解了開展教學(xué)活動(dòng)應(yīng)從哪些方面來入手，教師在進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)時(shí)能夠更好地避免問題的發(fā)生。進(jìn)行教學(xué)反思的實(shí)際意義在于：第一，小學(xué)語文教學(xué)反思促進(jìn)了教學(xué)活動(dòng)的發(fā)展，使教學(xué)效果得到了更好的提升，彌補(bǔ)了教師在教學(xué)方法上的不足。第二，小學(xué)語文教學(xué)的反思有利于教師在教學(xué)技巧上得到重大突破，更能適應(yīng)當(dāng)代社會(huì)教育下的教學(xué)創(chuàng)新，使得教學(xué)方法在教學(xué)活動(dòng)中能取得更好的效果。因此，小學(xué)語文教學(xué)反思的實(shí)際意義我們要充分認(rèn)識(shí)，積極進(jìn)行教學(xué)反思，不僅提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，還能取得良好的教學(xué)效果。

圖2 課程實(shí)驗(yàn)體系結(jié)構(gòu)圖

（1）演示型實(shí)驗(yàn)。演示型實(shí)驗(yàn)是理論課內(nèi)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，是老師在理論課上使用具體實(shí)例演示理論學(xué)習(xí)中的重難知識(shí)點(diǎn)。由于“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程的知識(shí)面廣，特別涉及硬件系統(tǒng)和操作系統(tǒng)等，理論知識(shí)復(fù)雜而抽象，以實(shí)物、動(dòng)畫等形式演示計(jì)算機(jī)信息處理相關(guān)過程，在演示中使得學(xué)生加深對(duì)理論的理解。

（2）自主型實(shí)驗(yàn)。自主型實(shí)驗(yàn)是課外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，是學(xué)生在課外通過在線學(xué)習(xí)等方式完成計(jì)算機(jī)實(shí)際操作的訓(xùn)練。自主性實(shí)驗(yàn)主要是配合理論課程進(jìn)度完成文檔編輯、多媒體應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用為主的相關(guān)軟件的基本使用和實(shí)際操作。通過上節(jié)分析，只有不到一半的新生需要進(jìn)行計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)操作的訓(xùn)練，不到兩成的新生需要系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)操作的訓(xùn)練，因此，自主型實(shí)驗(yàn)以選修課程的形式開設(shè)，通過網(wǎng)絡(luò)自學(xué)完成相關(guān)基礎(chǔ)實(shí)操學(xué)習(xí)訓(xùn)練。后一小節(jié)將對(duì)自主型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的分析介紹。

（3）驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，主要與理論課程進(jìn)度同步開展相關(guān)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，一是采用虛擬實(shí)驗(yàn)方式完成計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論關(guān)鍵知識(shí)的體驗(yàn)和驗(yàn)證，每?jī)蓪W(xué)時(shí)的理論課程配套一個(gè)學(xué)時(shí)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)；二是利用Python語言完成相關(guān)理論知識(shí)的編程。

（4）綜合型實(shí)驗(yàn)。綜合型實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，分為兩個(gè)部分：一是對(duì)理論課程對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)所蘊(yùn)含的計(jì)算思維在社會(huì)生活或?qū)I(yè)領(lǐng)域的具體應(yīng)用，進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)應(yīng)用，對(duì)于軍隊(duì)院校主要是對(duì)相關(guān)軍事應(yīng)用領(lǐng)域的計(jì)算思維的初步應(yīng)用探索；二是針對(duì)數(shù)據(jù)庫技術(shù)、編程基礎(chǔ)等綜合操作要求較高的理論知識(shí)，進(jìn)行簡(jiǎn)單的綜合運(yùn)用。

結(jié)合常規(guī)的“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”的理論授課內(nèi)容，按照“計(jì)算思維”的培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)體系的主要內(nèi)容，見表1。

2.2 自主實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，在教育領(lǐng)域形成以MOOC為代表的一系列在線教育教學(xué)技術(shù)和平臺(tái)。我們依托網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和計(jì)算機(jī)新技術(shù)構(gòu)建了“四位一體”的網(wǎng)絡(luò)自主實(shí)驗(yàn)環(huán)境，主要包括實(shí)驗(yàn)導(dǎo)學(xué)網(wǎng)站、信息化教材、實(shí)操自測(cè)平臺(tái)和實(shí)操示范微視頻，通過這4個(gè)部分構(gòu)建一個(gè)整體的學(xué)生自學(xué)自練自測(cè)的線上實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

（1）實(shí)驗(yàn)導(dǎo)學(xué)網(wǎng)站：實(shí)驗(yàn)導(dǎo)學(xué)網(wǎng)站主要是通過網(wǎng)站發(fā)布計(jì)算機(jī)實(shí)操實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、步驟、內(nèi)容、注意事項(xiàng)等實(shí)驗(yàn)要素，發(fā)布內(nèi)容根據(jù)理論課堂授課進(jìn)度和實(shí)驗(yàn)計(jì)劃安排進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)布。

（2）信息化教材：信息化教材是在原有實(shí)驗(yàn)教材的基礎(chǔ)上增加信息化元素，主要包括實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的網(wǎng)站頁面地址，解答微視頻的二維碼等。

（3）實(shí)操自測(cè)平臺(tái)：實(shí)操自測(cè)平臺(tái)是將計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)操的項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)自動(dòng)判決評(píng)分的軟件平臺(tái)，主要對(duì)學(xué)生自學(xué)情況進(jìn)行檢驗(yàn)，自測(cè)平臺(tái)一般學(xué)習(xí)過程中安排2～3次測(cè)試。

（4）解答微視頻：解答微視頻是對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)操作項(xiàng)目的各步驟進(jìn)行示范并錄制成微視頻（一般不超過5分鐘），幫助學(xué)生在自學(xué)中參考文字的實(shí)驗(yàn)步驟不能完成時(shí)有視頻輔導(dǎo)。該解答視頻可發(fā)布在實(shí)驗(yàn)導(dǎo)學(xué)網(wǎng)站上，與導(dǎo)學(xué)內(nèi)容配套使用。

利用“四位一體”網(wǎng)絡(luò)自主實(shí)驗(yàn)環(huán)境開展計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)操作類的自主實(shí)驗(yàn)是在老師的安排下，與理論授課進(jìn)度配套的，依托網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息化手段開展學(xué)生的自學(xué)自練自測(cè)，其基本步驟為：

（1）下達(dá)實(shí)驗(yàn)任務(wù)：老師在導(dǎo)學(xué)網(wǎng)站下達(dá)自主實(shí)驗(yàn)的相關(guān)要素以及實(shí)驗(yàn)所需的基本素材。

（2）學(xué)生自學(xué)實(shí)驗(yàn)：學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)教材和導(dǎo)學(xué)網(wǎng)站的引導(dǎo)，利用實(shí)驗(yàn)素材進(jìn)行操作。

（3）學(xué)生網(wǎng)絡(luò)解惑：學(xué)生實(shí)驗(yàn)中遇到疑難點(diǎn)，通過掃描教材上的對(duì)應(yīng)項(xiàng)目二維碼或訪問導(dǎo)學(xué)網(wǎng)站觀看解答微視頻。

表1 實(shí)驗(yàn)體系內(nèi)容

（4）定期學(xué)生自測(cè)：根據(jù)理論授課和自主實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，定期在實(shí)操自測(cè)平臺(tái)安排學(xué)生自測(cè)，一般每?jī)芍芙M織一次，學(xué)期末組織一次集中測(cè)試。

（5）作業(yè)及成績(jī)?cè)u(píng)定：每次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)束后填寫電子版實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)并提交導(dǎo)學(xué)網(wǎng)站，老師進(jìn)行網(wǎng)上批改。成績(jī)?cè)u(píng)定由實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)完成情況，平時(shí)自測(cè)情況和期末集中測(cè)試3個(gè)部分組成。

3 “大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”實(shí)驗(yàn)試點(diǎn)效果

2016年9月我們對(duì)2016級(jí)新生某班次45人進(jìn)行了試點(diǎn)教學(xué)，課時(shí)安排為20學(xué)時(shí)理論授課+10學(xué)時(shí)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)+10學(xué)時(shí)綜合型實(shí)驗(yàn)，另外自主實(shí)驗(yàn)根據(jù)學(xué)生實(shí)操水平不同，平均需要課外自學(xué)時(shí)間約15學(xué)時(shí)。

按照課程實(shí)驗(yàn)體系要求，我們?cè)O(shè)計(jì)導(dǎo)學(xué)網(wǎng)站，購置測(cè)試平臺(tái)，使用實(shí)驗(yàn)教材配套的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，通過一學(xué)期的試點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)，一是通過自主實(shí)驗(yàn)學(xué)員基本能夠達(dá)到熟練計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)操作水平，90%以上能通過最終測(cè)試，和其他利用實(shí)驗(yàn)課上進(jìn)行計(jì)算機(jī)實(shí)操培訓(xùn)班次成績(jī)相當(dāng)；二是通過演示和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)理論知識(shí)理解更加深入透徹，期末理論成績(jī)較普通班次平均分高5分，特別是綜合題表現(xiàn)更為突出；三是綜合型實(shí)驗(yàn)是課上課下混合完成，實(shí)驗(yàn)課上共同探討給出基本思路，課下學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)或圖書館進(jìn)行深入分析，對(duì)計(jì)算思維培養(yǎng)很有好處。

在試點(diǎn)實(shí)踐中也存在以下幾個(gè)問題：一是驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)中使用Python編程難度較大，實(shí)驗(yàn)進(jìn)度難以完成，后續(xù)應(yīng)當(dāng)作適當(dāng)調(diào)整；二是自主型實(shí)驗(yàn)監(jiān)督機(jī)制和方法缺少，存在實(shí)驗(yàn)報(bào)告抄襲情況；三是自主型實(shí)驗(yàn)利用課外時(shí)間開展自主學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)，其學(xué)分認(rèn)定缺乏制度保障。

4 結(jié) 語

通過一個(gè)學(xué)期的試點(diǎn)實(shí)踐，雖然還存在難度偏大、監(jiān)督不嚴(yán)、制度保障不到位等問題，但學(xué)生通過自主實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)操水平?jīng)]有下降，基本理論掌握更加深入，對(duì)計(jì)算思維的理解更加透徹且具備了一定的解決實(shí)際問題的能力，學(xué)生的實(shí)踐能力、理論水平和思維層次均有提升。

新的“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”實(shí)驗(yàn)體系結(jié)合了當(dāng)前學(xué)生的實(shí)際情況，利用了最新的教育技術(shù)，更加緊密貼近理論教學(xué)，更加全面提升學(xué)生實(shí)踐能力和計(jì)算思維，對(duì)其他高校研究和設(shè)計(jì)該課程的實(shí)驗(yàn)體系具有一定借鑒意義。

[1]教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì). 高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告暨計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求[M]. 北京: 高等教育出版社, 2009.

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