郭福亮 周鋼 李永杰 崔良中 汪昭

摘 要：針對傳統(tǒng)計算機基礎課程教學難以滿足學生未來專業(yè)學習和崗位能力需要的問題，根據(jù)軍隊院校計算機基礎課程體系建設目標，提出基于Python語言的“1+2+X”軍隊院校理工類計算機基礎課程，推動體系內課程配套改革。通過融入Python語言優(yōu)化教學內容，形成內容銜接、難度遞進的課程體系，對軍隊院校計算機基礎課程體系建設具有重要的借鑒意義和實踐參考價值。

關鍵詞：計算機基礎課程體系;Python;理工類專業(yè);軍隊院校

DOI：10. 11907/rjdk. 191953 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

中圖分類號：G434文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2020）002-0214-03

英標：Computer Basic Course System of Military Academies with Python as the Main Line

英作：GUO Fu-liang1， ZHOU Gang1， LI Yong-jie1， CUI Liang-zhong1，WANG Zhao2

英單：（1. Naval Engineering University， Wuhan 430033，China;2. Navy 92057，Zhanjiang 524000，China）

Abstract： Aiming at the problem of lack of timeliness and systematicness in the traditional computer basic course system， according to the construction goal of the computer basic course system in military academies， this paper puts forward the “1+2+X” basic course of science and engineering in military academies based on Python language， promotes the reform of course matching in the system， and integrates it into Python language to optimize teaching. By integrating the content of Python optimization， a curriculum system of content cohesion and progressive difficulty， which has important reference significance and practical reference value for the construction of basic computer curriculum system in military academies.

Key Words： computer basic course system; Python; science and engineering major; military academy3.

0 引言

未來軍事是人才的較量，育人是院校的職責。習主席強調，要堅持面向戰(zhàn)場、面向部隊，圍繞實戰(zhàn)搞教學、著眼打贏育人才，使培養(yǎng)的學員符合部隊建設與未來戰(zhàn)爭需要[1]。

為培養(yǎng)適應未來電磁化、信息化、智能化戰(zhàn)爭需求的高素質新型軍事人才，緊跟大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新技術發(fā)展方向，本文以Python語言為線索，圍繞“能力持續(xù)提升”目標，全面改革并構建新型大學計算機基礎課程體系，以培養(yǎng)學生計算思維，提升其計算機應用能力，同時激發(fā)學生創(chuàng)新實踐意識。

1 計算機基礎課程體系規(guī)范建設

1.1 傳統(tǒng)理工類計算機基礎課程體系

理工類計算機基礎課程體系建設與發(fā)展經(jīng)歷了3個階段，分別為“三個層次”課程體系階段、“1+X”課程體系階段和“寬專融”課程體系階段。

1998年，教育部高教司提出“三個層次”課程體系，即計算機文化基礎、計算機技術基礎和計算機應用基礎3個層次，包括計算機文化基礎、計算機軟件技術基礎、計算機硬件技術基礎、計算機信息管理基礎和計算機輔助設計基礎5門核心課程[2]。2006年，教育部高等學校非計算機專業(yè)計算機課程教指委提出基于“4個領域×3個層次”的知識體系，結合各專業(yè)特點與計算機基礎需求，構建“1+X”課程體系[3]?；诖?，教育部高等學校計算機基礎課程教指委還提出，對于理工類專業(yè)，需要構建1門“大學計算機基礎”和X門重點課程，如程序設計基礎、微機原理與接口技術、數(shù)據(jù)庫技術及應用、多媒體技術及應用、計算機網(wǎng)絡技術及應用等課程[4]。2016年，教育部高等學校計算機基礎課程教指委提出“寬專融”課程體系，“寬”是指通知類（基礎類）課程，如大學計算機課程;“專”是指專業(yè)型課程，如程序設計基礎、數(shù)據(jù)庫技術及應用、多媒體技術及應用、計算機網(wǎng)絡技術及應用等課程;“融”是指交叉型課程，以相關專業(yè)內容為背景，將計算機技術與專業(yè)應用相結合[5]。

近年來，隨著人工智能技術的發(fā)展與普及，結合軍隊院?！盀閼?zhàn)育人”的辦學導向，傳統(tǒng)計算機基礎課程體系已難以適應軍隊院校理工類專業(yè)對計算機基礎知識與技能的需要，主要體現(xiàn)在：

（1）對學生能力的培養(yǎng)無法滿足未來專業(yè)學習和崗位能力需要。未來戰(zhàn)場是信息化條件下的智能戰(zhàn)場，未來戰(zhàn)爭是基于信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)，傳統(tǒng)計算機課程體系缺乏對學生軟硬件結合應用能力與人工智能基礎應用能力的培養(yǎng)，課程體系建設不能對標崗位能力需求，精準供給。

（2）課程體系之間缺乏有效聯(lián)系與溝通。計算機基礎課程體系的課程開設時間主要集中在大學低年級（一二年級），在課程時間安排上具有連貫性，但是內容缺乏聯(lián)系性，結構缺乏系統(tǒng)性，難度缺乏遞進性，課程整體系統(tǒng)性不強，難以保證學生信息素養(yǎng)的持續(xù)提升。

1.2 軍隊院校理工類計算機基礎課程體系總體目標

面向未來戰(zhàn)場，精準對接專業(yè)領域對計算機基礎能力的需求，瞄準信息化、智能化戰(zhàn)場對軍事人才的信息能力需求，提出軍隊院校理工類計算機基礎課程體系培養(yǎng)總體目標。

總體目標從知識、能力和思維3個層次分別展開，其中知識是指通過課程學習應當掌握的理論知識，主要包括3部分，即計算機基礎知識、計算機系統(tǒng)知識（軟件和硬件）、計算機應用知識;能力是指學生通過課程實踐教學需要掌握的計算機相關能力，主要包括計算機基礎操作能力、計算機編程實踐能力、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)設計能力、基于信息技術的自主學習能力、計算機科學工程應用能力和計算機創(chuàng)新實踐能力6個方面;思維是指通過課堂教學以及課外創(chuàng)新實踐活動，培養(yǎng)學生靈活運用計算機解決實際問題的思維習慣，主要包括計算思維、計算生態(tài)思維和系統(tǒng)思維3類[6]。

1.3 軍隊院校理工類計算機基礎課程體系課程設置

結合軍隊院校理工類計算機基礎課程體系總體目標，以Python語言為線索，建設“1+2+X”課程體系，其中包括一門基礎型課程，即大學計算機基礎必修課，一般在大一第一學期開設;兩門系統(tǒng)型課程，即程序設計基礎和計算機硬件基礎課程，一般在大一和大二第2學期開設;X門拓展型課程，即對接專業(yè)領域需要、瞄準未來崗位需求開設的計算機新興技術基礎課程，按照拓展深度和應用層次分為基礎應用課程、智能應用課程、創(chuàng)新實踐課程3類?；A應用課程如數(shù)據(jù)庫原理應用、多媒體技術、計算機網(wǎng)絡等均為選修課，一般面向大二和大三學生開設，要求至少3選1;智能應用課程如人工智能導論、物聯(lián)網(wǎng)技術基礎、大數(shù)據(jù)技術基礎等均為選修課，一般面向大三和大四學生開設;創(chuàng)新實踐課程如智能小車設計、智能機器人設計等課外創(chuàng)新活動，主要面向學有余力的學生，可自愿參與。

Python語言是一門新興的面向對象的解釋型語言，在人工智能、大數(shù)據(jù)等領域應用廣泛。計算機基礎課程體系每門課程均以Python語言作為主要編程語言和實踐工具，實現(xiàn)以Python語言為主線貫穿各門課程。具體課程體系如表1所示。

2 基于Python的計算機基礎課程體系構建

2.1 基于Python的大學計算機基礎課程

圍繞大學計算機基礎實踐教學目標，以Python語言為工具，構建多層次創(chuàng)新型實踐教學體系[7]。在課堂教學中設置理論講授與實踐教學各24學時，具體教學安排與設計如表2所示。

大學計算機基礎課程將理論與實踐相結合，先講授Python程序設計基礎知識，重點突出Python基本結構、序列數(shù)據(jù)、常見算法及其配套實驗項目，并借助Python語言的Turtle繪圖進行可視化展示，以加深學生對Python基礎語法、結構與算法的理解，提升對Python語言的興趣。在學生初步掌握Python程序設計基礎知識后，再按照理論教學、實驗驗證、綜合創(chuàng)新逐步深入，以進一步加強學生對理論知識的理解，實現(xiàn)對Python語言的靈活應用。

同時，配合實踐教學的開展，舉辦課程競賽等創(chuàng)新實踐活動，配合實驗內容按照圖文設計、數(shù)據(jù)分析、Python編程3個主題開展開放性創(chuàng)新實踐活動，通過廣泛參與、集中評比以及考評加分，激發(fā)學生的創(chuàng)新動力。

2.2 基于Python的程序設計基礎課程

基于Python的程序設計基礎課程總課時40學時，均在機房授課，按照“輕語法、重結構、強應用”的總體思路進行教學內容設置，并采用豐富的教學案例，配合大學計算機基礎前導課程的Python教學內容，按照1∶3∶6的課時分配完成對Python基礎語法、程序結構與綜合應用的講解，同時配合Python語言極客編程比賽和計算機等級考試輔導等活動，進一步提升學生綜合運用程序設計方法和Python語言通過編程實踐解決實際問題與開展創(chuàng)新實踐的能力。課程設計了“導彈攔截”“天氣預報爬蟲”“天氣預測”“通訊錄設計”等綜合案例，涵蓋了Python語言的數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化、人機交互編程、面向對象設計、網(wǎng)絡爬蟲等方面內容。

課程以機房為主要授課環(huán)境，將課程講授與實際編程練習相結合。實驗分為驗證實驗、基礎實驗和綜合實驗3類，其中驗證實驗主要針對Python語言基礎進行驗證，以加深學生對Python基本結構和序列數(shù)據(jù)類型等的理解;基礎實驗主要以國家計算機等級考試為參考，運用Python語言進行復雜程序結構設計與實現(xiàn);綜合實驗主要針對課程案例庫進行對Python語言爬蟲、數(shù)據(jù)科學、可視化等庫的運用與實踐。

課程考核以上機編程實踐為主，依托Python123的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡平臺開展，主要考察基礎知識、綜合應用、案例實踐、創(chuàng)新實踐4個方面。其中，基礎知識主要通過網(wǎng)絡考試客觀題進行測試，綜合應用通過互聯(lián)網(wǎng)測試平臺進行檢驗，案例實踐主要根據(jù)綜合應用案例的完成情況進行評判，創(chuàng)新實踐主要通過學員參加Python編程極客競賽獲獎情況給予附加分。

2.3 基于Python的計算機硬件基礎課程

基于Python的計算機硬件基礎課程對傳統(tǒng)微機原理與接口技術課程進行了革新，減少對計算機硬件及接口芯片的深入講解，增加對傳感設備、通用接口、接口調用等計算機硬件應用的講解，借助PYNQ（Python on Zynq）[8]開發(fā)架構學習基礎Base Overlay的開發(fā)方法，掌握操作音頻、視頻、網(wǎng)絡、USB、PMOD接口的方法，以及基于PYNQ的片上系統(tǒng)開發(fā)方法。

課程共有50學時，主要分為3部分，即硬件基礎、嵌入系統(tǒng)、系統(tǒng)開發(fā)，分別占16學時，其中硬件基礎主要講解微型計算機基礎、微處理器及總線、指令系統(tǒng)、存儲器技術和輸入、輸出系統(tǒng)，以理論講解為主，配合少量匯編語言演示;嵌入系統(tǒng)主要講解硬件構件封裝、串行通信模塊、定時器、DPIO應用以及ADC、DAC、CMP模塊開發(fā)[9];系統(tǒng)開發(fā)主要配合嵌入系統(tǒng)相關理論，圍繞PYNQ開展實踐教學，包括PYNQ基本控制、音視頻開發(fā)、通用接口開發(fā)、綜合實踐等內容。

2.4 基于Python的其它計算機基礎課程

“1+2+X”計算機基礎課程體系的拓展課程以選修課程和課外實踐活動為主。各課程主要利用Python作為理論教學驗證與實踐工具，進行基于Python的多媒體、數(shù)據(jù)庫等開發(fā)編程實踐，并拓展到樹莓派、Android的嵌入式開發(fā)編程，實現(xiàn)智能應用開發(fā)。

3 結語

軍隊院校理工類專業(yè)的傳統(tǒng)計算機基礎課程教學存在無法滿足未來專業(yè)學習與崗位能力需要、課程內容缺乏聯(lián)系性、結構缺乏系統(tǒng)性、難度缺乏遞進性等問題，因此針對軍隊院校理工類專業(yè)需求，提出以Python為主線的“1+2+X”計算機基礎課程體系，按照基礎型課程、系統(tǒng)型課程、拓展型課程進行分層構建，推動體系內課程改革，優(yōu)化教學內容，涉及Python語言編程基礎、程序設計、嵌入設計、綜合應用及智能應用等不同層次，實現(xiàn)了課程體系內容銜接、難度遞進，從而使課程體系更具有連貫性與整體性。

參考文獻：

[1] 朱曉飛，錢金山. 面向部隊，全面提升軍校教員實戰(zhàn)化教學能力[J]. 教育現(xiàn)代化， 2015（23）：260-261.

[2] 鐘秉林. 世紀之交的中國高等教育——大學本科教學改革[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[3] 教育部高等學術計算機科學與技術教學指導委員會. 關于進一步加強高等學校計算機基礎教學的意見暨計算機基礎課程教學基本要求[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[4] 教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會.? 高等學校計算機基礎教學發(fā)展戰(zhàn)略研究報告暨計算機基礎課程教學基本要求[M]. 北京：高等教育出版社，2009.

[5] 教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會. 大學計算機基礎課程教學基本要求[M]. 北京：高等教育出版社，2016.

[6] DUNCAN C.Reported development of computational thinking，through computer science and programming， and its benefits for primary school students （abstract only）[C]. ACM Technical Symposium on Computer Science Education，2018.

[7] ZHOU G，GUO F. Application of education information technology in the “fundatmentals of computer” curriculum reform[C]. 2016 8th International Conference on Information Technology in Medicine and Education， 2016.

[8] 董亦博.? 基于PYNQ的圖像視覺顯著性檢測系統(tǒng)設計[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2018.

[9] 王宜懷. 嵌入式技術基礎與實踐[M]. 北京：清華大學出版社，2017.

（責任編輯：黃 ?。?/p>