大學計算機基礎課程教學改革策略

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摘要：目前，大學計算機基礎課程的教學尚存在一些缺陷，使得課程的教學質量沒有達到理想效果。文章深入剖析了高等院校目前在該課程教學上存在的種種問題及其產生原因，闡述了教學改革的必要性，著重介紹在當前環(huán)景下運用人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網等先進技術構建智慧課堂教學平臺，對計算機基礎課程教學進行改革的具體方案，以期對高等院校的計算機類課程的教學改革有所助益。

關鍵詞：大學計算機基礎；教學改革；人工智能；智慧課堂

云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能新興領域的崛起，推動信息技術全面滲透于人們的生產生活中。信息技術的核心在于計算機技術和通信技術。然而，雖然目前各個高校都開設了計算機基礎課程，但是其教學卻存在著諸多問題，導致該課程無法達到預期的教學效果。教育部在2012年《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》，其中指明“以教育信息化帶動教育現(xiàn)代化，促進教育的創(chuàng)新與變革”[2]。因此，本文以華中師范大學計算機基礎課程教學為例，深入闡述了傳統(tǒng)計算機基礎課程教學的弊端，提出了在當前人工智能如火如荼的時代背景下，如何應用人工智能相關技術對傳統(tǒng)的計算機基礎教學進行改革的具體方案。該方案以創(chuàng)建網絡智慧課堂教學模式改革為主體，輔以教學觀念、知識體系和課程考核方式改革，以期對高校的計算機基礎課程教學有所裨益。

1傳統(tǒng)教學的缺陷

⑴課程的教學地位沒有引起足夠的重視一些高校為計算機基礎課程分配較少的學時（少于48學時），甚至有的專業(yè)將此課程設置為選修課。這種設置降低了該課程在教師和學生心目中的位置，導致了對該課程的忽視。同時，不少老師因為學時不夠，時間緊迫，僅僅講述與考試相關的內容，不考的一概不講。這導致學生的眼界受限，知識和能力受限，無法培養(yǎng)其全面綜合的計算機素質。還有的專業(yè)沒有將這門課給專業(yè)的計算機學院的老師講授，而是隨意安排授課人員。沒有經過系統(tǒng)專業(yè)訓練的教師缺乏足夠的知識儲備，很難講好這一門看似簡單的課程。⑵課程教學內容的制定與當今時代對于信息化人才的需求脫節(jié)一些高校的現(xiàn)狀是計算機基礎的課程教材知識陳舊[3]、質量堪憂，教材總是無法跟上知識更新的步伐，例如都2019年了還在講Office2010。有的高校由于缺乏對課程的重視，沒有對教材優(yōu)中選優(yōu)，而是基于利益的考慮，優(yōu)先選擇自己院系編寫的教材。其教材內容是七拼八湊，沒有整體性、邏輯性和連貫性，更不用說前瞻性。這樣的教材，無疑對學生的學習設置了巨大的屏障。除此以外，一些院校的課程教學知識體系不夠明確和完善，教學大綱的制定不夠科學。從教學大綱中制定的學時分配來說，常常偏重實用性[4]，常用計算機軟件操作占據(jù)了大部分的課時。這會讓教師在授課時輕理論而重操作，如此培養(yǎng)學生，非常不利于其計算思維的形成，對后續(xù)其他計算機相關課程的學習也是很大的傷害。⑶教學模式過于傳統(tǒng)，信息化水平較低從教學方式上來說，傳統(tǒng)的教學模式以教師課堂授課為中心，是以教師為主體的教學模式[5]。在這種模式下，教師仍然主要以填鴨式教學為主[6]，無法通過課堂教學發(fā)現(xiàn)學生的個性化特點，并進行有針對性的教學。另外，雖然計算機基礎課程一般都配備了實驗課時，但是實驗課常常是采用教師布置上機任務、學生做完抽樣檢查的模式。這對于大課堂來說，教師的任務繁重，無法搜集到每一個學生的任務完成情況，無法清晰地掌握學生學習的實際情況和薄弱環(huán)節(jié)。而且，該課程缺乏相應的研討課時，很難讓學生對其所學知識進行深入思考和探究，以增強思辨能力和對課程的學習興趣。⑷課程考核方式不夠公平合理從考核方式上來說，該課程普遍采用“平時成績”+“期末考試”的加權方式對學生成績進行評定。平時成績多由考勤分所得，期末考試多采用機考模式。這種考核方式過于單一化、機械化，無法對學生進行全方位的評價。很多學生來到教室打考勤，但可能根本沒聽講，而是在睡覺或者玩手機。期末機考的公平合理性也是存在著很多的漏洞。例如機考的試題庫可以十年不變，分值的分配和難度的掌握都沒有經過系統(tǒng)的考量。甚至有的考試系統(tǒng)不夠穩(wěn)定和安全，頻頻爆出Bug，嚴重影響了考試結果的真實性。

2新人工智能環(huán)境下對計算機基礎課程改革的具體方案

2012年開始，在隨著卷積神經網絡技術在視覺處理方面的應用取得巨大的成功之后，人工智能到達了有史以來的第三個爆發(fā)期。目前，深度學習技術在AlphaGo、無人駕駛汽車、機器翻譯、智能助理、機器人、推薦系統(tǒng)等領域的發(fā)展如火如荼。與此同時，人工智能技術在教育領域方面的應用已經興起。人工智能的教學產品也已有先例，例如基于MOOC平臺研發(fā)的教學機器人MOOCBuddy等等。基于人工智能的教育是融合云計算、物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、VR、區(qū)塊鏈等新興技術的增強型數(shù)字教育[2].在當前人工智能的大時代背景下，針對傳統(tǒng)計算機基礎的種種弊端，我們提出了如下教學改革方案。⑴改變教學理念，確立計算機基礎課程的重要地位計算機基礎作為高校的一門公共課，實則應當作為各個專業(yè)的學生后續(xù)的學習、科研的必修之課程。因此，高等學校應從源頭上確立該課程的重要地位，將該課程納入必修課范疇，并給與更充分合理的課時分配。除教學課時、實驗課時之外，需要為該課程增加一定的研討課時。任課老師必須是來自于計算機專業(yè)的人才。同時，定時舉辦關于該課程的教學培訓、教學研討會和教學比賽，改變教師的教學理念，從源頭上給予該課程足夠的重視。⑵優(yōu)化教學內容，重新制定課程的教學知識體系教材是教師教學的主要依據(jù)，也是學生獲得系統(tǒng)性知識的主要來源。因此，教材對于教學的重要性不言而喻。教材的選取需要優(yōu)中擇優(yōu)，必要的時候可以根據(jù)自身院校的情況自己編寫，力求使用好的教材使教學事半功倍。在選定優(yōu)質教材的基礎上，制定更加合理的教學大綱，優(yōu)化計算機基礎課程的教學知識體系，突出計算機學科入門相關基礎理論知識的重要地位。對現(xiàn)有的過時內容進行更新，例如操作系統(tǒng)以Windows10的操作取代Windows7，Office這部分使用Office2019版本取代2010的版本，同時增加關于算法入門知識、程序設計入門知識以及人工智能、區(qū)塊鏈等前沿知識單元的介紹。以華中師范大學為例，我們在圖1中給出了該校計算機基礎課程的教學知識體系結構圖。⑶充分利用現(xiàn)代化的教學工具和人工智能技術，構建智慧課堂，改變傳統(tǒng)教學模式現(xiàn)代化的教學應當轉變以教師為核心的教學模式，更加突出學生的主體性地位。因此，在人工智能、物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)等技術和蓬勃發(fā)展的情形下，應當改變傳統(tǒng)的課堂教學形式，充分利用現(xiàn)代化信息技術，將傳統(tǒng)課堂教學和網絡課堂教學模式相結合，構建智慧課堂。融合課堂教學身臨其境的效果與網絡課堂自主性強且方便師生交流的特點，通過師生之間多層次、立體化的互動，達到提升教學效果的目的。同時，建立功能強大、完善的學生實驗平臺，基于不同專業(yè)學生的不同特點和不同需求，進行個性化的作業(yè)設置。針對教師布置的實驗任務和學生的完成情況，結合在線網絡教學系統(tǒng)，通過傳感器及網絡數(shù)據(jù)，搜集學生的學習行為數(shù)據(jù)，并且使用人工智能算法進行智能分析，使教師對當前的學生的學習情況一目了然，并能引導學生對重點、難點的鞏固和掌握。研討課以學生為主體，按照所選課題進行分組調研、分組討論，刺激學生的學習興趣，培養(yǎng)其思辨能力。研討內容最終可以課程論文的形式上交至課程共享平臺，由教師和同學共同給出評分。這里，仍以華中師范大學為例，我們將在線教學系統(tǒng)、實驗課平臺、研討課共享平臺等集成為一個基于人工智能技術的網絡智慧教學綜合平臺系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括用戶管理、在線教學、課堂互動、作業(yè)管理、考試管理、BBS系統(tǒng)、智能分析和平臺管理8個模塊，其主要功能如圖2所示。該系統(tǒng)采用C/S模式，系統(tǒng)的服務器選用Linux服務器，同時開發(fā)基于PC機的和手機端的客戶端系統(tǒng)，方便學生和教師隨時選用、更加靈活。在線教學模塊中的智能學習助理功能，能夠根據(jù)歷史用戶的學習行為和當前用戶的學習行為，自動地識別學習內容中的難點以及當前學生的難點內容，有針對性地對學生進行知識點強化。課堂互動模塊中，通過可穿戴式傳感器搜集學生的學習行為，用于后續(xù)智能分析模塊中對學生的學習態(tài)度和學習行為進行智能分析。在線作業(yè)評價模塊包括機器評價和教師評價兩個功能。機器評價是系統(tǒng)為學生作業(yè)（客觀題、主觀題）自動評分，其中主觀題的評分也是使用人工智能技術來實現(xiàn)。教師評分時可以參考機器評分，減少教師工作量。同時，教師評分為機器評分提供機器學習的經驗數(shù)據(jù)，促進機器評分更加智能。智能分析模塊能夠依據(jù)學生的在線課程學習模塊、課堂學習模塊、作業(yè)管理模塊等搜集到的學習行為數(shù)據(jù)進行綜合分析，促使教師深入了解學生的學習情況和個性化特點，提升教學的針對性，并且有助于后續(xù)對學生進行全面、綜合的分析和成績評定。所有系統(tǒng)模塊中使用到的智能分析技術包括基本的統(tǒng)計分析、以及各類機器學習算法（k-means,NaïveBayes,SupportVectorMachine,DeepLearning等等）。⑷改變傳統(tǒng)成績考核的方式在“教學”+“實驗”+“研討課”課程結構以及網絡智慧教學綜合平臺的輔助之下，學生的成績評定更加全面化、多元化、公平化、自動化[7]。平時成績中，除了教學綜合平臺的“課堂簽到”次數(shù)之外，還增加更多豐富多元化的考察信息，如：學生的課堂討論、在線課程學習和考核結果、平時作業(yè)完成情況，以及智能分析模塊中輔助分析的學習態(tài)度、學習能力、平時成績預測。期末上機考試系統(tǒng)也是智慧課堂綜合平臺的一個子模塊，是精心設計的穩(wěn)定、安全、功能強大的子系統(tǒng)，方便教師每一年更新試題庫，修改bug。試題庫中的每一套試卷都應當經過科學的考卷質量分析，使其難度、覆蓋范圍在一個均衡、合理的范圍。最后，教師通過對各類平時成績指標以及期末考試成績加權，給出最終的學習成績。通過規(guī)范、合理、公平、全面的考核體系，獲得對學生公平、完善的評價機制，激勵學生并刺激教學良性運轉。

3結束語

本文中，我們以大學計算機基礎課程為教學改革對象，針對傳統(tǒng)課程教學的種種弊端，提出了一套在當前人工智能蓬勃發(fā)展的大背景下對該課程進行教學改革的具體方案。其中，利用現(xiàn)代化的信息技術和人工智能技術建立輔助網絡智慧教學平臺，進行教學模式的改革，是方案的重中之重。初步實踐表明，通過教學改革，我校學生對于計算機基礎課程的興趣和學習的積極性增強，其計算機綜合素質和解決問題的能力有了長足的進步。

作者:趙素芬 王賽 單位:華中師范大學計算機學院