學科競賽驅動下計算機導論課程教學改革研究

張佳樂　孫小兵　李斌

關鍵詞： 計算機導論；學科競賽；課程改革；混合教學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）21-0162-03

以計算機技術為驅動的信息化時代，創新型人才培養至關重要。其勢必會推動國家、民族、社會的長遠發展，提高國家核心競爭力。計算機作為高等教育體系中的熱門專業，更加注重學生的創新能力培養。但從實際發展情況來看，國內高校仍采用理論化、教條化的授課方法，難以激發學生的創新熱情和自主學習能力[1]。計算機導論是面向計算機專業本科生開設的第一門學科基礎課，也是培養學生認知計算體系、建立計算思維、提升創新能力的利器[2]。為此，文章結合高等院校計算機專業學科競賽，以創新人才培養、激發創新熱情為導向，探究計算機導論課程教學改革新思路。

1 計算機導論課程概述

計算機導論是計算機領域學生學習計算機知識的敲門磚。通過該課程的學習，學生能夠初步、系統地了解計算機相關基礎知識，為日后學習專業知識奠定基礎；同時學習該課程還可培養學生計算思維，提高發現問題、解決問題的能力，培養良好的學習習慣[3]。對于本課程的教學，知識點涉及廣泛，不僅僅包含簡單的計算機基本概念，還包含了人工智能、軟件開發、計算機網絡等知識點。為了讓計算機導論課程更好地適應社會發展，真正發揮導論課程的作用，為專業課程筑牢扎實的地基，現在需要對本門課程進行教學改革。

2 課程現狀及存在問題

2.1 學生基礎存在差異

目前，大一新生的計算機基礎起點已經得到了提高，但由于不同高中院校對計算機基礎知識重視程度不同、地域發展、高考體系不同等差異的存在，導致學生基礎差異較大。學生來自省內不同的高中，甚至不同的省份，同一專業學生的計算機基礎知識和操作水準差異較大。課程多采用大班教學，難以滿足全部學生的個性化學習需求，更談不上因材施教。教學效果不理想的其中一個原因正是學生基礎的差異性，導致教學難度增加。

2.2 培養模式循規蹈矩

現在的本科院校學生接受的教育多為應試教育[4]。老師將書本上的內容、答題高分的技巧傳遞給學生，學生被動地接受知識。這種填鴨式的教育導致學生遇到問題的時候，缺乏思考，創新思維能力薄弱。而造成這種現象的原因則是傳統教育考核方式是書面教育與答題，這直接導致學生只會答題，卻很少通過自己動手做實驗獲取知識，致使學生動手能力差。

2.3 教學內容過于單一

由于計算機導論這門課程是計算機專業的第一門專業基礎課程，所以課程內容設定較為廣泛，基礎理論知識比重大且知識點分散。課程為學習計算機學科的學生后期學習專業課打下基礎。但單一的理論內容的教學，使得學生在學習知識的過程中感覺枯燥乏味，從而產生了學生對知識點掌握較差的現象。

3 計算機導論課程教學改革與實踐

3.1 計算機專業學科競賽

結合實際情況來看，計算機專業所涉及的學科競賽主要包含以下五個方面：“互聯網+”、中國高校計算機大賽、“挑戰杯”、程序設計類以及機器人大賽[5]，如表1所示。

1）“ 互聯網+”

中國“互聯網+”大學生創新創業大賽，目的是提升大學生創新創業能力，加快培養創業型人才。參賽團隊通過登錄全國大學生創業服務網進行報名。賽事主要采用校級初賽、省級復賽、總決賽三級賽制。層層選拔后產生若干個優秀項目入圍總決賽。大賽設金獎、銀獎、銅獎和各類單項獎；另設高校集體獎、省市組織獎及若干獎項等。

2） 中國高校計算

機大賽中國高校計算機大賽（簡稱C4） 主要有：大數據挑戰賽、團體程序設計天梯賽、移動應用創新賽、網絡技術挑戰賽和人工智能創意賽，由教育部高等學校計算機類專業教學指導委員會等主辦。賽事主要采用資格賽、選拔賽、挑戰賽三級賽制。C4賽事因其“服務教學、推動教改、促進融合、引領創新”的辦賽理念，在高校群體中產生了廣泛而深遠的影響。

3）“ 挑戰杯”

由共青團中央、教育部、中國科協、全國學聯主辦的“挑戰杯”比賽是國內大學生最關注最熱門的全國性競賽，包含全國大學生課外學術科技作品競賽以及中國大學生創業計劃大賽兩大賽事。兩個項目的全國競賽交叉輪流開展，每個項目每兩年舉辦一屆。全國大學生課外學科技術競賽簡稱“大挑”，更注重于參賽作品在學術科技發明創作方面帶來的實際意義與特點。中國大學生創業計劃大賽俗稱“小挑”，更注重參賽作品市場與技術服務的結合，商業性更強。

4） 程序設計類

程序設計類大賽有ACM-ICPC國際大學生程序設計競賽、藍橋杯全國軟件和信息技術專業人才大賽和“中國軟件杯”大學生軟件設計大賽。程序設計類比賽考察了學生編程、團隊合作、創新力等綜合能力。藍橋杯全國軟件和信息技術專業人才大賽面向全國所有在讀學生，中小學生可參加青少年創意編程組比賽，而研究生、本科生、高職高專、中職中專學生可報名參加除青少年創意編程組外的其他各類比賽。

5） 機器人大賽

機器人大賽有中國機器人大賽、RoboCup機器人世界杯中國賽、中國機器人及人工智能大賽、中國高校智能機器人創意大賽以及全國大學生機器人大賽。大賽不僅僅培養了學生綜合運用知識的能力，還培養了學生提出問題解決問題的能力，同時比賽還更具有趣味性。正因如此，激發了學生參與比賽的積極性，從而助力了機器人領域以及人工智能領域的人才培養。

3.2 結合學科競賽重構教學內容

為了更好地激發學生參與競賽的積極性與創造力，結合各種競賽所需具備的知識基礎，對教學內容進行優化調整，優化后的教學內容分為八大知識單元，如表2所示。

根據調整后的教學內容，按照競賽類別與理論知識的關系設定教學任務，并引導學生選擇參加適合自己的競賽類別。

前四個單元教學內容，主要是培養學生建立計算思維，了解基本計算機知識體系。后四個單元的教學內容則是為了學生后期參加各類別學科競賽建立專業知識基礎。例如，對于軟件工程這個單元的教學內容則是軟件工程全生命周期知識體系，著重培養學生對軟件開發和維護的理解能力，從而可以去參加程序設計類競賽；計算機網絡與安全這塊知識單元則是重點講解計算機網絡基本概念和架構，培養學生對計算機信息安全體系結構的理解能力，繼而可以參加“挑戰杯”、中國高校計算機大賽和“互聯網+”類別的競賽；人工智能概述這一單元的知識旨在培養學生應用人工智能理論解決工程問題的思維模式，為學生參加機器人大賽打下基礎；Python程序設計教學單元的設定目的在于培養學生編程思想與程序設計能力，可以激勵學生參與程序設計類競賽。

3.3 實行“線上+線下”混合教學模式

互聯網的飛速發展，不僅僅給人類生活帶來了便利，還為現代化教學帶來了便利。對于MOOC網的出現，可以更好地讓學生把握學習的進度[6]。如圖1所示，課程以中國大學MOOC網為依托，進行了“線上+ 線下”混合教學模式，在一定程度上可以緩解學生基礎所帶來的差異性，同時也培養了學生自學能力、思考能力以及團隊合作的能力。

課程開始之前，同學們可以從MOOC網進行課程線上預習。若遇到不理解的知識點提出問題，反復觀看課程去思考問題。如果沒有獲得問題的答案，可以嘗試通過小組討論將知識點理解。

課中教師進行理論教學，提出問題供學生討論。學生分組完成課堂任務，并分組進行匯報，不同小組之間互相點評，最后由教師進行點評。同時也會請參加過競賽的學生交流競賽經驗，展示競賽項目，這樣不僅僅能讓學生更了解競賽同時還能激發學生參與競賽的熱情。

課后學生們根據自己感興趣的競賽方向進行進階知識的自學。課后可以通過線上和線下相混合的方式發布作業，學生自由分組相互協作完成作業，遇到問題可以通過線上的方式和教師進行交流。

通過進行“線上+線下”相結合模式的教學，不僅僅讓學生汲取知識的時間更加自由，還可以反復推敲知識點，使得基礎知識學得更扎實。同時競賽項目的分享，更能讓學生深入了解各大競賽內容，激發學生創造力，自主學習力。教學過程中，分小組去完成教師布置的任務，需要每一位小組成員參與其中，不僅僅提升了學生的責任心、動手能力同時還提升了學生之間團隊合作能力。

3.4 多維度考核方式

考慮到學生多方面發展，將考核方式進行改革，采取多維度考核方式?？荚嚨目偝煽冇善綍r成績和卷面成績兩個部分組成，分別占比40%和60%。而平時成績又由MOOC網學習成績，課堂作業以及作品展示三個部分組成，如圖2所示。

測試成績30%、討論30％與作業30％共同構成MOOC學習成績，其占平時成績的30％。MOOC網在每個知識單元視頻后，發布單元測試題，旨在考查學生通過觀看MOOC網視頻對主要知識的掌握。同步開放討論區，可以讓學生互相提問、互相解答問題，學生通過互相學習互相講解將知識理解更透徹，平臺根據學生的參與情況進行打分。不僅如此，平臺可根據教學內容布置單元綜合作業若干題，學生需在平臺上將作業完成并提交，參與作業的自評以及同學之間的相互評價，MOOC系統自動生成作業得分。

課堂作業則是考查學生在課堂中知識掌握的情況，以檢驗學生課堂中的學習能力對于知識的汲取程度。

作品展示則是為了考查學生分組完成任務的情況，這一部分在平時成績占比為40%，主要包含作品（40%） ，匯報（30%） 以及問答（30%） 三個部分。分組作業的方式更能考驗學生團隊合作能力，作品的展示以及課堂中對于作品的問答體現了小組成員的知識能力。課堂匯報鍛煉了學生的表現力，為日后參與競賽打下基礎。

期末考試則是采用無紙化、智能化線上考試系統?？荚嚂r間為120分鐘，題型為：基礎題（40分）和操作題（60分）?；A題主要是填空題和選擇題，主要考查學生對基礎理論的掌握，而操作題則是更能反映學生對知識的運用能力。

4 結束語

信息化、智能化的時代背景對高校創新型人才培養提出了更高要求，課程教學改革與創新顯得至關重要。計算機導論作為計算機專業學生入學的第一門基礎性課程，在培養學生認知計算體系、建立計算思維、提升創新能力上發揮重要作用。結合高等院校計算機專業學科競賽，以創新人才培養、激發創新熱情為導向，對教學內容進行優化與重構，加強了課程內容與學科競賽的深度融合。此外，利用MOOC平臺開展“線上+線下”混合教學模式，開展多維度考核方式改革工作，積極引導學生學研并重、勇于創新，為新時代計算機領域培養優秀人才。