張思萌 姜丹 王輝

摘要：針對(duì)新工科背景下“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程實(shí)際教學(xué)中的學(xué)生動(dòng)手能力弱的問(wèn)題，提出了課程配套的基于低代碼平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，并將云計(jì)算、人工智能模型等新興技術(shù)引入課堂，介紹了該套實(shí)驗(yàn)課程的詳細(xì)內(nèi)容，闡述了其教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：低代碼平臺(tái)；軟件開發(fā)；高校教育；計(jì)算機(jī)教學(xué)

中圖法分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

１ 引言

２０１７ 年，相關(guān)部門提出“新工科”計(jì)劃，目標(biāo)是為新興的工科產(chǎn)業(yè)提供人才儲(chǔ)備。自該計(jì)劃推出以來(lái)，以“新工科”為核心的課程建設(shè)成為各大高校改革發(fā)展的重要方向［１～２］ 。在近幾年的新興技術(shù)中，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)安全等技術(shù)百花齊放，成為計(jì)算機(jī)時(shí)下最熱的發(fā)展方向，而這些技術(shù)的共同點(diǎn)是發(fā)展速度快、技術(shù)壁壘高，需要技術(shù)積累和沉淀，顯然這些新興的發(fā)展方向給高校的計(jì)算機(jī)教學(xué)帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)。

２ “新工科”計(jì)劃與“ 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程融合現(xiàn)狀

“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”是一門計(jì)算機(jī)公共基礎(chǔ)課程，主要內(nèi)容是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生建立良好的計(jì)算思維［３］ ?！按髮W(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程一般面向非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生［４］ ，學(xué)生的共同特點(diǎn)是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)薄弱、沒(méi)有清晰的計(jì)算思維的概念。通過(guò)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況調(diào)查顯示，學(xué)習(xí)“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程，使學(xué)生掌握了計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，能夠?qū)⒑?jiǎn)單問(wèn)題抽象化，然后通過(guò)編程解決，但是其動(dòng)手能力相對(duì)較弱，無(wú)法獨(dú)立完成應(yīng)用開發(fā)，導(dǎo)致很多學(xué)生無(wú)法將計(jì)算思維落地，實(shí)現(xiàn)交互性更強(qiáng)的可視化應(yīng)用軟件，進(jìn)而造成理論強(qiáng)、實(shí)踐弱的結(jié)果。所以，如何通過(guò)學(xué)習(xí)“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程，讓學(xué)生建立對(duì)等的實(shí)踐能力，是目前“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程研究的重點(diǎn)。尤其是在“新工科”的背景下，新興技術(shù)層出不窮，其高壁壘的學(xué)習(xí)路徑難以與“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程結(jié)合，如何將二者進(jìn)行更好的融合是高校計(jì)算機(jī)教學(xué)研究和探索的重要方向［５］ 。

３ 低代碼平臺(tái)特性

在實(shí)際應(yīng)用中，傳統(tǒng)的軟件開發(fā)需要大量的計(jì)算機(jī)知識(shí)積累，并涉及多方人員的溝通和配合，開發(fā)流程漫長(zhǎng)，所以市場(chǎng)產(chǎn)生了對(duì)于“低代碼”的需求。２０１４年，Ｆｏｒｒｅｓｔｅｒ 提出低代碼的概念，隨后各大科技公司如微軟、ＩＢＭ 等相繼推出低代碼解決方案，并稱其為低代碼平臺(tái)（Ｌｏｗ Ｃｏｄｅ Ｐｌａｔｆｏｒｍ， ＬＣＰ）［６］ 。低代碼平臺(tái)的出現(xiàn)給軟件開發(fā)帶來(lái)了新的定義，使開發(fā)人員從重復(fù)勞動(dòng)中解放出來(lái)，極大地賦能了業(yè)務(wù)人員和沒(méi)有計(jì)算機(jī)知識(shí)積累的人員［７］ 。

低代碼平臺(tái)是近年來(lái)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的新興發(fā)展方向，其算力一般由云計(jì)算平臺(tái)提供支持，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算資源的彈性可擴(kuò)展。低代碼平臺(tái)還提供了大量的人工智能模型接口，如微軟Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｔｆｏｒｍ 平臺(tái)提供了ＡＩ Ｂｕｉｌｄｅｒ 模塊，以及文本識(shí)別、實(shí)體提取、文本翻譯、預(yù)測(cè)等人工智能模型，這些都可以供低代碼平臺(tái)直接訓(xùn)練調(diào)用。除此之外，低代碼平臺(tái)在數(shù)據(jù)的安全性上也提供了極大的保障，在權(quán)限管理中，可通過(guò)基于角色的權(quán)限進(jìn)行權(quán)限分割，在數(shù)據(jù)傳送上，低代碼平臺(tái)可借助云計(jì)算的可搜索加密技術(shù)確保數(shù)據(jù)的安全性。

綜上所述，低代碼平臺(tái)是集合了眾多新興技術(shù)為一體的典型的“新工科”新興技術(shù)。

與其他新興技術(shù)不同，低代碼平臺(tái)通過(guò)短時(shí)間的學(xué)習(xí)即可輕松上手。低代碼平臺(tái)采用“搭積木”的方式進(jìn)行組建，開發(fā)過(guò)程所見即所得。該平臺(tái)提供了大量常見的圖形化組件，如確定按鈕、工具按鈕等。每個(gè)組件還配備多種相應(yīng)動(dòng)作，如跳轉(zhuǎn)、彈出等動(dòng)作。開發(fā)人員只需梳理應(yīng)用業(yè)務(wù)流程，即可在低代碼平臺(tái)上快速實(shí)現(xiàn)并發(fā)布部署應(yīng)用。低代碼平臺(tái)因其特有的敏捷的開發(fā)模式，非常適合初學(xué)計(jì)算機(jī)課程的學(xué)生，在建立一定的計(jì)算思維后，學(xué)生可在低代碼平臺(tái)上快速實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的搭建，從而強(qiáng)化動(dòng)手能力和計(jì)算思維。筆者結(jié)合低代碼平臺(tái)的特性，綜合考慮“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了與該課程配套的實(shí)驗(yàn)課程，可加強(qiáng)學(xué)生的計(jì)算思維，提升學(xué)生的動(dòng)手能力。

４ 基于低代碼平臺(tái)的“ 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程配套實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)

４．１ 教學(xué)大綱設(shè)計(jì)

“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程的內(nèi)容多、方向廣，如圖１ 所示。左側(cè)為課程內(nèi)容的組成部分。“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程以計(jì)算工具與計(jì)算思維為核心，同時(shí)以Ｐｙｔｈｏｎ 編程為基礎(chǔ)，既把Ｐｙｔｈｏｎ 當(dāng)作學(xué)習(xí)的對(duì)象，又將其作為實(shí)踐工具，強(qiáng)化計(jì)算思維。為滿足以后的學(xué)習(xí)工作需要，教學(xué)內(nèi)容還應(yīng)覆蓋基礎(chǔ)的Ｗｉｎｄｏｗｓ 和Ｏｆｆｉｃｅ 操作。

４．２ 課程教學(xué)實(shí)例

為提升學(xué)生的動(dòng)手能力，加強(qiáng)學(xué)生的計(jì)算思維，本文設(shè)計(jì)了一套基于低代碼平臺(tái)的教務(wù)成績(jī)管理系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)流程。該實(shí)驗(yàn)可在課程的后期作為配套實(shí)驗(yàn)展開授課，在授課前，學(xué)生應(yīng)先掌握?qǐng)D１ 左側(cè)的所有內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)課程展開期間，將對(duì)①～⑧的所有內(nèi)容進(jìn)行綜合實(shí)踐應(yīng)用，每個(gè)實(shí)驗(yàn)所包含的知識(shí)點(diǎn)均歸類于圖１ 右側(cè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)度的下方。實(shí)驗(yàn)所使用的平臺(tái)為微軟的Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｔｆｏｒｍ，以及Ｐｙｔｈｏｎ 環(huán)境和Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ３６５。以下是實(shí)驗(yàn)進(jìn)度的詳細(xì)組成信息。

（１）進(jìn)度一：低代碼平臺(tái)介紹。

進(jìn)度一的教學(xué)目標(biāo)著重于在應(yīng)用設(shè)計(jì)中感受計(jì)算思維的應(yīng)用，通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐，了解最新的軟件開發(fā)技術(shù)。

實(shí)驗(yàn)初期，可以直接引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐，使其感受開發(fā)流程。低代碼平臺(tái)中，應(yīng)用的搭建是由多個(gè)有內(nèi)容的頁(yè)面堆疊而成的，并通過(guò)響應(yīng)動(dòng)作關(guān)聯(lián)成動(dòng)態(tài)的應(yīng)用。課程講授可以考慮從平臺(tái)提供的大量頁(yè)面模板直接入手，如空白界面、日歷界面等，這些模板界面已經(jīng)配備了完整的ＵＩ 設(shè)計(jì)，進(jìn)行內(nèi)容填充即可使用。低代碼平臺(tái)采用控件形式開發(fā)，在每個(gè)頁(yè)面中，可根據(jù)實(shí)際需要，直接添加包裝好的圖形化控件，還可以設(shè)置控件的可見性、大小，以及其關(guān)聯(lián)的動(dòng)態(tài)動(dòng)作。

（２）進(jìn)度二：建立數(shù)據(jù)模型。

進(jìn)度二的教學(xué)目標(biāo)著重于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)模型三要素的理解，通過(guò)建模，學(xué)生能夠掌握常見輕量級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)的建模和使用方法。

進(jìn)度二以教務(wù)成績(jī)管理系統(tǒng)的建立為出發(fā)點(diǎn)，第一步，引導(dǎo)學(xué)生從建立概念數(shù)據(jù)模型的角度入手，進(jìn)行現(xiàn)實(shí)世界的抽象建模，設(shè)計(jì)教務(wù)系統(tǒng)的Ｅ?Ｒ 圖，主要實(shí)體應(yīng)包括教師、學(xué)生、班級(jí)、課程等，隨后補(bǔ)全實(shí)體所包含的屬性和聯(lián)系。第二步，將概念數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為邏輯數(shù)據(jù)模型，即關(guān)系表模式。第三步，介紹某一數(shù)據(jù)庫(kù)軟件的使用方法，如小型數(shù)據(jù)庫(kù)Ａｃｃｅｓｓ 等。

最后，介紹Ｐｏｗｅｒ Ａｐｐｓ 對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的接入方法，及對(duì)接入的數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，配置相應(yīng)的功能，如數(shù)據(jù)的增刪改查等。

（３）進(jìn)度三：擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)。

進(jìn)度三采用組隊(duì)學(xué)習(xí)的方式，選擇感興趣的專題進(jìn)行擴(kuò)展學(xué)習(xí)，提供以下４ 個(gè)方向進(jìn)行研究學(xué)習(xí)．方向一：基于角色的權(quán)限控制。在應(yīng)用中，通常會(huì)涉及不同權(quán)限的角色，而每個(gè)角色應(yīng)具有不同的權(quán)限，如訪問(wèn)、數(shù)據(jù)操作等。在教務(wù)成績(jī)管理系統(tǒng)中，主要涉及的角色有學(xué)生、教師等。每個(gè)角色的權(quán)限范圍是不一樣的，如學(xué)生能看到自己的成績(jī)，其具有訪問(wèn)權(quán)，但無(wú)權(quán)修改；教師可以瀏覽選其課程的學(xué)生列表，填入學(xué)生的成績(jī)。如何賦予每個(gè)用戶足夠的權(quán)限是一個(gè)重要的問(wèn)題，最常被開發(fā)者使用的模型是基于角色的權(quán)限控制模型（ Ｒｏｌｅ?Ｂａｓｅｄ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ，ＲＢＡＣ），該模型可以根據(jù)角色劃分不同的權(quán)限，每個(gè)用戶可以集成其角色所擁有的權(quán)限，達(dá)到權(quán)限控制的目的。在此實(shí)驗(yàn)中，可引入ＲＢＡＣ 模型，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的權(quán)限劃分。

方向二：人工智能模塊。低代碼平臺(tái)通常具有很高的集成性，可以引入訓(xùn)練好的人工智能模型，從而優(yōu)化應(yīng)用的運(yùn)行。在教務(wù)系統(tǒng)中，試卷成績(jī)的錄入，可通過(guò)訓(xùn)練文字識(shí)別模型（ Ｏｐｔｉｃａｌ ＣｈａｒａｃｔｅｒＲｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，ＯＣＲ）得以實(shí)現(xiàn)。除了ＯＣＲ 模型之外，還可以采用聚類算法對(duì)學(xué)生的成績(jī)進(jìn)行聚類評(píng)估，構(gòu)建更精準(zhǔn)的教學(xué)評(píng)價(jià)體系。

方向三：機(jī)器人流程自動(dòng)化。機(jī)器人流程自動(dòng)化（Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＲＰＡ）是低代碼技術(shù)的衍生技術(shù)之一，ＲＰＡ 可以通過(guò)模仿用戶操作計(jì)算機(jī)的方式，實(shí)現(xiàn)流程的自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)和處理。而ＲＰＡ 和低代碼平臺(tái)的結(jié)合，給了流程自動(dòng)化和批量操作更多的可能。比如，在應(yīng)用程序的按鈕上，可以關(guān)聯(lián)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的操作流，當(dāng)點(diǎn)擊成績(jī)的提交按鈕后，將觸發(fā)成績(jī)發(fā)布審批流程，實(shí)現(xiàn)成績(jī)的自動(dòng)發(fā)布。

方向四：云計(jì)算。低代碼平臺(tái)的算力依靠云計(jì)算提供支撐。在教務(wù)成績(jī)管理系統(tǒng)中，考慮到學(xué)生信息、學(xué)生成績(jī)等通常需要存儲(chǔ)若干年，并且對(duì)數(shù)據(jù)的安全性有一定的要求。對(duì)于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，可以考慮借助云計(jì)算的存儲(chǔ)資源實(shí)現(xiàn)，從而提高應(yīng)用的可靠性。

（４）進(jìn)度四：小組匯報(bào)。

在學(xué)習(xí)拓展方向后，通過(guò)組隊(duì)的方式，自主探索應(yīng)用搭建主題，實(shí)現(xiàn)完整應(yīng)用的落地。匯報(bào)內(nèi)容應(yīng)包括需求分析文檔、詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔、應(yīng)用展示等。

５ 課程實(shí)施情況

課程的首次開展采用Ｏｎｅ?ｄａｙ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ 報(bào)名的形式，共計(jì)３０ 名學(xué)生。考慮到低代碼平臺(tái)敏捷的開發(fā)特性，限定每小組３～４ 人進(jìn)行組隊(duì)開發(fā)。最終匯報(bào)結(jié)果如表１ 所列。

根據(jù)匯報(bào)情況可得出，低代碼平臺(tái)平均開發(fā)時(shí)長(zhǎng)為６．６４ 小時(shí)，相較于傳統(tǒng)的軟件開發(fā)技術(shù)，開發(fā)周期大幅縮短。在所用技術(shù)統(tǒng)計(jì)中可以發(fā)現(xiàn)，進(jìn)度三的選做實(shí)驗(yàn)均得到了有效的利用。從匯報(bào)結(jié)果上看，其作品完成度高，交互性強(qiáng)。對(duì)選課學(xué)生進(jìn)行隨訪后發(fā)現(xiàn)，低代碼平臺(tái)成為很多學(xué)生開發(fā)的主要選擇，在需要快速搭建業(yè)務(wù)雛形時(shí)，學(xué)生多數(shù)會(huì)主動(dòng)選擇低代碼平臺(tái)進(jìn)行實(shí)踐，該課程的開設(shè)大幅提高了學(xué)生對(duì)于計(jì)算機(jī)課程的興趣。在各項(xiàng)計(jì)算機(jī)大賽和建模比賽中，利用低代碼開發(fā)的應(yīng)用都取得了良好的名次。

６ 結(jié)束語(yǔ)

低代碼平臺(tái)憑其上手快、易理解、易擴(kuò)展的特性，成為近兩年國(guó)內(nèi)開發(fā)市場(chǎng)的大熱產(chǎn)品。其開發(fā)理念敏捷高效，十分適合“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程中的實(shí)作訓(xùn)練，學(xué)生可以快速構(gòu)建屬于自己的應(yīng)用并進(jìn)行發(fā)布，既鍛煉學(xué)生的計(jì)算思維，又使得應(yīng)用構(gòu)想得到快速驗(yàn)證和落地。

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作者簡(jiǎn)介：張思萌（１９９５—），碩士，助教，研究方向：數(shù)據(jù)挖掘與分析、低代碼平臺(tái)開發(fā)。