○蔡慧英 林培光

一、引言

2017年2月，教育部在復(fù)旦大學(xué)召開(kāi)了高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)，與會(huì)高校就新時(shí)期工程人才培養(yǎng)共同討論提出了“新工科”的概念，并定義了新工科內(nèi)涵特征、建設(shè)與發(fā)展的路徑選擇，達(dá)成了“復(fù)旦共識(shí)”，標(biāo)志著“新工科”開(kāi)始走向?qū)嵺`探索［1］。隨后，“新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科”逐漸被正式推出，“四新”也成為高等教育人才培養(yǎng)的“中國(guó)方案”，是高等教育高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略布局。2021年4月，習(xí)近平總書(shū)記在清華大學(xué)考察時(shí)強(qiáng)調(diào)指出“推進(jìn)新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科建設(shè)”［2］，為“四新”建設(shè)進(jìn)一步指明了發(fā)展方向。教育部高等教育司2023年工作要點(diǎn)指出“全面實(shí)施系列‘101計(jì)劃’，推進(jìn)‘四新’關(guān)鍵領(lǐng)域核心課程建設(shè)”［3］。計(jì)算機(jī)通識(shí)課作為在高等教育學(xué)校廣泛開(kāi)設(shè)的基礎(chǔ)核心課程，是連接“四新”各學(xué)科的紐帶。目前的計(jì)算機(jī)通識(shí)課不再是狹義上傳授電腦基礎(chǔ)理論和操作知識(shí)的課程，而是囊括了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、信息理論、人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等的知識(shí)集群［4］，是賦予高質(zhì)量人才計(jì)算思維、數(shù)字思維和創(chuàng)新思維能力的核心“課程體”，能夠起到“四新”背景下高質(zhì)量人才培養(yǎng)“敲門(mén)磚”的作用，須貫穿整個(gè)高等教育培養(yǎng)階段。隨著前沿科技的加持，copilot、new bing、chatGPT、claude等新一代AI工具層出不窮，對(duì)學(xué)生計(jì)算思維、數(shù)字思維等的要求越來(lái)越高，建設(shè)賦能型的計(jì)算機(jī)通識(shí)課勢(shì)在必行。

二、現(xiàn)有課程體系在“四新”高質(zhì)量人才培養(yǎng)中面臨的挑戰(zhàn)

（一）如何打破計(jì)算機(jī)通識(shí)課固有框架的束縛，體現(xiàn)“四新”各學(xué)科特色？

1984年，全國(guó)高等院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)研究會(huì)成立，確定了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的四個(gè)教學(xué)層次，即計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)及操作系統(tǒng)使用、高級(jí)語(yǔ)言、軟硬件基礎(chǔ)知識(shí)、結(jié)合專業(yè)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用。隨后，計(jì)算機(jī)課程在高校普遍開(kāi)設(shè)。在指導(dǎo)方案和專業(yè)教師的不斷探索中，計(jì)算機(jī)通識(shí)課程取得了有效的發(fā)展，形成了規(guī)模和體系，也形成了計(jì)算機(jī)通識(shí)課發(fā)展的固有框架。在高校內(nèi)往往課程體系一致，并沒(méi)有分別針對(duì)各學(xué)科進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，造成課程體系往往局限在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、辦公軟件、工作原理、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)等模塊，不能體現(xiàn)“四新”各學(xué)科特色，不利于高質(zhì)量人才的培養(yǎng)。因此，需要在既有計(jì)算機(jī)通識(shí)課固有框架的基礎(chǔ)上開(kāi)拓創(chuàng)新，結(jié)合“四新”各學(xué)科的特點(diǎn)，打造全新的突出各學(xué)科特色的計(jì)算機(jī)通識(shí)課程體系。

（二）如何使計(jì)算機(jī)通識(shí)課與時(shí)俱進(jìn)？

隨著近幾年計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)已經(jīng)在“四新”各學(xué)科得到廣泛應(yīng)用，并取得了令人滿意的效果。例如，基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的工業(yè)過(guò)程建模方法及故障分類方法［5］、基于機(jī)器學(xué)習(xí)的金融風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別［6］、土壤養(yǎng)分分析智能機(jī)器人平臺(tái)［7］、基于人工智能技術(shù)的中醫(yī)臨床輔助治療平臺(tái)［8］等。雖然有些計(jì)算機(jī)通識(shí)課引入了新技術(shù)相關(guān)內(nèi)容，但多以簡(jiǎn)介的形式開(kāi)展，不利于學(xué)生理解和應(yīng)用新技術(shù)。所以，對(duì)計(jì)算機(jī)通識(shí)課進(jìn)行改革，一方面，使課程體系緊跟技術(shù)迅速發(fā)展的步伐；另一方面，培養(yǎng)學(xué)生以不變應(yīng)萬(wàn)變的數(shù)字思維和計(jì)算思維能力，以應(yīng)對(duì)日新月異的計(jì)算機(jī)新技術(shù)。

（三）如何使計(jì)算機(jī)通識(shí)課達(dá)到賦能的要求？

賦能即賦予某個(gè)主體能力，賦能教育需要考慮賦予什么能力、賦予誰(shuí)、怎樣賦予三個(gè)核心問(wèn)題。計(jì)算思維以設(shè)計(jì)和構(gòu)造為特征，以計(jì)算機(jī)學(xué)科為代表，是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問(wèn)題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為的一系列思維活動(dòng)。計(jì)算機(jī)通識(shí)課作為賦予學(xué)生計(jì)算思維能力的基礎(chǔ)課程，需要使當(dāng)代大學(xué)生汲取現(xiàn)代信息技術(shù)知識(shí)，掌握基本的計(jì)算技術(shù)應(yīng)用能力，理解計(jì)算學(xué)科的基本知識(shí)和規(guī)范，能夠利用數(shù)字思維解決領(lǐng)域內(nèi)問(wèn)題?！八男隆备鲗W(xué)科所解決的實(shí)際問(wèn)題差異明顯，對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)相差較大，同時(shí)，學(xué)生具備的計(jì)算機(jī)素養(yǎng)以及對(duì)計(jì)算機(jī)知識(shí)的接受能力參差不齊。所以，如何構(gòu)建計(jì)算機(jī)通識(shí)課，使其能夠賦予“四新”各學(xué)科學(xué)生解決領(lǐng)域內(nèi)實(shí)際問(wèn)題的計(jì)算思維和數(shù)字思維能力，進(jìn)而達(dá)到高質(zhì)量人才的培養(yǎng)目的是需要考慮的重要問(wèn)題。

三、課程體系構(gòu)建方案

為了使計(jì)算機(jī)通識(shí)課滿足“四新”和賦能的需求，結(jié)合教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)提出的“寬、專、融”框架［9］，以賦能為導(dǎo)向，構(gòu)建針對(duì)“四新”高質(zhì)量人才培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)通識(shí)“1+X+Y”課程體系，橫向拓展到各學(xué)科所有專業(yè)，縱向上垂直貫穿整個(gè)本科教學(xué)過(guò)程，使計(jì)算機(jī)通識(shí)課具有高階性、創(chuàng)新型和挑戰(zhàn)度，達(dá)到綜合培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)、能力和素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)。同時(shí)，構(gòu)建適合于賦能型計(jì)算機(jī)通識(shí)課程體系的實(shí)踐教育機(jī)制，作為該課程體系得以實(shí)現(xiàn)的輔助手段，總體構(gòu)建方案如圖1所示。

圖1 賦能型計(jì)算機(jī)通識(shí)課程體系構(gòu)建方案

（一）賦能型“1+X+Y”課程體系

“四新”人才培養(yǎng)強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)通識(shí)課的實(shí)用性、交叉性與綜合性，尤其需要重視培養(yǎng)學(xué)生以不變應(yīng)萬(wàn)變的自主學(xué)習(xí)能力和解決實(shí)際復(fù)雜問(wèn)題的能力?！?”是指凝練和抽象面向各種復(fù)雜技術(shù)的最基本的課程，使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)基本原理。“X+Y”指適應(yīng)不同學(xué)科發(fā)展需求的基本信息技術(shù)課程和學(xué)科交叉融合型課程，使學(xué)生掌握解決本領(lǐng)域和跨學(xué)科復(fù)雜問(wèn)題的基本理論和工具，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算思維和計(jì)算工具解決本領(lǐng)域復(fù)雜問(wèn)題的能力。課程體系如圖2所示，縱向上，從基礎(chǔ)通識(shí)經(jīng)技術(shù)基礎(chǔ)過(guò)渡到交叉融合型課程，和各學(xué)期學(xué)生對(duì)知識(shí)的接受程度基本對(duì)應(yīng)；從橫向上基本覆蓋各個(gè)學(xué)科。

“1-基礎(chǔ)通識(shí)課”主要目標(biāo)是全面培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)、計(jì)算科學(xué)修養(yǎng)和計(jì)算思維能力，是后續(xù)課程的基礎(chǔ)核心課程，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)要求需要根據(jù)學(xué)生接受程度和學(xué)科專業(yè)特點(diǎn)設(shè)置，設(shè)置模塊包括計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、計(jì)算理論、計(jì)算機(jī)軟硬件基礎(chǔ)、程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)素養(yǎng)、計(jì)算機(jī)新技術(shù)等。其中，計(jì)算機(jī)新技術(shù)為根據(jù)計(jì)算機(jī)的發(fā)展設(shè)置的靈活模塊，教學(xué)內(nèi)容為計(jì)算機(jī)的前沿技術(shù)以及所蘊(yùn)含的核心思想。各模塊相呼應(yīng)，涵蓋計(jì)算思維表達(dá)體系中的八個(gè)核心概念，即抽象、自動(dòng)化、設(shè)計(jì)、評(píng)估、通信、協(xié)作、記憶，培養(yǎng)學(xué)生與時(shí)俱進(jìn)的計(jì)算思維和數(shù)字思維。

“X-技術(shù)基礎(chǔ)課”主要分為設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、人工智能、數(shù)據(jù)分析與處理三個(gè)模塊。各學(xué)科需要依據(jù)學(xué)科特點(diǎn)設(shè)置課程和知識(shí)模塊，講授學(xué)生“學(xué)得會(huì)、用得上”的教學(xué)內(nèi)容。設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)模塊以培養(yǎng)能力為主，使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的基本工具。人工智能模塊以求解問(wèn)題的算法為主，使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的思想，促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維和邏輯思維能力的提升。數(shù)據(jù)分析與處理模塊以“數(shù)”展開(kāi)，培養(yǎng)學(xué)生超出“數(shù)字”概念的“數(shù)即萬(wàn)物，萬(wàn)物皆數(shù)”的數(shù)字思維和數(shù)字素養(yǎng)，鍛煉學(xué)生使用數(shù)字思維和計(jì)算思維解決實(shí)際問(wèn)題的能力。三個(gè)模塊互補(bǔ)，共同促進(jìn)學(xué)生知識(shí)、能力和素養(yǎng)的提升。

“Y-交叉融合課”根據(jù)各學(xué)科專業(yè)特色開(kāi)設(shè)，使計(jì)算機(jī)技術(shù)與專業(yè)實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合，從實(shí)際問(wèn)題入手，設(shè)計(jì)交叉融合的教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生使用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決本領(lǐng)域以及跨學(xué)科領(lǐng)域?qū)嶋H問(wèn)題的能力。針對(duì)“四新”各學(xué)科，構(gòu)建跨學(xué)院、跨高校、跨校企的交叉融合課程，切實(shí)將計(jì)算機(jī)技術(shù)用于各學(xué)科的專業(yè)問(wèn)題上，培養(yǎng)具備計(jì)算思維和數(shù)字素養(yǎng)的領(lǐng)域內(nèi)卓越拔尖人才。

（二）實(shí)踐教育機(jī)制

為了使課程體系順利實(shí)施，構(gòu)建面向“四新”高質(zhì)量人才培養(yǎng)的賦能型實(shí)踐教育機(jī)制，包括線上與線下結(jié)合的混合式教學(xué)方法、“案例驅(qū)動(dòng)”的實(shí)踐教學(xué)手段、學(xué)以致用的沉浸式實(shí)踐環(huán)境以及產(chǎn)學(xué)融合的實(shí)踐基地，使學(xué)生能夠通過(guò)實(shí)踐深入理解計(jì)算機(jī)技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字思維和計(jì)算思維能力、數(shù)字素養(yǎng)，使其具有融會(huì)貫通的解決本學(xué)科及跨學(xué)科復(fù)雜問(wèn)題的能力，促使學(xué)生由“被動(dòng)賦能”向“自主吸能”轉(zhuǎn)換。

考慮到各高校各學(xué)科學(xué)生的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)及接受程度的差異，計(jì)算機(jī)通識(shí)課程采用線上與線下結(jié)合的方式尤為合適。目前，在MOOC已經(jīng)有豐富且多樣化的計(jì)算機(jī)相關(guān)課程資源，但是突出學(xué)科特色的交叉融合型課程較少。各高校需要根據(jù)自身實(shí)際情況，引進(jìn)部分優(yōu)質(zhì)課程資源，同時(shí)改進(jìn)或自建專業(yè)特色突出的交叉融合型課程。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)展線上線下的混合式教學(xué)，合理地使用“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)工具，采用課前發(fā)布以問(wèn)題為導(dǎo)向的自主學(xué)習(xí)任務(wù)、課中根據(jù)檢查結(jié)果有側(cè)重點(diǎn)地講解知識(shí)、課后布置個(gè)性化綜合性作業(yè)的方式組織教學(xué)活動(dòng)，提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。同時(shí)，采用以知識(shí)達(dá)成度為主的過(guò)程考核和能力達(dá)成度為主的期末考核相結(jié)合的成績(jī)?cè)u(píng)定方式，檢驗(yàn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)能力。

“案例驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)為OBE理念中重要的教學(xué)手段。結(jié)合“四新”各學(xué)科學(xué)生的思維特點(diǎn)，以學(xué)生為中心，推動(dòng)“思辨型案例驅(qū)動(dòng)法”的研討式教學(xué)手段，構(gòu)建簡(jiǎn)單易懂的教學(xué)案例詮釋基本概念，創(chuàng)建綜合案例貫穿課程知識(shí)點(diǎn)。案例設(shè)計(jì)時(shí)引入各學(xué)科典型應(yīng)用場(chǎng)景，合理分配知識(shí)體系講解和案例研討的比例，知識(shí)體系以講授“機(jī)理”為主，使學(xué)生明白知識(shí)體系的核心思想和“來(lái)源”，案例研討以應(yīng)用為主，使學(xué)生知悉知識(shí)體系的“去路”，達(dá)到“講機(jī)理，明來(lái)源；論案例，知去向”的教學(xué)效果。從計(jì)算思維的角度引導(dǎo)學(xué)生圍繞案例構(gòu)思解決方案，利用辯證的方式激發(fā)學(xué)生的計(jì)算思維和數(shù)字思維，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，按照分組的方式開(kāi)展多方位、全角度的主題討論，以此使學(xué)生真正理解計(jì)算機(jī)技術(shù)，并能熟練應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決學(xué)科內(nèi)及跨學(xué)科實(shí)際問(wèn)題。

學(xué)以致用的實(shí)踐環(huán)境是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和提升數(shù)字素養(yǎng)的關(guān)鍵途徑之一。結(jié)合校內(nèi)外資源，積極引導(dǎo)學(xué)生參加既有計(jì)算機(jī)競(jìng)賽，例如中國(guó)高校計(jì)算機(jī)大賽、大學(xué)生數(shù)字技能應(yīng)用大賽、全國(guó)高校計(jì)算機(jī)能力挑戰(zhàn)賽等。在校園內(nèi)創(chuàng)建突出專業(yè)特色的“學(xué)科+”計(jì)算機(jī)文化節(jié)、“學(xué)科+”計(jì)算機(jī)競(jìng)賽等，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力。同時(shí)，構(gòu)建計(jì)算機(jī)類社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，使學(xué)生參與計(jì)算機(jī)相關(guān)的實(shí)踐任務(wù)。沉浸式地為提升學(xué)生的數(shù)字素養(yǎng)創(chuàng)造濃厚的學(xué)習(xí)和實(shí)踐氛圍，有效地培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)以及計(jì)算思維和創(chuàng)新思維。

進(jìn)一步推動(dòng)校企共建機(jī)制，充分挖掘“四新”各學(xué)科交叉復(fù)合型企業(yè)和人才，構(gòu)建多方協(xié)同的計(jì)算機(jī)通識(shí)課實(shí)踐基地。將教學(xué)與科研緊密結(jié)合、高校與社會(huì)緊密合作，采取校所合作、校企聯(lián)合、高校引進(jìn)等方式聯(lián)合建設(shè)培訓(xùn)中心或基地，為不同學(xué)科學(xué)生搭建與時(shí)俱進(jìn)的計(jì)算機(jī)通識(shí)課實(shí)踐平臺(tái)，構(gòu)建普適性及有一定挑戰(zhàn)度的計(jì)算機(jī)實(shí)踐專項(xiàng)任務(wù)，使學(xué)生都能參與到突出“四新”學(xué)科特色的計(jì)算機(jī)實(shí)踐項(xiàng)目，有效地培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

四、課程體系實(shí)踐效果

賦能型“1+X+Y”計(jì)算機(jī)通識(shí)課程體系在山東省內(nèi)高校的典型新工科、新農(nóng)科、新醫(yī)科、新文科專業(yè)進(jìn)行了實(shí)踐。以山東財(cái)經(jīng)大學(xué)的新文科專業(yè)為例，所構(gòu)建的課程體系及知識(shí)模塊如表1所示。實(shí)踐教育機(jī)制包括基于《大學(xué)計(jì)算機(jī)》《機(jī)器學(xué)習(xí)》《大數(shù)據(jù)與金融》《商務(wù)智能》《R語(yǔ)言與金融數(shù)據(jù)分析》等一流課程的混合式教學(xué)方法，“思辨型案例驅(qū)動(dòng)”的研討式教學(xué)手段，“財(cái)經(jīng)+計(jì)算機(jī)”文化藝術(shù)節(jié)、金融投資模擬大賽等沉浸式實(shí)踐環(huán)境等。在新課程體系下，課堂活躍度、學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度、學(xué)生滿意度得到了顯著提升。依據(jù)不同專業(yè)特色開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)通識(shí)課程以嶄新的面貌呈現(xiàn)在教師和學(xué)生面前，為專業(yè)建設(shè)注入了新鮮的血液，激發(fā)了新的活力。課堂整體氛圍活躍度明顯增強(qiáng)，學(xué)生的出勤率、平時(shí)成績(jī)、期末成績(jī)得到了明顯的改善。通過(guò)對(duì)所開(kāi)設(shè)的《金融數(shù)據(jù)分析》《python語(yǔ)言設(shè)計(jì)〈財(cái)經(jīng)類〉》《機(jī)器學(xué)習(xí)〈財(cái)經(jīng)類〉》等統(tǒng)計(jì)教務(wù)系統(tǒng)中的課程評(píng)分，得出平均得分在95分以上。并且，通過(guò)開(kāi)展協(xié)同育人的合作企業(yè)反映，90%以上的學(xué)生能夠應(yīng)用信息技術(shù)有效地解決財(cái)經(jīng)類相關(guān)問(wèn)題。

表1 新文科專業(yè)部分課程及知識(shí)模塊

通過(guò)分析計(jì)算機(jī)通識(shí)課現(xiàn)有課程體系在“四新”背景下面臨的挑戰(zhàn)入手，從賦能的角度構(gòu)建了面向“四新”的賦能型“1+X+Y”計(jì)算機(jī)通識(shí)課程體系。課程體系針對(duì)高質(zhì)量人才需要的計(jì)算思維和數(shù)字素養(yǎng)，分別闡述了“1-基礎(chǔ)通識(shí)課”“X-技術(shù)基礎(chǔ)課”“Y-交叉融合課”的構(gòu)建思路和要求，使課程體系滿足與時(shí)俱進(jìn)和賦能的要求，提升學(xué)生運(yùn)用新技術(shù)的能力和計(jì)算思維能力，訓(xùn)練學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和探究的能力。同時(shí)，構(gòu)建了相應(yīng)的實(shí)踐教育機(jī)制，推動(dòng)“思辨型案例驅(qū)動(dòng)”的研討式教學(xué)手段，創(chuàng)建計(jì)算機(jī)通識(shí)課實(shí)踐環(huán)境和實(shí)踐基地，潛移默化地提升學(xué)生的計(jì)算機(jī)綜合素養(yǎng)。課程體系和實(shí)踐教育機(jī)制能夠系統(tǒng)地使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)知識(shí)并具備解決本領(lǐng)域和跨學(xué)科實(shí)際復(fù)雜問(wèn)題的計(jì)算思維、創(chuàng)新思維、邏輯思維能力，進(jìn)而達(dá)到培養(yǎng)知識(shí)、能力和素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)，促進(jìn)“四新”高質(zhì)量人才的培養(yǎng)。