新人工智能环境下对大学计算机基础课程的教学改革方案

　　摘 要： 目前，大学计算机基础课程的教学尚存在一些缺陷，使得课程的教学质量没有达到理想效果。文章深入剖析了高等院校目前在该课程教学上存在的种种问题及其产生原因，阐述了教学改革的必要性，着重介绍在当前环景下运用人工智能、大数据、物联网等先进技术构建智慧课堂教学平台，对计算机基础课程教学进行改革的具体方案，以期对高等院校的计算机类课程的教学改革有所助益。

　　关键词： 大学计算机基础; 教学改革; 人工智能; 智慧课堂

　　中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1006-8228（2020）01-76-04

　　《华夏教师》以各级各类学校各学科教学为特色，着重反映国内大中小学管理者的先进经验及广大教师在教书育人过程中探讨及总结的教育心理、教学心理及教师心理等方面的内容。《华夏教师》将分为关注、人物、心理、理论、观点、文化等六个版块，内容涵盖教育管理、教师及教学的各个方面。

　　Abstract： At present， there are still some defects in the teaching of the university computer foundation course， which makes the teaching quality of the course not reach the ideal effect. This paper deeply analyzes the problems existing in the teaching of this course in colleges and universities and their causes， expounds the necessity of the teaching reform， and emphatically introduces the specific scheme of the computer foundation course teaching reform under the current environment， by building the intelligent classroom teaching platform with artificial intelligence， big data， Internet of things and other advanced technologies， in order to help the teaching reform of computer basic courses in colleges and universities.

　　Key words： university computer foundation; teaching reform; artificial intelligence; intelligent classroom

　　0 引言

　　云計算、大数据、人工智能新兴领域的崛起，推动信息技术全面渗透于人们的生产生活中。信息技术的核心在于计算机技术和通信技术。

　　然而，虽然目前各个高校都开设了计算机基础课程，但是其教学却存在着诸多问题，导致该课程无法达到预期的教学效果。教育部在2012年发布《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》，其中指明“以教育信息化带动教育现代化，促进教育的创新与变革”[2]。因此，本文以华中师范大学计算机基础课程教学为例，深入阐述了传统计算机基础课程教学的弊端，提出了在当前人工智能如火如荼的时代背景下，如何应用人工智能相关技术对传统的计算机基础教学进行改革的具体方案。该方案以创建网络智慧课堂教学模式改革为主体，辅以教学观念、知识体系和课程考核方式改革，以期对高校的计算机基础课程教学有所裨益。

　　1 传统教学的缺陷

　　⑴ 课程的教学地位没有引起足够的重视

　　一些高校为计算机基础课程分配较少的学时（少于48学时），甚至有的专业将此课程设置为选修课。这种设置降低了该课程在教师和学生心目中的位置，导致了对该课程的忽视。同时，不少老师因为学时不够，时间紧迫，仅仅讲述与考试相关的内容，不考的一概不讲。这导致学生的眼界受限，知识和能力受限，无法培养其全面综合的计算机素质。还有的专业没有将这门课给专业的计算机学院的老师讲授，而是随意安排授课人员。没有经过系统专业训练的教师缺乏足够的知识储备，很难讲好这一门看似简单的课程。

　　⑵ 课程教学内容的制定与当今时代对于信息化人才的需求脱节

　　一些高校的现状是计算机基础的课程教材知识陈旧[3]、质量堪忧，教材总是无法跟上知识更新的步伐，例如都2019年了还在讲Office 2010。有的高校由于缺乏对课程的重视，没有对教材优中选优，而是基于利益的考虑，优先选择自己院系编写的教材。其教材内容是七拼八凑，没有整体性、逻辑性和连贯性，更不用说前瞻性。这样的教材，无疑对学生的学习设置了巨大的屏障。除此以外，一些院校的课程教学知识体系不够明确和完善，教学大纲的制定不够科学。从教学大纲中制定的学时分配来说，常常偏重实用性[4]，常用计算机软件操作占据了大部分的课时。这会让教师在授课时轻理论而重操作，如此培养学生，非常不利于其计算思维的形成，对后续其他计算机相关课程的学习也是很大的伤害。

　　⑶ 教学模式过于传统，信息化水平较低

　　从教学方式上来说，传统的教学模式以教师课堂授课为中心，是以教师为主体的教学模式[5]。在这种模式下，教师仍然主要以填鸭式教学为主[6]，无法通过课堂教学发现学生的个性化特点，并进行有针对性的教学。另外，虽然计算机基础课程一般都配备了实验课时，但是实验课常常是采用教师布置上机任务、学生做完抽样检查的模式。这对于大课堂来说，教师的任务繁重，无法搜集到每一个学生的任务完成情况，无法清晰地掌握学生学习的实际情况和薄弱环节。而且，该课程缺乏相应的研讨课时，很难让学生对其所学知识进行深入思考和探究，以增强思辨能力和对课程的学习兴趣。

　　⑷ 课程考核方式不够公平合理

　　从考核方式上来说，该课程普遍采用“平时成绩”+“期末考试”的加权方式对学生成绩进行评定。平时成绩多由考勤分所得，期末考试多采用机考模式。这种考核方式过于单一化、机械化，无法对学生进行全方位的评价。很多学生来到教室打考勤，但可能根本没听讲，而是在睡觉或者玩手机。期末机考的公平合理性也是存在着很多的漏洞。例如机考的试题库可以十年不变，分值的分配和难度的掌握都没有经过系统的考量。甚至有的考试系统不够稳定和安全，频频爆出Bug，严重影响了考试结果的真实性。

　　2 新人工智能环境下对计算机基础课程改革的具体方案

　　2012年开始，在随着卷积神经网络技术在视觉处理方面的应用取得巨大的成功之后，人工智能到达了有史以来的第三个爆发期。目前，深度学习技术在AlphaGo、无人驾驶汽车、机器翻译、智能助理、机器人、推荐系统等领域的发展如火如荼。与此同时，人工智能技术在教育领域方面的应用已经兴起。人工智能的教学产品也已有先例，例如基于MOOC平台研发的教学机器人MOOC Buddy等等。基于人工智能的教育是融合云计算、物联网、大数据、VR、区块链等新兴技术的增强型数字教育[2]. 在当前人工智能的大时代背景下，针对传统计算机基础的种种弊端，我们提出了如下教学改革方案。

　　⑴ 改变教学理念，确立计算机基础课程的重要地位

　　计算机基础作为高校的一门公共课，实则应当作为各个专业的学生后续的学习、科研的必修之课程。因此，高等学校应从源头上确立该课程的重要地位，将该课程纳入必修课范畴，并给与更充分合理的课时分配。除教学课时、实验课时之外，需要为该课程增加一定的研讨课时。任课老师必须是来自于计算机专业的人才。同时，定时举办关于该课程的教学培训、教学研讨会和教学比赛，改变教师的教学理念，从源头上给予该课程足够的重视。

　　⑵ 优化教学内容，重新制定课程的教学知识体系

　　教材是教师教学的主要依据，也是学生获得系统性知识的主要来源。因此，教材对于教学的重要性不言而喻。教材的选取需要优中择优，必要的时候可以根据自身院校的情况自己编写，力求使用好的教材使教学事半功倍。在选定优质教材的基础上，制定更加合理的教学大纲，优化计算机基础课程的教学知识体系，突出计算机学科入门相关基础理论知识的重要地位。对现有的过时内容进行更新，例如操作系统以Windows10的操作取代Windows7，Office这部分使用Office2019版本取代2010的版本，同时增加关于算法入门知识、程序设计入门知识以及人工智能、区块链等前沿知识单元的介绍。以华中师范大学为例，我们在图1中给出了该校计算机基础课程的教学知识体系结构图。

　　⑶ 充分利用现代化的教学工具和人工智能技术，构建智慧课堂，改变传统教学模式

　　现代化的教学应当转变以教师为核心的教学模式，更加突出学生的主体性地位。因此，在人工智能、物聯网、大数据等技术和蓬勃发展的情形下，应当改变传统的课堂教学形式，充分利用现代化信息技术，将传统课堂教学和网络课堂教学模式相结合，构建智慧课堂。融合课堂教学身临其境的效果与网络课堂自主性强且方便师生交流的特点，通过师生之间多层次、立体化的互动，达到提升教学效果的目的。同时，建立功能强大、完善的学生实验平台，基于不同专业学生的不同特点和不同需求，进行个性化的作业设置。针对教师布置的实验任务和学生的完成情况，结合在线网络教学系统，通过传感器及网络数据，搜集学生的学习行为数据，并且使用人工智能算法进行智能分析，使教师对当前的学生的学习情况一目了然，并能引导学生对重点、难点的巩固和掌握。研讨课以学生为主体，按照所选课题进行分组调研、分组讨论，刺激学生的学习兴趣，培养其思辨能力。研讨内容最终可以课程论文的形式上交至课程共享平台，由教师和同学共同给出评分。

　　这里，仍以华中师范大学为例，我们将在线教学系统、实验课平台、研讨课共享平台等集成为一个基于人工智能技术的网络智慧教学综合平台系统。该系统主要包括用户管理、在线教学、课堂互动、作业管理、考试管理、BBS系统、智能分析和平台管理8个模块，其主要功能如图2所示。该系统采用C/S模式，系统的服务器选用Linux服务器，同时开发基于PC机的和手机端的客户端系统，方便学生和教师随时选用、更加灵活。

　　在线教学模块中的智能学习助理功能，能够根据历史用户的学习行为和当前用户的学习行为，自动地识别学习内容中的难点以及当前学生的难点内容，有针对性地对学生进行知识点强化。课堂互动模块中，通过可穿戴式传感器搜集学生的学习行为，用于后续智能分析模块中对学生的学习态度和学习行为进行智能分析。在线作业评价模块包括机器评价和教师评价两个功能。机器评价是系统为学生作业（客观题、主观题）自动评分，其中主观题的评分也是使用人工智能技术来实现。教师评分时可以参考机器评分，减少教师工作量。同时，教师评分为机器评分提供机器学习的经验数据，促进机器评分更加智能。智能分析模块能够依据学生的在线课程学习模块、课堂学习模块、作业管理模块等搜集到的学习行为数据进行综合分析，促使教师深入了解学生的学习情况和个性化特点，提升教学的针对性，并且有助于后续对学生进行全面、综合的分析和成绩评定。所有系统模块中使用到的智能分析技术包括基本的统计分析、以及各类机器学习算法（k-means，Na?ve Bayes，Support Vector Machine，Deep Learning等等）。

　　⑷ 改变传统成绩考核的方式

　　在“教学”+“实验”+“研讨课”课程结构以及网络智慧教学综合平台的辅助之下，学生的成绩评定更加全面化、多元化、公平化、自动化[7]。

　　平时成绩中，除了教学综合平台的“课堂签到”次数之外，还增加更多丰富多元化的考察信息，如：学生的课堂讨论、在线课程学习和考核结果、平时作业完成情况，以及智能分析模块中辅助分析的学习态度、学习能力、平时成绩预测。期末上机考试系统也是智慧课堂综合平台的一个子模块，是精心设计的稳定、安全、功能强大的子系统，方便教师每一年更新试题库，修改bug。试题库中的每一套试卷都应当经过科学的考卷质量分析，使其难度、覆盖范围在一个均衡、合理的范围。最后，教师通过对各类平时成绩指标以及期末考试成绩加权，给出最终的学习成绩。通过规范、合理、公平、全面的考核体系，获得对学生公平、完善的评价机制，激励学生并刺激教学良性运转。

　　3 结束语

　　本文中，我们以大学计算机基础课程为教学改革对象，针对传统课程教学的种种弊端，提出了一套在当前人工智能蓬勃发展的大背景下对该课程进行教学改革的具体方案。其中，利用现代化的信息技术和人工智能技术建立辅助网络智慧教学平台，进行教学模式的改革，是方案的重中之重。初步实践表明，通过教学改革，我校学生对于计算机基础课程的兴趣和学习的积极性增强，其计算机综合素质和解决问题的能力有了长足的进步。

　　参考文献（References）：

　　[1] 马思根，刘文江.计算机基础与计算思维相结合的”计算机导论”课程知识体系构建研究.计算机时代，2019.No.5，pp：87-90

　　[2] 张骜. “人工智能+教育”对高校教师教学的影响及应对策略研究.第十六届沈阳科学学术年会.2019.10.10.中国辽宁沈阳，pp：12-14.

　　[3] 王东.大数据时代高职计算机应用基础教学改革探讨.山东工业技术，2019.vol.19，pp：194-221

　　[4] 覃章荣，孟令娟.基于计算思维的大学计算机基础课程改革与实践.计算机时代，2019.No.4.pp：66-68

　　[5] 蒋爱云，张勤，吴俊峰，郭会娟，汪正俊. 基于慕课的翻转课堂教学模式改革探讨.软工科技，2019.Vol.35，No.7，pp： 148-151

　　[6] 武照云，马晓录，李丽，朱红瑜，张月英.基于互联网+的机械原理与设计多元化教学模式改革.高教学刊，2019.No.14，pp：75-77

　　[7] 王晓雨.基于创新能力培养的计算机语言类课程考试模式的改革.2019.vol.1，pp：135-137