在线教育中计算机专业系统能力培养模式

满正行 林强 邓涛

摘 要：产业界对计算机系统方面人才的需求在不断增加，对学生系统能力培养的要求也越来越高。因此，教师需要突破专业课课时的限制，开展相关课程的改革探索。主要内容有：以培养学生系统能力为目标调整培养方案;增加能力培养的课程内容;实施过程中通过在线教学方式将部分内容移至课外，减轻课内教学压力;借助各种方式激发学生的自学积极性，以保证系统能力培养目标的实现。

关键词：计算机科学与技术;系统能力;在线教学

中图分类号：G642.3;G434 文献标识码：A 收稿日期：2020-05-19 文章编号：1674-120X（2020）26-0096-02

学生能力培养是本科教育的关键目标之一，计算机科学与技术专业毕业生应当具备四项专业能力，即计算机思维能力、程序分析与设计能力、算法分析与设计能力和计算机系统能力。系统能力以计算思维和专业方法论为基础，其基本的表现就是能够进行系统设计、实现和应用。随着国家建设的不断推进，对具备系统能力的计算机专业人才的需求也不断增加。在最新的计算机科学课程体系CS2013中，ACM/IEEE新增的四个知识域均与系统能力相关：系统基础、并行和分布式计算、基于平台的开发、信息保障和安全。可以说，ACM/IEEE CS2013进一步强调学生系统能力的培养。

一、高级编程与实践课程描述

西北民族大学（以下简称“我校”）计算机科学与技术专业借2018年修订培养方案的机会，结合本校生源特点，针对学生系统知识学习和系统能力的培养，调整了部分课程内容，“高级编程与实践”就是为学生系统能力培养新设的课程。大三是从理论知识学习转换为应用能力培养的关键时期，学习目标和学习方法都需要按照社会需求进行调整。“高级编程与实践”就是为促成这项转变而设立的课程，旨在使学生转变思路，了解行业需求并以行业需求为学习目标，培养自学能力和应用能力。在实践方面，通过团队协作使学生目标多元化，通过问题分析和应用实践使学生调整学习方法。对目标和方法转变较快的学生，可以考虑通过额外的课程辅导使其通过行业资格认证。

高级编程与实践的先修课程为高级语言程序设计、面向对象程序设计、数据结构与算法分析等，教师可以从学生已熟悉的基本概念、基本方法、常见题目入手，以行业需求为标准重新分析和理解，配合实例和案例分析，让学生理解练习性的编程和应用开发的区别，找到新的努力方向和学习方法。在具体教学过程中，教师可以将一个应用案例贯穿课程始终，并从中抽取难点内容设计为课程实验，以保证课程始终围绕应用问题展开，聚焦培养学生系统能力的教学目标。

二、面临的挑战与策略

系统知识的学习，本就需要大量时间;而系统能力的培养，更需要大量教育资源的投入。受专业课课时限制，单靠课程教学时数，不可能达到能力培养的目标。同时，系统能力的培养，涉及学生对整个专业乃至行业和产业的整体认识，不可能单凭一门课解决问题。为此，我校大二所开各门课程的任课教师讨论决定，在各门课程教学过程中贯彻相同的思路，并在相关内容的讲解过程中相互协作，以便学生建立完整、统一的思维。

课时数不足是普遍问题，每门课程的教学时数都被不同程度的压缩。因此，唯一的解决方案就是把某些课内内容移至课外。在本学期课程排定之后，相关教师进行过多次讨论，部分内容由课内移至课外是否可行的焦点一直集中在学生的自学能力是否能够支撑这一培养目标。经过充分的调整与试用，我校确认了使用在线教学平台解决这一难题。经过比较试用，最终选取了“U+新工科智慧云”平台（以下简称“U+平台”）。

三、为保证教学质量而关注每个教学环节

虽然选定了一种新的教学方式，但教学思路肯定有很多不同，尤其是教师并无实践经验。为尽可能地保证教学质量和教学效果，只能努力考虑每个教学环节。

（一）备课不仅关注课堂，更要着眼课外

不同于传统课堂教学，在线教学没有明确的时空边界，学生可能通过在线平台提前进入学习状态，也可能在课堂结束之后才进入最佳学习状态。备课，不能只着眼于课堂活动，更需要关注学生在平台和网络的完整活动轨迹。

电子教材和PPT只是起步，当课堂跨越时空限制之后，教师需要针对学生的学习兴趣准备教学资料。然而，没有现场课堂氛围的学习状态持续时间不会多久，这就是在线学习碎片化、不定期的特征。因此，教师可以在开课前一周将“高级编程与实践”课程第一章6节的内容分解成多个相对独立的教学片段，录制8段5～15分钟的微课视频，通过U+平台提供给学生。

同时，失去时空边界的课堂变成了一个开放的环境。PPT中的一个超链接，足以把学生的视野引得更深更远。学习内容不宜被严格限定在课程大纲范围之内，可以适当包含相关的拓展知识，为学生提供更多的延伸学习资源。

（二）教师的课堂角色由授课者变为引导者

网络教学或许更接近学生的日常生活。开课伊始，学生就表现出很高的课堂参与热情，能够很快融入课堂，课堂气氛持续活跃。讨论区真的有了讨论声，教师只需关注内容是否恰当，并适时确认合理的思路、纠正有偏差的说法，引导学生展开联想、全面理解。

（三）下课不是学习的结束，而是自学的正式开始

在第一周的教学内容中，程序修改与软件维护的概念和类型只是辅助性内容，作为后续内容的铺垫而提前出现，课堂上仅简单提及而未展开细讲，但针对该部分设计了一道作业题目。结果针对与该题目相关的内容，学生课后不仅在QQ群里持续讨论，而且记忆的准确度和理解的深度，都已经超出了预期的教学目标。线上教学固有的突破时空界限的特點，很自然地让课堂讲解与课后自学衔接起来。配合微视频课件与延伸学习资源，学生的自学积极性逐渐被激发。

（四）学生学习主动性增强

采用在线教学之后，学生提前完成并提交课后作业的情形越来越多，预习起来更加主动。在U+平台上，教师可以看到作业提交情况以及提交过程的细节。“编译原理”课程的第一次作业，设定的截止日期为3月15日，而3月3日已有不少学生完成并提交，到3月8日，已有近一半的学生完成并提交。 在开课前的整体学习进度统计表中，第一章的平均学习进度已达8%（整个课程学完为100%），就是说有学生已自觉完成了课程进度安排中下周将要学习的内容。

（五）实践类教学内容的强力支撑

U+平台通过华为软件开发云，为师生提供面向团队的敏捷开发支持，在企业级的真实开发环境中参加编程历练。作为真实的企业级开发平台，U+平台除提供基本的开发过程管理、追踪和监督以及项目代码托管之外，还能够凭借企业积累的开发经验，全自动识别出代码存在的应用性错误，并按项目标准对错误进行分级，给实验课程成绩评定提供客观的依据。

四、系统能力培养模式的确立

依托U+平台的在线教学，能够使课内内容移至课外成为现实，激发学生的自学能力。

（一）采用微课视频突破难点

培养系统能力的前提是学习系统知识和掌握相关技能，可以将与系统能力相关的各门课程的相关内容录制成微课视频，供学生随时浏览掌握。视频课件能实现将部分内容从课内移至课外，减轻课内压力，同时学生可以自主安排时间，在更宽松、更自由的环境中掌握技能。

（二）制作图文课件，展现课程内容完整性

课时量的压缩引起授课内容的裁剪是正常的，但不能遗漏影响课程内容完整性的任何方面，否则会影响学生对行业的理解。借助计算机网络和信息设备，所有的在线教学内容都可再现，某些内容的讲授进度可适当加快，或者作为微课视频移至课外学习。课堂教学的关键任务在于从计算思维的角度展示课程内容的系统化和完整性。

（三）面向在线教学，提供延伸学习资源

利用网络和云技术的线上教学，可以给教学带来更多的可能性。课堂上一语带过的内容，也可以通过音、视频回放被学生获悉，并在课后讨论过程中传达给其他学生;课件上小小的一个超链接，可以将内容引向更为广阔的领域，或者将学生的学习引向深入;课程讨论与学习不再局限于课堂，网络信息使学习过程能够长久持续。

（四）教师角色从内容讲授者转向自学引导者

归根到底，系统能力的培养终归依赖于学生自学，但在线教学形式的新鲜感引发的自学积极性不会持续很久，要想持续地激发学生的自学积极性，任课教师需要持续引导，以各种方式将学生引入行业现实环境，用计算思维与学科方法论理解、分析、解决每个面临的技术问题和应用问题，向学生全面展示专业对社会的价值，使学生思考并寻找自己在行业中的位置，最终激起学生源源不断的学习兴趣，才能作为系统能力培养的根本力量。

（五）从行業和社会前沿观察问题

系统能力之所以日益重要，是因为国家建设所面临的问题中包含越来越多的系统因素。只要能够在不影响课程进度和教学效果的情况下，在课堂上抽出时间将问题与课程内容相结合，系统能力的培养将最终得到实现。现在，在线教学已经展示了这种可能性。

系统能力的培养，本身就是一项系统工程。找到一种可行的模式，远不是成就，而只是起步。在这一模式中，在线教学扮演着不可替代的角色，在线教学方式将为学生系统能力的培养提供重要支撑。

参考文献：

[1]王志英，周兴社，袁春风，等.计算机专业学生系统能力培养和系统课程体系设置研究[J].计算机教育， 2013（9）：1-6.

[2]蒋宗礼.计算机类专业人才专业能力构成与培养[J].中国大学教学，2011（10）：11-14.