从调查入手,了解对计算机教育的新需求

从调查入手，了解对计算机教育的新需求从调查入手，了解对计算机教育的新需求 北京大学信息科学技术学院 张铭 谢柏青 摘要摘要：本文作者对北京大学的部分教师、研究生和高年级学生进行了目前使用计算机情况的 调查，分析调查结果，提出一些计算机课程改革的参考建议和意见。 关键字关键字：计算机教育、信息技术、教学改革、计算机科学 计算机科学已经深入应用到各个领域，因此计算机教育已经成为高等教育中的基础课 程之一。 计算机基础教育是面向全体高等学校学生的计算机教育。 跟随信息技术和计算机技 术的迅速发展， 计算机基础教育的教学内容和教学模式也要发生不断的变化。 为此我们在北 京大学对部分教师、 研究生和高年级学生进行了使用计算机情况的调查， 了解高等学校的研 究人员在软件使用、 软件开发方面的现状和对课程建设的建议， 进一步发掘了对计算机基础 教育的需求，以此作为改进计算机基础课程体系的重要参考。从中我们得到了有益的启示， 愿和从事计算机基础教育的同行共享。 1计算机基础教育现状计算机基础教育现状 计算机基础教育是面向全体大学生的计算机教育。 在教学实践中， 我们应该注意到非计 算机专业与计算机专业具有共性的一面， 又有很大的差别。 在教学内容上虽然有一部分重叠， 但是不同的专业学习计算机的目的不同、基础不同，因此，对不同类型的专业要提出不同的 要求、采用不同的教学方式。可以说，计算机应用人才不仅要由高校的计算机专业来培养， 更要从非计算机专业中培养。 对于大部分文科类专业来说， 学生学习计算机的目的很大程度上是使用计算机， 因此文 科学生的要求是要熟练掌握计算机上各种相关软件的使用， 以及对计算机应用技术的简单了 解。对于非计算机专业的理工学生来说，除了达到对文科学生的要求之外，还要学习一些基 本的应用基础如程序设计等等， 以在较深的层次上结合自己的专业领域来应用计算机。 而对 于计算机专业的学生来说，全面、系统地掌握计算机的专业理论知识是必须的，因此在计算 机基础教育上的要求也会更严格。 由此可以看出，不同专业对计算机知识的掌握程度有不同的要求，因此计算机基础教育 课程体系按照不同类型的专业划分是合理的。 北京大学计算机基础课程教学体系按照计算机 专业（A 类） 、理科非计算机专业（B 类） 、文科专业（C 类）划分为三类。 在设置计算机专业的基础课程时，基于如下的考虑： 1 首先要给学生提供对计算机学科的一个全局性了解，建立学科全局观，既有利于日 后深入学习做出选择，也有利于对各学科分支在学科全局中的位置和相互关系有透彻的理 解。 2 设计程序解决一个问题时，除了认真分析问题之外，最重要的是选择合适的数据结 构，并设计满足限制条件的算法或选择最优的算法。因此 ，算机专业的学生要熟练掌握各 种常见的数据结构，深刻理解某些经典算法的原理和时间、空间复杂度，掌握算法设计的一 般步骤。 3 计算机专业的学生应该从理论和实践上掌握微型计算机的基本组成、工作原理及常 用接口技术，建立微机整体概念，具备利用微机进行硬、软件开发的初步能力。除此之外， 还要初步掌握汇编语言程序设计的基本方法和上机调试过程。 因此，北京大学信息学院计算机系设置了计算概论课程以给学生建立一个对计算机科 学的全局性认识；设置了数据结构与算法课程、数据结构实习以及程序设计实习，使学生熟 练掌握常用数据结构的特点和算法分析与设计技术的一般方法，并进行系统的程序设计训 练；设置了微机原理使学生建立微机整体概念，掌握微机的基本组成、工作原理和常用接口 技术。其中，计算概论作为总论性质的课程，是其他课程的先修课程。 非计算机专业学习计算机技术的目的很明确， 不是把它作为纯理论的课程来学习， 而是 作为应用技术来掌握。 对于理工类非计算机专业的学生来说， 虽然他们在学习和工作中不是 以计算机为中心，但是很多情况下却离不开计算机，他们需要结合自己的专业，利用计算机 作为工具来开展工作。 与计算机专业一样，对理科非计算机专业的计算机基础课程体系同样也设置了计算概 论、数据结构与算法、微机原理三门课程。但是，由于两者的学习目的不同，故而要求也有 很大不同。 对于理科非计算机专业学生， 计算概论的目的是要给学生一个对计算机的整 体认识， 使学生掌握信息技术的基本知识及使用计算机解决实际问题的能力； 数据结构与算 法介绍常用的数据结构和算法设计的方法及其应用； 微机原理使学生了解计算机的基本工作 原理。 对文科学生在计算机方面的要求比对理科非计算机专业学生的要求更低一些， 教授的内 容也更偏向于应用， 结合使用计算机和应用计算机， 讲解计算机与信息技术的基本知识和基 本方法。文科专业计算机基础课程包括两学期的内容：文科计算机基础（上） 、文科计算机 基础（下） 。 文科计算机基础（上）向文科学生主要介绍计算机的发展，计算机的使用与维护，计算 机网络方面的常识，以及常用软件（如 word、excel）的使用。通过本课程的学习，希望学 生能够较为熟练地使用计算机，真正把计算机作为日常生活和学习中的工具。 文科计算机基础（下）讲授较为高级的计算机应用技术，一共包含 7 个模块：网络、多 媒体、数据库、VB、ASP、网页制作、动态网页制作。我们将这个 7 个模块组合起来，一 共形成了 7 门课程，学生可以任选其中一种或两种。这 7 门课程是：网络与多媒体技术，网 络与数据库技术，网络与 VB 程序设计，数据库与 VB 程序设计，VB 与 ASP， （静态）网页 制作，动态网页制作。 为了了解北京大学计算机基础教学的课程体系和知识点设置的情况， 以及学生们的学习 效果， 我们在北京大学计算机基础任课教员和低年级理科学生中进行计算机基础课程分类分 级教学情况的调查。 从调查的结果来看， 目前北京大学计算机基础课程的教学实践是成功的， 从学生对每门课程的认识来看， 我们取得了很好的教学效果。 学生们认为课程中重要的知识 点基本上和教学实践中重点讲解的内容一致。 学生对教师的敬业精神和认真负责精神比较满 意。多数学生认为课程安排、教学内容和作业分量是合理的，进一步结合专业应用进行教学 就更好了。 2计算机教育需求调查情况及其分析计算机教育需求调查情况及其分析 为改进计算机基础课程体系，我们在北京大学对部分教师、研究生和高年级学生进行 了使用计算机情况的调查， 了解高等学校的研究人员在软件使用、 软件开发方面的现状和对 课程建设的情况与建议， 进一步发掘了对计算机基础教育的新需求。 参与调查的人员一共有 44 人，其中：一半以上年龄在 30 岁40 岁；49%是副教授，30%是教授；51%每天使用计算 机 48 小时；大部分是理科非计算机专业的教师。 2.1 软件使用2.1 软件使用 我们课程中讲授的软件基本是工作中常用的软件。从下图可以看出，最常使用的前 5 个软件是 Word、Power Point、Internet Explorer、Acrobat、Excel。除了 Acrobat 之外，文科 的计算机基础课程中基本涵盖了这些内容。 92.3% 53.8% 79.5% 79.5% 7.7% 20.5% 61.5% 10.3% 46.2% 28.2% 38.5% 10.3% 23.1% 12.8% 0.0% 10.0% 20.0% 30.0% 40.0% 50.0% 60.0% 70.0% 80.0% 90.0% 100.0% ABCDEFGHIJKLMN A)Word B)Excel C)Power Point D)Internet Explorer E) Serv-U ftp server F)Math Type G)Acrobat H)Visio I) 金山词霸 J) Realone player K) Winrar 等压缩软件 L) Netants M)上网代理（规避出国流量收费） N)其他 图 1 日常工作中各种软件使用率 我们还调查了其他软件的使用情况。在参与调查的人员中，71%的人员使用数据库，其 中 57%的人使用微软的 Access，25%使用 SQL Server；工作中使用 web 服务器的人员占三 分之一左右，在这些人中，67%的人使用 IIS 构建 web 服务器，25%使用 Tomcat；90%以上 的人员使用 FTP 软件，其中所有人会使用 ftp 的下载和上传功能，8%能够搭建和配置 ftp 服 务器。 25% 7% 4% 57% 7% A)SQL ServerB)OracleC)DB2D)AccessE)mySql 图 2 各种数据库软件的使用情况 专业领域中较为常见的计算机软件有 IDL、matlab、photoshop、origin、mathematica、 gcc、tex 等等。大部分人员通过自学学习新软件的使用方法。我们在给其他学院开设计算机 基础课程时，可以结合专业领域，讲授他们工作中常用软件的使用方法。例如可以给工程性 强的专业讲授 origin 的使用，给美术相关的专业重点介绍 photoshop，等等。 总的来看，计算机基础课程中讲授的软件基本涵盖了工作中最常用的软件。不过， Access、Acrobat 以及一些 ftp 软件也是较为常用的，课程内容可以考虑将这些软件的使用包 含进去。我们可以针对专业有重点地介绍专业相关软件的使用，这样既实用，又能让学生感 兴趣。 2.2 软件开发 2.2 软件开发 所调查的人员中，一半以上的人在工作中需要编程。编程语言的使用情况如图 3 所示。 51.3% 12.8% 5.1% 2.6% 17.9% 7.7% 0.0% 43.6% 0.0% 10.0% 20.0% 30.0% 40.0% 50.0% 60.0% ABCDEFGH A)C/C+ B) Java/Jsp C) Pascal/Delphi D)BASIC E)Matlab F) maple G)asp/ H)FORTRAN 图 3 各种编程语言的使用情况 从图 3 中可以看出，使用频率最高的编程语言是 C/C+和 FORTRAN，其次是 Matlab 和 Java。74%的人编程的目的是科学研究的需要，还有一部分人编程是为了进行教学示例。 大部分情况下，他们编程时无需和计算机专业人员的合作，可以独立完成。 63%的人认为使用计算机的能力对自己专业的毕业生就业影响很大。 大部分理科专业的 毕业生在工作后使用计算机进行的工作主要是编程计算，其次是查找资料和绘图。 在专业领域的科学研究中，对于较大型的计算机系统的开发，大部分情况下会交给专 业的公司， 较少在院系内部组织开发。 非专业的人员经过培训后就可以完成计算机系统的配 置和维护。 以上情况说明，在工作中会需要用 C/C+、Matlab 等进行编程，但是对于较大型计算 机系统的开发一般情况下会交给专业的公司来处理， 专业人员只要能较为快速地掌握新系统 的配置和维护就足够。 2.3 课程建设 2.3 课程建设 我们从编程方面和软件的使用方面来总结理科计算机基础教学的建议。 关于编程，不同专业要区别对待。有的学院除个别专业方向须掌握编程方法外，其余均 是对现在已有程序的应用。因此这些专业的计算机基础课应重在程序应用，而不是编程。而 对于另外一些专业， 很多学生在进行毕业设计时或者在毕业后要进行程序设计， 而大多数学 生在计算机基础课上却没有受过正规的程序设计训练 （会使用一门编程语言并不一定说明会 进行程序设计） ，如进行文档的编写以及良好的编程风格。所以，一方面，某些专业需要减 少编程方面的内容，另一方面，另外一些专业却需要加强程序设计的教学。 教学中介绍的软件要更实用，更面向专业。例如，可以增加一些实用的数据处理和科学 图形软件的使用内容。 在讲述如何使用软件时， 重点是要培养学生学习使用新软件的能力。 教师可以站在更高 的高度来介绍，例如可以多个软件做对比，来发现使用方法上的不同点和相同点；可以讲述 什么样的软件才算是易用的以及为什么易用；可以鼓励学生自己多动手试用软件，等等。这 样讲述能够让学生更容易领会软件的使用， 让学生可以在日后的工作中更容易掌握新软件的 使用方法。 文科学生对教学内容的实用性和趣味性要求更高一些， 难度不必太大。 例如可以适当增 加动画制作和影音剪辑方面的内容。 3几点启示几点启示 从调查的结果来看， 目前北京大学计算机基础课程的教学实践是成功的， 课程的设置基 本符合当前高等学校人材培养中对信息技术和计算机技术方面的要求，但是也有一些不足， 从教学内容和教学模式等方面还需要不断地进行改革。总结为以下几点： 3.1 高等学校计算机基础教学和中学信息技术课程的区别 3.1 高等学校计算机基础教学和中学信息技术课程的区别 从我们的教学实践看， 高等学校计算机基础教育始终应该从基础原理， 基本开发技术和 应用三个层面来进行讲解，使学生对计算机的认识由感性的、功能的认识深入到内涵的、机 理的认识， 能在高层次使用计算机和应用各种信息技术来提高专业工作的质量和效率。 因此 高等学校非计算机专业的计算机课程在上述三个层面都应有一定深度， 不能停留在中学信息 技术课程的水平。 3.2 程序设计课程可以分不同层次，但要突出程序设计方法 3.2 程序设计课程可以分不同层次，但要突出程序设计方法 调查表明，非计算机专业约半数的研究人员在工作中进行编程或使用应用程序进行工 作，因此，目前在高等学校理工科非计算机专业将程序设计列为必修课是合适的。但不同的 专业对该课程的要求可以有所差异。但不论哪种情况，都不能停留在某种高级语言的介绍， 而是要突出讲述程序设计方法，正确地选择算法与数据结构，进行正规的程序设计训练。可 以根据专业的使用情况及学生的情况来选择某种高级语言作为实际操作的语言， 尽可能避免 讲了一种，再讲一种，不深不透。 3.3 学会软件的使用方法与高层次地应用软件解决专业的实际问题 3.3 学会软件的使用方法与高层次地应用软件解决专业的实际问题 在高等学校的计算机基础课程中要讲解软件的使用方法和培养学生应用软件解决实际 问题的能力。前面调查的结果表明，除目前课程中讲授的常用软件外，还可以结合专业选择 一、两个软件，例如，对于美术或新闻相关的专业，可能会对电影制作方面有较高的要求， 可以选择这方面的软件。 在软件的讲解应着重软件的功能介绍， 使学生了解所讲软件能解决 什么问题， 不必详细讲操作步骤， 但要选择一系列合适的题目让学生做， 在做的基础上交流、 讲解。 建议选择一个软件较深入地讲解应用软件解决实际问题的方法和思路， 对于多数文科 和部分理工科专业，选择 Excel 软件是合适的，要选择不同类型的应用问题约 10 个实例， 使学生学会应用软件解决实际问题的方法。 3.4 在教学方式上，老师注重调动学生的积极性，教学效果更佳 3.4 在教学方式上，老师注重调动学生的积极性，教学效果更佳 在教学方式上，老师如果能注重调动学生的积极性，教学效果可能会更好。计算机基础 课程是实践性很强的课程，如何将基础原理，基本开发技术和应用三个层面有机地结合，选 择优秀的应用性的案例进行教学是提高计算机基础教学重要的环节。 教师讲授知识时要能够 做到理论联系实际， 努力使该课程生动有趣且易懂等来调动学生的积极性并吸引学生的注意 力。在课程中可以讲解或布置有挑战性或应用性或有趣的任务、问题或习题，并增加奖励和 鼓励措施，鼓励和指导学生在实践中学习和提高。 鸣谢鸣谢 本次调查得到了得到了北京大学许多教师、研究生、大学生和教学管理人员特别是方 新贵、魏忠鹏、董晓辉、杨朝晖、陈晓林、李经建等老师的大力协助。作者对参与本次调查 的北京大学师生表示衷心感谢！ 参考文献参考文献 1. 中国计算机科学与技术学科教程 2002 研究组， 中国计算机科学与技术学科教程 2002 （China Computing Curricula，简称 CCC2002） ，清华大学出版社，2002 年。 2. IEEECS and AC