多種教學(xué)方式混合的計算機基礎(chǔ)教學(xué)改革與實踐

黃旭　林加論

摘? 要： 根據(jù)教育部制定的培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力教學(xué)要求，結(jié)合課程現(xiàn)狀分析，提出基于不同教學(xué)平臺、線上/線下混合教學(xué)的改革策略，并從虛擬實驗、移動教學(xué)、自主學(xué)習(xí)等方面進行了大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)實踐。通過實施效果分析，證明采用多種方式混合的教學(xué)模式，可以提高課程教學(xué)效率、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動性，同時達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力及計算思維意識的教學(xué)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞： 計算機基礎(chǔ)教學(xué); 計算思維; 混合教學(xué)模式; 虛擬實驗; 移動教學(xué); 自主學(xué)習(xí)

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2020）06-95-04

Abstract： According to the teaching requirements of cultivating students' computational thinking ability formulated by the Ministry of Education， combined with the analysis of the current situation of the course， this paper puts forward the reform strategies based on different teaching platforms and online/offline blended teaching， and carries out the teaching practice of computer basic course from the aspects of virtual experiment， mobile teaching， autonomous learning， etc. Through the implementation effect analysis， it is proved that the blended teaching mode can improve the teaching efficiency， stimulate students' interest and initiative in learning， and achieve the teaching goal of cultivating students' autonomous learning ability and computational thinking consciousness.

Key words： basic computer teaching; computational thinking; blended teaching mode; virtual experiment; mobile teaching; autonomous learning

0 引言

計算機基礎(chǔ)教學(xué)在我國高等教育中已有30多年歷史，已經(jīng)歷過兩次重要的改革。如今的第三次教學(xué)改革始于2010年，九校聯(lián)盟提出計算機基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)是計算思維能力的培養(yǎng)，國內(nèi)一些知名教授也開始通過各種形式探索計算思維概念的落地問題[1-3]，為大學(xué)計算機教育發(fā)展起到了重要的推動作用。

2016年，教育部高教司編制了《大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》，提出“寬、專、融”三個層次的計算機基礎(chǔ)課程體系，同時明確計算思維能力的培養(yǎng)將成為今后大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)的新常態(tài)[4]。

為了適應(yīng)不斷變化的形勢，我校計算機基礎(chǔ)課程也相應(yīng)進行了多次教學(xué)改革，從最早的“計算機文化基礎(chǔ)”到“計算機基礎(chǔ)與應(yīng)用”，再到目前的“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”，教學(xué)目標(biāo)由原來的掌握工具軟件操作調(diào)整為培養(yǎng)計算思維能力。

1 課程現(xiàn)狀分析

大學(xué)計算機基礎(chǔ)是我校面向所有專業(yè)開設(shè)的一門通識教育課程，近年來，在課程教學(xué)條件方面，一直存在機房使用緊張、教師教學(xué)任務(wù)繁重等突出問題。在學(xué)生層面，通過課前問卷調(diào)查，分析匯總?cè)缦隆?/p>

⑴ 學(xué)生課前計算機水平參差不齊。雖然國內(nèi)中小學(xué)校已普遍開設(shè)了信息技術(shù)課程，但依然存在2%“零起點”的學(xué)生，其余有69%的學(xué)生能進行網(wǎng)頁瀏覽、聊天等簡單應(yīng)用，而29%的學(xué)生已掌握Office基本操作技能。

⑵ 學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識一般。學(xué)生的學(xué)習(xí)依賴性較大，有將近一半的學(xué)生偏向于中小階段傳統(tǒng)的授課方式，需要在教學(xué)中加強自主學(xué)習(xí)引導(dǎo)。

⑶ 學(xué)生對課程學(xué)習(xí)期望較高。幾乎所有的學(xué)生希望通過課程學(xué)習(xí)來提高自己的計算機應(yīng)用水平，88% 的學(xué)生有考取計算機等級證書的打算，還有不少學(xué)生建議學(xué)校另外開設(shè)其他一些與醫(yī)學(xué)專業(yè)相關(guān)的計算機課程，學(xué)生學(xué)習(xí)計算機的熱情較高。

⑷ 學(xué)生移動設(shè)備使用情況良好。學(xué)生基本都擁有個人智能手機，且對各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用操作比較熟悉，這將有利于線上教學(xué)模式的開展。

2 教學(xué)改革策略

課程教學(xué)改革首先需考慮如何緩解或解決教學(xué)中存在的各種問題，整體思路為：①針對機房使用緊張、教師教學(xué)任務(wù)繁重的問題，通過理論大班授課方式來緩解，同時采用虛擬實驗方法，幫助學(xué)生適時消化理論知識;②針對學(xué)生水平參差不齊的問題，通過增加學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)來彌補，同時為學(xué)生配套提供適合的數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境及相應(yīng)的學(xué)習(xí)引導(dǎo);③針對計算思維培養(yǎng)的問題，得從“基于計算機求解問題”的主線重新梳理教學(xué)內(nèi)容，將計算思維的理念滲透其中，以期學(xué)生在課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程中逐步建立起計算思維意識;④充分結(jié)合學(xué)生移動設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)使用情況良好等有利條件，通過現(xiàn)代教育技術(shù)，采用多種方式混合的教學(xué)模式，來提高課程教學(xué)效率及教學(xué)質(zhì)量。

根據(jù)教學(xué)改革整體思路，將課程教學(xué)設(shè)置為自主學(xué)習(xí)、理論教學(xué)和實驗教學(xué)三大板塊，分別安排在課前、課中和課后三個時間段來實施，同時明確過程中教師和學(xué)生的角色任務(wù)。此外，將網(wǎng)絡(luò)課程與傳統(tǒng)課堂做整合設(shè)計，基于不同教學(xué)平臺、通過線上/線下的方式開展教學(xué)，混合教學(xué)模式實施流程如圖1所示。

3 混合模式教學(xué)實踐

根據(jù)教學(xué)改革策略，采用不同教學(xué)方式，開展以計算思維培養(yǎng)為導(dǎo)向的混合教學(xué)模式實踐。

3.1 以虛擬實驗方法輔助教與學(xué)

虛擬實驗方法[5-6]具有抽象問題具體化、復(fù)雜問題直觀化的特點，運用虛擬實驗方法對理論內(nèi)容中涉及到的基本原理、重要概念等進行形象表達(dá)及深刻詮釋，可以幫助學(xué)生更好、更快地理解并掌握理論知識點。本課程自2017年開始實施由北京理工大學(xué)提出的“理論+概念+方法”教學(xué)方案，方案包括一套面向計算思維培養(yǎng)的教材和一款配套了29個虛擬實驗、可實現(xiàn)無紙化實驗管理的虛擬實驗教學(xué)平臺。結(jié)合醫(yī)學(xué)院校特色和課程教學(xué)要求，理論環(huán)節(jié)只選取涉及重點難點內(nèi)容的虛擬實驗用于輔助教學(xué);而實踐環(huán)節(jié)則融入更多的虛擬實驗，用于輔助學(xué)生加深概念理解及應(yīng)用延展。在理論教學(xué)中加入虛擬實驗演示，課堂講授效果顯著提升，特別是在介紹計算機中數(shù)據(jù)的表示與編碼、圖靈機模型、計算機的工作原理等難點內(nèi)容時，通過虛擬實驗演示，將抽象的概念變成具體的畫面、將文字描述變成可視化的動態(tài)過程，極大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，繼而更加主動參于到學(xué)習(xí)中來，然后在接下來的實踐環(huán)節(jié)中，通過自己動手操作驗證，進一步加深概念的理解，最終達(dá)到教與學(xué)的雙重目標(biāo)。

以“一條指令的執(zhí)行過程”虛擬實驗為例（界面如圖2所示），實驗形象設(shè)計了RAM（存儲器）、CPU（中央處理單元）及地址、控制、數(shù)據(jù)三種邏輯總線，通過取指令、指令譯碼、取數(shù)據(jù)及加法計算幾個過程，虛擬展示三種信息（地址、控制、數(shù)據(jù)）在各主要部件間的流動及變化過程。通過“一條指令的執(zhí)行過程”虛擬實驗的操作演示，再加上一些簡要的語言描述，學(xué)生就能以最直觀的方式觀察計算機中幾大主要部件協(xié)調(diào)工作的過程，加深對指令、微指令以及指令系統(tǒng)的理解，了解指令執(zhí)行的三個重要階段：取指令、分析指令、執(zhí)行指令，從而進一步認(rèn)識計算機的工作原理。

3.2 以移動教學(xué)方式提高授課效率

傳統(tǒng)大班授課的難點主要在于：①師生難于得于充分互動;②教師難于實時獲知學(xué)生掌握情況。如果可以結(jié)合學(xué)生智能手機普及度高、網(wǎng)絡(luò)使用方便等有利條件，選用合適的教學(xué)軟件，將移動教學(xué)方法融入到傳統(tǒng)教學(xué)中，就可以有效解決這一難題。

目前應(yīng)用較多的移動教學(xué)軟件有藍(lán)墨云班課、課堂派、雨課堂等等，每款軟件都各具特色，適用于不同的教學(xué)場景。其中雨課堂是由MOOC平臺“學(xué)堂在線”與清華大學(xué)在線教育辦公室共同研發(fā)的一款線上混合式教學(xué)工具，它將復(fù)雜的信息技術(shù)融入到教師最熟悉的PPT和微信中，具有簡單易操作、課堂互動強、反饋實時等特點，非常適合在課堂中實施[7]。下面以雨課堂應(yīng)用為例，說明移動教學(xué)方法的實施過程。

⑴ 課前階段。教師通過PPT準(zhǔn)備教學(xué)材料（如果計劃在課堂中進行實時測試，需要通過雨課堂插件在PPT中插入題目，如圖3所示）;向?qū)W生推送預(yù)習(xí)材料。

⑵ 課中階段。教師通過微信連接雨課堂并開啟授課，接下來選擇虛擬班級（如果是第一次授課，需要創(chuàng)建虛擬班級）、開放二維碼，等待學(xué)生掃描加入課程學(xué)習(xí)。授課過程中教師可以開啟彈幕功能，鼓勵學(xué)生表達(dá)自己的觀點，增加師生互動;可以推送課堂測試，實時檢測學(xué)生對所講知識點的掌握情況并及時答疑;可以利用投屏功能，將答題結(jié)果及統(tǒng)計詳情顯示出來，活躍課堂氣氛;還可以利用隨機點名、課堂紅包等功能，吸引學(xué)生注意力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。

⑶ 課后階段。教師向?qū)W生推送課后作業(yè)或?qū)W習(xí)資源;查看學(xué)生課堂、課外的學(xué)習(xí)情況和各項統(tǒng)計數(shù)據(jù)，有針對性的準(zhǔn)備下次課的教學(xué)內(nèi)容。

實踐證明，雨課堂除了可以實現(xiàn)課堂上教師和學(xué)生的實時互動外，還會自動采集課前、課中、課后三個教學(xué)階段中學(xué)生所有的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，幫助教師快速了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果、及時調(diào)整授課進度與側(cè)重點，極大提高了教師授課的效率。

3.3 以課外自主學(xué)習(xí)鞏固教學(xué)效果

自主學(xué)習(xí)的設(shè)置，一方面可以幫助學(xué)習(xí)進度較慢的學(xué)生及時消化有限課堂時間中沒有理解的知識點或沒有掌握的操作技能;另一方面可以幫助基礎(chǔ)較好的學(xué)生學(xué)習(xí)更多課堂外的相關(guān)知識。自主學(xué)習(xí)一般安排在課前或課后兩個階段進行，學(xué)生課前主要任務(wù)是依據(jù)教師給定的學(xué)習(xí)目標(biāo)及學(xué)習(xí)要求，觀看相應(yīng)教學(xué)視頻，或者根據(jù)個人需求制定個性化的學(xué)習(xí)計劃，自己查找視頻、瀏覽相關(guān)課程資源;課后的主要任務(wù)是完成教師布置的測試題，及時鞏固所學(xué)理論知識，同時根據(jù)個人操作掌握情況安排上機操作練習(xí)。教師的主要任務(wù)則是提供必要的學(xué)習(xí)資源及學(xué)習(xí)引導(dǎo)，并解答學(xué)生的疑問。

大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源較為豐富，因此，學(xué)生自主學(xué)習(xí)安排在線上進行，其數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境主要由Blackboard網(wǎng)絡(luò)課程、智慧樹教學(xué)網(wǎng)站、E-learning教學(xué)系統(tǒng)等在線教學(xué)平臺搭建而成，其中：Blackboard網(wǎng)絡(luò)課程將作為主要的基礎(chǔ)平臺，起到連結(jié)各類課程教學(xué)資源的紐帶作用，并將全程記錄學(xué)生課前及課后的學(xué)習(xí)完成情況，便于教師實時獲知學(xué)生學(xué)習(xí)動向;智慧樹教學(xué)網(wǎng)站提供了更為詳細(xì)的課程教學(xué)視頻，學(xué)生可根據(jù)個人學(xué)習(xí)需求制定個性化的學(xué)習(xí)計劃，隨時、隨地靈活學(xué)習(xí);E-learning教學(xué)系統(tǒng)是相關(guān)教材配套的教學(xué)軟件，其提供的大量的實驗題目及操作視頻，可用于提高學(xué)生的Office操作技能。

3.4 實施效果總結(jié)

以計算思維培養(yǎng)為導(dǎo)向的計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)改革在我校已連續(xù)實施3年，通過日常教學(xué)檢查、與老師/學(xué)生的訪談交流、課程考核成績等方面，實施效果總結(jié)如下：

⑴ 教學(xué)壓力得到緩解。采用理論大班授課的教學(xué)方式，相較比小機房授課的教學(xué)方式，可以縮減70% 左右的理論學(xué)時，在一定程度上緩解了因機房緊缺、教師教學(xué)任務(wù)繁重等突出問題帶來的教學(xué)壓力。

⑵ 學(xué)生學(xué)習(xí)主動性/積極性有所提高。在教學(xué)中引入虛擬實驗方法，通過形象、直觀的操作演示，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，再加上靈活的移動教學(xué)方式，讓課堂氣氛更加活躍，學(xué)生學(xué)習(xí)也更加積極主動。

⑶ 學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力得到增強。虛擬實驗方法的實施，改變了學(xué)生以往缺乏獨立思考、任何問題都依賴?yán)蠋熭o導(dǎo)的學(xué)習(xí)狀態(tài);加上豐富的教學(xué)資源、更便利的資源獲取方式，使得學(xué)生學(xué)習(xí)更加自主。

⑷ 學(xué)生計算思維意識有所提高。從學(xué)生上交的算法設(shè)計作業(yè)中可以看到，學(xué)生給出的答案不再局限于課堂中已經(jīng)講授過的經(jīng)典算法，而是出現(xiàn)了更多、更新穎的解題思路;此外，從學(xué)校的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，每年學(xué)生參與的“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽項目多達(dá)上百個，說明已經(jīng)有越來越多的學(xué)生具備了站在計算機的角度去解決現(xiàn)實問題的計算思維意識。

⑸ 學(xué)生課程成績達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。雖然課程教學(xué)中弱化了Office操作內(nèi)容的講解，考核題量及難度也較往年有所增加，而學(xué)生的考核平均分、及格率和優(yōu)秀率等仍然有所提高，已經(jīng)達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

4 結(jié)束語

引入虛擬實驗方法，采用多種方式混合的教學(xué)模式，是我校又一次新的課程教學(xué)嘗試，從實施的效果來看，已經(jīng)達(dá)到緩解教學(xué)壓力、提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，同時培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和計算思維意識的教學(xué)目標(biāo)，接下來需要從計算機的醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面增加課程內(nèi)容的深度和廣度，在現(xiàn)有實驗的基礎(chǔ)上開展以問題為驅(qū)動的拓展學(xué)習(xí)，訓(xùn)練學(xué)生的思維，提高學(xué)生利用計算機解決本專業(yè)具體問題的實踐動手能力。

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