基于計算思維的大學(xué)計算機(jī)課程混合教學(xué)模式實(shí)踐

楊嫘

摘要：教育部高等學(xué)校大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會明確提出計算思維能力的培養(yǎng)是大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教育的核心。文章通過分析大學(xué)計算機(jī)課程目前存在的問題，提出從核心模塊、專業(yè)需求、計算思維等三個維度重構(gòu)內(nèi)容體系， 進(jìn)行“MOOC+SPOC+專題”的教學(xué)新模式以及分階段能力考核體系的實(shí)踐探索。

關(guān)鍵詞：計算思維；大學(xué)計算機(jī)；混合教學(xué)模式；MOOC

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2019）04-0142-03

Abstract： University Computer Course Teaching Committee of the Ministry of education made it clear that the training of computational thinking ability is the core of university computer basic education. This paper analyses the existing problems of college computer course， proposes to reconstruct the content system from three dimensions that the core module， professional requirements and computational thinking， practices on the new mode of "MOOC+SPOC+ subject " and phased ability assessment system.

Key words： computational thinking； university computer；hybrid teaching mode； MOOC

隨著移動通信、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新概念、新技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，信息技術(shù)改變著人類社會的方方面面，教育也面臨著各種難題和挑戰(zhàn)。教育部高等學(xué)校大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會（2013-2017）（以下簡稱“教指委”）在2015年制定了《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》（以下簡稱《基本要求》，明確指出“計算思維能力的培養(yǎng)將成為今后大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的新常態(tài)” [1]。如何貫徹執(zhí)行這一要求？思維能力的培養(yǎng)與應(yīng)用型人才強(qiáng)化技術(shù)技能的要求是否背道而馳？思維的培養(yǎng)應(yīng)該從哪幾方面著手？MOOC時代，思維的培養(yǎng)如何落地？課時如何安排？實(shí)驗如何開展？大學(xué)計算機(jī)教學(xué)困難與機(jī)遇并存。文章結(jié)合廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院的實(shí)際情況，探討應(yīng)用型大學(xué)計算機(jī)課程該如何圍繞計算思維改革。

1計算思維

國際上廣泛認(rèn)可的計算思維是2006年周以真教授在國際著名計算機(jī)雜志Communications of the ACM上提出的。它指運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動[2]。2010年教指委主任陳國良院士根據(jù)國外計算機(jī)教育的研究成果，提出將計算思維引入大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的理念。自此，計算思維得到國內(nèi)計算機(jī)基礎(chǔ)教育界的廣泛重視，許多專家學(xué)者開始系列的研究。陳國良院士和董榮勝教授指出了大學(xué)計算機(jī)教學(xué)中 “狹義工具論”的危害[3]，并給出計算思維的表述體系[4]，使計算思維能夠盡快落實(shí)到大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中；戰(zhàn)德臣教授提出了“計算之樹”、構(gòu)建課程應(yīng)該講授的最小的內(nèi)容集合、實(shí)踐了MOOC+SPOCs[5]- [7]，龔沛曾教授則以計算思維為切入點(diǎn)進(jìn)行了計算機(jī)基礎(chǔ)課程的聯(lián)動改革[8]。這些研究使得計算思維教學(xué)改革有效落地，培養(yǎng)了學(xué)生的計算思維能力。

2 MOOC與SPOC

MOOC是massive open online courses（大規(guī)模開放在線課程）的簡稱，是指面向社會所有學(xué)員開放的課程。與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)不同，MOOC是一種以微視頻為載體的在線學(xué)習(xí)模式。這種模式以學(xué)生為中心，使用自動化的線上學(xué)習(xí)評價系統(tǒng)。系統(tǒng)7×24小時全天開放，能夠適應(yīng)隨時隨地的學(xué)習(xí)需求。SPOC是small private online course（小范圍私有在線課程）的簡稱，是指僅面向某學(xué)校某課程班學(xué)員開放的課程。SPOC的教學(xué)內(nèi)容可以是MOOC的超集，可以理解為SPOC = MOOC + 補(bǔ)充交流（線上的答疑或線下的課堂）。MOOC的出現(xiàn)使全球各國不同人群共享優(yōu)質(zhì)教育資源和大規(guī)模、個性化的學(xué)習(xí)成為可能。而SPOC則可以彌補(bǔ)MOOC的不足，它更集中在專業(yè)領(lǐng)域，學(xué)生會獲得更多的幫助。以戰(zhàn)德臣教授為組長的中國高校計算機(jī)教育MOOC 聯(lián)盟“大學(xué)計算機(jī)”課程工作組認(rèn)為“MOOC+SPOCs+翻轉(zhuǎn)課堂”是大學(xué)教學(xué)教育改革的一個方向[9]。

3目前大學(xué)計算機(jī)課程存在的問題

以廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院為例，大學(xué)計算機(jī)是所有非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生的一門必修課，在大學(xué)一年級第一或者第二學(xué)期開設(shè)，學(xué)時在60～68之間。幾年前，和大多數(shù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)定位的院校一樣，課程著重訓(xùn)練學(xué)生的操作技能，以應(yīng)用軟件為載體講授計算機(jī)知識。但如今社會不僅要求學(xué)生具有熟練的操作技能，還應(yīng)具備利用計算機(jī)科學(xué)解決專業(yè)問題的能力。鑒于此，原有的教學(xué)模式暴露出不少弊端，主要表現(xiàn)為：

（1）課程定位模糊，內(nèi)容設(shè)置過于統(tǒng)一。

首先，大學(xué)計算機(jī)這門課從出現(xiàn)起，它的存在和定位一直爭議不斷。其次，課程部分教學(xué)內(nèi)容與中小學(xué)信息技術(shù)課程相重疊，在教學(xué)過程中不能夠針對不同專業(yè)特點(diǎn)來實(shí)施不同的教學(xué)過程。模糊的課程定位、單一的課程內(nèi)容會降低學(xué)生求知的欲望，逐步失去學(xué)習(xí)的興趣。

（2）教師工作量大，無法保證教學(xué)質(zhì)量。

公共課一直存在教學(xué)工作量大，師資數(shù)量少的問題，在獨(dú)立學(xué)院及民辦高校尤為突出。雖然聘請外聘教師的方法從一定程度上可以緩解師資緊缺，但由于教師的流動性大，他們只注重完成教學(xué)任務(wù)，未必熟悉公共課的相關(guān)教學(xué)要求，無法做到對學(xué)生的統(tǒng)一要求。此外，公共課班數(shù)眾多，在講授相同的教學(xué)內(nèi)容時，教師都在進(jìn)行重復(fù)性的講解。這些都會導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量無法得到保障。

（3）教學(xué)方法陳舊，教學(xué)手段過于傳統(tǒng)。

課程教學(xué)一般分為理論課和實(shí)驗課，多采用教師課堂講授，學(xué)生上機(jī)練習(xí)的方式。但學(xué)生在上實(shí)驗課時上網(wǎng)玩游戲的多，教學(xué)缺少監(jiān)管，教學(xué)的互動性也沒有得到增強(qiáng)，學(xué)生被動接受知識。在移動互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的今天，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式發(fā)生了改變，他們喜歡依托網(wǎng)絡(luò)和智能設(shè)備的學(xué)習(xí)，喜歡自己琢磨，喜歡和小伙伴討論，不喜歡老師強(qiáng)行灌輸。顯然，當(dāng)前的教學(xué)模式不能有效引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)。

（4）課程評價靜態(tài)單一，對學(xué)生特點(diǎn)研究不夠

目前課程的許多考核方式重知識，缺乏能力考核，考核過程單一，期末“一次定生死”的考核方式不能動態(tài)體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果；許多院校對自己學(xué)校的學(xué)生特點(diǎn)研究不夠深入，照搬其他學(xué)校的教學(xué)模式，結(jié)果導(dǎo)致課程教學(xué)效果差。

4 基于計算思維的混合教學(xué)模式

2014年，在廣西區(qū)高校計算機(jī)等級聯(lián)合考試?？己?，區(qū)內(nèi)眾多院校紛紛砍掉大學(xué)計算機(jī)課程的課時或者將該課程取消。面臨課程教學(xué)大環(huán)境的變化，也面對課程暴露出的上述問題，大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)應(yīng)該圍繞計算思維開展，使學(xué)生主動將所學(xué)知識融會貫通成思維，并最終內(nèi)化為能力。計算思維的培養(yǎng)包括三個方面：首先，培養(yǎng)計算思維意識，即主動用計算思維去思考問題，變無意識為有意識；然后，培養(yǎng)計算思維方法，包括數(shù)學(xué)方法、工程方法以及計算機(jī)科學(xué)獨(dú)有的方法（迭代、遞歸）；最后，培養(yǎng)計算思維能力，需要開設(shè)一系列的課程引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用計算思維解決各種專業(yè)的問題。

4.1 重構(gòu)內(nèi)容體系

結(jié)合實(shí)際教學(xué)情況，在確定我院“面向應(yīng)用，服務(wù)專業(yè)”的課程定位后，我們從三個維度（如圖1所示）重新構(gòu)建課程的內(nèi)容體系。其中，水平維度是核心知識模塊，依據(jù)教指委的《基本要求》確定各個專業(yè)必須修讀的內(nèi)容，這部分內(nèi)容應(yīng)注重案例的更新，從計算思維的角度講解基本概念和基本原理，它體現(xiàn)了課程學(xué)習(xí)的廣度；垂直維度是專業(yè)需求模塊，根據(jù)調(diào)研而確定的各大類專業(yè)所需的相關(guān)內(nèi)容來進(jìn)行區(qū)分專業(yè)的教學(xué)，它體現(xiàn)了課程學(xué)習(xí)的深度和計算思維能力的培養(yǎng)，同時，學(xué)生能夠更好地過渡到與專業(yè)相關(guān)的后續(xù)計算機(jī)類課程學(xué)習(xí)；第三維度是計算思維模塊，以開設(shè)專題的形式講授計算思維內(nèi)容，它體現(xiàn)了計算思維方法的培養(yǎng)。此外，根據(jù)建構(gòu)主義設(shè)計課程，可以遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律調(diào)整教學(xué)順序。例如，一般會按照word-excel-powerpoint的方式介紹office軟件，但其實(shí)學(xué)習(xí)完word繼續(xù)學(xué)習(xí)powerpoint效果會更好，因為powerpoint的許多操作與word基本一致，它可以理解為“會動的”word，較excel的學(xué)習(xí)而言更易與word銜接上。

4.2混合教學(xué)模式

借鑒目前流行的“MOOC+SPOCs”教學(xué)模式，結(jié)合上述的課程內(nèi)容體系三維度，我們提出了基于計算思維的大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)新模式，如圖2所示。開展教學(xué)時，在統(tǒng)一必修的水平維度上，采取MOOC形式，將各類包括微視頻、課件、測試題等在內(nèi)的教學(xué)資源按知識點(diǎn)以思維導(dǎo)圖的方式呈現(xiàn)給學(xué)生，供他們課堂集中學(xué)習(xí)及課后自主學(xué)習(xí)，教學(xué)方式以學(xué)生在線學(xué)習(xí)為主，教師課堂講授為輔；在分類必修的垂直維度上，采取SPOC形式，不同專業(yè)的學(xué)生只能學(xué)習(xí)與本專業(yè)需求相關(guān)的知識，教學(xué)方式以教師課堂講授為主，學(xué)生在線學(xué)習(xí)為輔；在第三維度上，采取傳統(tǒng)的大課講座形式，由不同教師共同講授計算思維。

4.3動態(tài)多元考核

科學(xué)的考核體系可以更客觀地體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。由于學(xué)生的學(xué)習(xí)效果是一個動態(tài)連續(xù)的過程，評價不能只停留在總評成績分?jǐn)?shù)上，我們認(rèn)為應(yīng)該采用分階段重技能的考核方式。所謂重技能，指的是在考試形式上，采用機(jī)試，分理論、實(shí)驗和實(shí)例考核，其中實(shí)例考核著重考查學(xué)生從思維到能力的轉(zhuǎn)變程度；所謂分階段，指的是將課程的期末考核分成多次，安排到課程的學(xué)習(xí)過程中進(jìn)行，多次考核成績累計達(dá)60分視為考核成績及格。例如，按內(nèi)容體系三個維度的劃分，將課程分為三個階段考核，在每個維度的內(nèi)容學(xué)習(xí)完畢后，學(xué)生認(rèn)為準(zhǔn)備充分后就可申請考核，考核的時間完全由學(xué)生決定。這種基于學(xué)習(xí)過程的能力考核方式符合行為主義所強(qiáng)調(diào)地對學(xué)生學(xué)習(xí)行為的研究并注重評估學(xué)習(xí)者的行為，以確定從什么時候開始教學(xué)（學(xué)生也可以確定自己何時開始學(xué)習(xí)）觀點(diǎn)，因此，具有一定的科學(xué)性。

4.4個性化學(xué)習(xí)

我院是一所獨(dú)立學(xué)院，學(xué)生除了具備當(dāng)代大學(xué)生的共性外，還擁有文化學(xué)習(xí)基礎(chǔ)差，學(xué)習(xí)專注時間短，自控能力弱，喜歡協(xié)作學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)的自主性弱，難以自主實(shí)現(xiàn)知識的內(nèi)化等個性。根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)，我們設(shè)計適合他們的個性化學(xué)習(xí)方式，不會因為學(xué)生基礎(chǔ)差就將計算機(jī)知識以簡單概念化的方式呈現(xiàn)，而是將計算機(jī)知識的思維以可視化、可操作的方式呈現(xiàn)。由于個性化學(xué)習(xí)必須采用群體化、社群型的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新方式，因此，我們建立課程討論區(qū)，便于師生交流，鼓勵學(xué)生在討論區(qū)中上傳自己錄制的操作微視頻，以幫助完善課程操作資源庫的建設(shè)。

5 結(jié)語

隨著大數(shù)據(jù)時代的來臨，計算思維將成為人們認(rèn)識和解決問題的基本能力之一。在大學(xué)計算機(jī)課程中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維是非常有必要的，因為該課程是非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生都必須修讀的第一門計算機(jī)課程，而計算思維能力是學(xué)科融合與創(chuàng)新的需要。采用基于計算思維的大學(xué)計算機(jī)混合教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)，不但可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，而且可以培養(yǎng)學(xué)生初步形成解決當(dāng)代問題的思維和能力。不過，后續(xù)還有許多諸如基于計算思維課程的聯(lián)動改革、使用大數(shù)據(jù)技術(shù)測評教學(xué)效果等問題有待研究。

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【通聯(lián)編輯：王力】