新工科背景下的大學計算機教學改革研究與實踐

方向

[摘 要]在新工科背景下，大學計算機課程在高校教學中的基礎(chǔ)性、重要性、必要性更顯突出。課題組探討了大學計算機教學模式改革的必然性，結(jié)合我校實踐，介紹了“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的混合教學模式的實施策略和過程，對未來的工作提出了一些建議，以期為同類高校的大學計算機課程改革提供參考。

[關(guān)鍵詞]新工科;大學計算機;混合式教學;計算思維;教學改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）06-0088-03

2016年9月中國工程院小型座談會上首次提出“新工科”。2017年教育部先后發(fā)布“復(fù)旦共識”“北京指南”;2018年3月教育部發(fā)布《關(guān)于公布首批“新工科”研究與實踐項目的通知》，4月2日，教育部印發(fā)《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》，明確要求推進新工科建設(shè)。

新工科建設(shè)要求高等教育主動促進各工科的復(fù)合、工科與其他學科的融合，積極發(fā)展新興工科，培養(yǎng)精通某一學科并具有交叉其他學科能力的復(fù)合型人才。信息化和網(wǎng)絡(luò)化是新工科的重要特征，計算機技術(shù)作為信息技術(shù)的核心對于新工科建設(shè)的重要程度不言而喻。

大學計算機是本科教育階段開設(shè)的核心通識類公共必修課。所有非計算機專業(yè)的大學生都要通過本課程學習計算機科學的基本概念、基本原理和基本方法，可以說大學計算機課程決定了未來國民的基本信息素養(yǎng)。按照教育部高等學校計算機基礎(chǔ)課程教學指導(dǎo)委員會（下稱大學計算機課程教指委）的計算思維教學體系，強調(diào)對學生計算思維能力的培養(yǎng)，不僅要為學生提供必需的概念、方法，而且要著重培養(yǎng)學生靈活應(yīng)用這些概念、方法解決專業(yè)問題的能力。本課程的學習還要培養(yǎng)學生在信息社會終身學習的意識和能力、語言表達能力以及團隊合作能力，滿足新工科對人才培養(yǎng)所需的基本素質(zhì)。

本文以我校大學計算機課程的教學實際為例，介紹了“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的混合式教學實踐過程中遇到的問題與對策。

一、大學計算機課程改革的必然性

（一）利用信息技術(shù)推進教改是新工科建設(shè)的新思路

當前，新一輪世界科技革命和產(chǎn)業(yè)變革孕育興起，它具有極大的沖擊力，正在對人類社會帶來難以估量的作用和影響，這其中既蘊含著重大機遇，也存在巨大的不確定性，會帶來多方面挑戰(zhàn)[1]。互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)已經(jīng)滲透到各個領(lǐng)域，給社會進步與人類生活帶來顛覆性變化，因而高校的大學計算機教學應(yīng)積極推進教學改革，培養(yǎng)出大批具有較高信息素養(yǎng)的復(fù)合型科技人才。

隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和移動互聯(lián)設(shè)備的普及，學生人手一臺智能手機，可以隨時隨地根據(jù)自身時間安排來學習課程。各MOOC學習網(wǎng)站、QQ和微信等提供的便捷交流平臺，對學習過程中出現(xiàn)的問題可以提供隨時查找資料或求助答疑的功能。

2013年成立的中國大學計算機MOOC聯(lián)盟積極推進MOOC形式的大學計算機教育，據(jù)不完全統(tǒng)計，參加聯(lián)盟的高校305個，1000多人次的教師得到培訓(xùn)。國內(nèi)高校教師用中文開設(shè)的計算機類MOOC課程近160門，其中超過30門的計算機通識課程[2]。

（二）混合式教學模式是個性化學習的需要

在全民互聯(lián)互通的大背景下，教育部頒布了《普通高中技術(shù)課程標準（實驗）》，并開展了各式信息技術(shù)大賽，有的省份已將信息技術(shù)作為高考3+3的選考課程。部分學生入學前已經(jīng)系統(tǒng)學習了計算機基礎(chǔ)知識，其實際水平遠遠超過大學計算機的課程要求。與此同時，高考不選信息技術(shù)的學生，對計算機僅限于最基本的操作，缺乏必要的基礎(chǔ)知識，缺少基本的技能訓(xùn)練。學生計算機水平的參差不齊，使教師無法在傳統(tǒng)課堂上實現(xiàn)個性化教學。

大學生多為00后，他們出生在計劃生育政策實行時期，多數(shù)從小生活優(yōu)渥，備受寵愛，擁有更好的條件與教育氛圍，極具個性，具有自由精神和開放思想，因此當代大學生學習能力更強，也更為活躍，敢于表達自己，缺乏耐心和吃苦精神，團隊合作意識差。他們成長于中國移動網(wǎng)絡(luò)時代，從小就接觸網(wǎng)絡(luò)，更善于利用網(wǎng)絡(luò)獲取新知識。

以學生為主體的現(xiàn)代化教學使學生可以根據(jù)自己的學科基礎(chǔ)和時間，合理安排學習內(nèi)容和學習進度。這樣的教學更符合00后大學生心理，學生樂于接受，積極參與教學互動，不但解決了起點差異過大的問題，還在學習知識的同時，培養(yǎng)了自主學習能力。

（三）混合式教學模式是解決教學中矛盾的有效手段

各高校在制訂專業(yè)人才培養(yǎng)方案時，為了加大專業(yè)課的學時，紛紛壓縮公共課學時，多將其設(shè)定在32～48學時，而計算機科學迅猛發(fā)展，教學內(nèi)容越來越多，教學任務(wù)越來越重;教材出版周期長，內(nèi)容滯后，不能體現(xiàn)計算機科學的前沿，限制了學生的視野;大學計算機是一門實踐性很強的學科，而現(xiàn)實中由于該課程學生過多而存在實踐環(huán)境不足的問題。

“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的混合教學模式，打破了傳統(tǒng)課堂教學的空間結(jié)構(gòu)，使學習更具有泛在性[3]，學生可以進行多元化的自主學習，提高學習效率和效果;共享名校的名師名課，能使學生學習了知識，開闊了視野;借助虛擬實驗平臺進行創(chuàng)新型、發(fā)現(xiàn)型、探究型實踐，可以激發(fā)學生學習熱情。

二、改革措施

（一）教學內(nèi)容

跟隨著計算機科學與技術(shù)的不斷發(fā)展，大學計算機課程也經(jīng)歷了從工具論到計算機文化再到計算思維的漫長進程。當前，網(wǎng)絡(luò)商業(yè)、網(wǎng)絡(luò)政治與政府治理、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、通用人工智能、智能工作空間、互聯(lián)家庭、無人機等令人眼花繚亂的新名詞紛紛涌現(xiàn)，作為通識課的大學計算機課程的教學內(nèi)容不能跟隨這些新技術(shù)而擺動。我們必須提煉出它們背后的具有本質(zhì)規(guī)律的核心內(nèi)容，也就是計算機科學技術(shù)中最本質(zhì)最核心的知識。學生掌握這些知識之后通過自學就能獲得用計算機解決專業(yè)問題的能力。大學計算機課程教指委在《大學計算機基礎(chǔ)課程基本要求》中把這些內(nèi)容概括為：計算機的軟硬件平臺、計算機網(wǎng)絡(luò)、算法基礎(chǔ)與程序設(shè)計、數(shù)據(jù)科學、系統(tǒng)開發(fā)與行業(yè)應(yīng)用5個方面[4]，并給出4個領(lǐng)域3個類型的課程體系和14個課程實施案例，這些指導(dǎo)性意見對于在新工科背景下計算思維培養(yǎng)如何落地的問題具有積極意義。

這些內(nèi)容雖然是計算機科學的核心知識，但不是計算機專業(yè)的簡版或者濃縮版，更強調(diào)對計算機應(yīng)用的理解和技術(shù)特征的把握，淡化具體技術(shù)細節(jié)和編程技巧。在新工科背景下，大學計算機課程教師還應(yīng)該讓學生了解在自己專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用計算機的潛力和機遇，培養(yǎng)學生思考使用計算機解決專業(yè)問題的新想法、新思路。

（二）基于“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的混合教學模式

“北京指南”中明確提到：推進信息技術(shù)與工程教育深度融合，當前互聯(lián)網(wǎng)和信息化技術(shù)教學模式的具體載體就是MOOC。在實施過程中，各高校根據(jù)學校定位、學生基礎(chǔ)，將MOOC教學模式與學校的教學體系相結(jié)合，構(gòu)建SPOC，滿足個性化學習需求。本學期，我校通過山東大學郝興偉老師的MOOC建立了同步SPOC，學生統(tǒng)一注冊學習，并將在線成績作為期末總成績的一部分。

1.在線資源建設(shè)

目前，多數(shù)大學計算機MOOC課程都是名校名師開設(shè)的，授課對象和知識起點與我校有所不同。因此，要想讓我校的學生能夠順利完成課前自學，必須加以刪減和補充。

作為混合式教學基礎(chǔ)的資源建設(shè)，既要滿足學生學習的需要，又不能太多，給學生的選擇造成混亂。其內(nèi)容包含課程簡介、課程大綱、學習方法指導(dǎo)、課程授課計劃、所有知識點、課后練習與實驗、單元測試。根據(jù)以往的教學經(jīng)驗，微視頻用來補充中學信息技術(shù)課的基本知識。引導(dǎo)學生在網(wǎng)上找到或自行制作動畫形象地展示計算的工作原理、程序編譯的過程、網(wǎng)絡(luò)工作模式、數(shù)據(jù)包、爬蟲等知識。教師通過錄屏展示W(wǎng)indows等的基本操作，強化基本概念，加強對基本方法的訓(xùn)練，注重培養(yǎng)學生的思維能力，加強學生運用計算機知識解決實際問題的訓(xùn)練。

在教學設(shè)計時考慮學生專業(yè)——物業(yè)管理的未來發(fā)展需求，將物業(yè)管理類的一些案例引入教學中來，讓學生意識到大學計算機課程和自己的專業(yè)是密切相關(guān)的;同時結(jié)合現(xiàn)在自動化管理軟件告訴學生計算機課程對其未來發(fā)展的重要性。課后練習中添加與專業(yè)相關(guān)的題目，這樣不僅可以調(diào)動學生學習大學計算機課程的積極性和主動性，而且還可以引導(dǎo)學生進行自主學習、探究學習。

2.混合式教學模式實施策略

大學計算機課程在教學過程中有各類不同的教學內(nèi)容，不同類型的教學內(nèi)容采用不同的教學方法，將教學內(nèi)容分為基本概念、基本原理、基本方法和知識應(yīng)用，設(shè)計了不同的實施策略。

（1）基本概念的教學?，F(xiàn)行教材中一些概念基本都采用描述性的形式，如多媒體，這些概念比較容易理解，可以用翻轉(zhuǎn)課堂的形式讓學生自主學習。而有一些概念比較復(fù)雜，如樹的概念：樹（tree）是包含n（n≥0）個結(jié)點的有窮集，在一棵非空樹中：①有且僅有一個特定的結(jié)點被稱為根結(jié)點或樹根（root）;②除根結(jié)點之外的其余數(shù)據(jù)元素被分為m（m≥0）個互不相交的集合T1，T2，……Tm-1，其中每一個集合Ti（i∈[1，m]）本身也是一棵樹，被稱作原樹的子樹[5]。概念以遞歸的形式定義，邏輯性強，學生很難直觀地理解，應(yīng)采用傳統(tǒng)課堂教學模式通過畫圖舉例仔細講解。

（2）基本原理的教學。計算機科學中的基本原理大都比較抽象，如：編碼中的補碼、ASCII、中文字符的表示，老師們制作大量的視頻、音頻、動畫，要求學生課前仔細觀看，同時還要在課堂上進行面對面教學，并留大量的練習來幫助學生們理解掌握。

（3）基本方法的教學。主要講授一定規(guī)則、規(guī)定和編程方法，根據(jù)學生基礎(chǔ)在SPOC中補充一些相關(guān)知識，這種課堂教學模式的選擇相對靈活，不容易理解的采用傳統(tǒng)課堂，容易理解的用翻轉(zhuǎn)課堂。如：在講while循環(huán)時，由于學生是第一次接觸循環(huán)思想，而且這種思維方式與人類的思維有較大差別，理解起來難度較大，需要利用傳統(tǒng)課堂模式進行面對面教學。而當講到do-while循環(huán)時，學生有了while基礎(chǔ)，就比較容易理解，可以采用翻轉(zhuǎn)課堂教學，對兩種循環(huán)進行比較，學生更容易理解掌握，節(jié)省了課堂教學時間，提高了教學效果。

（4）知識應(yīng)用的教學。在掌握了基本概念、基本原理和基本方法之后，對其進行綜合應(yīng)用，難度較大，比較難以理解。如：在學習了搜索和排序之后，從鍵盤接收若干個數(shù)進行折半查找。采用課堂教學模式，教師拋出題目，學生分成不同的學習小組（每組3～5人），以學習組為單位進行頭腦風暴，教師在此過程中不斷設(shè)疑引導(dǎo)學生最終解決問題，提高學生計算思維能力的同時，培養(yǎng)了他們的團隊協(xié)作能力和溝通表達能力。

教師以第二課堂為契機，鼓勵學生參加各類創(chuàng)新活動或參與各種信息類考證和競賽，獲得創(chuàng)新學分的同時，激發(fā)了學生學習興趣，提高了學生學習熱情，加深了他們對知識的理解，增強了他們的實踐能力。

3.教學評價的設(shè)計

教學評價是對學生學習過程和效果的檢驗，是對教師參與教學過程的反饋。為了引導(dǎo)學生向自主學習轉(zhuǎn)變，采用復(fù)合化考核方式，將學生的MOOC在線學習、在線交流、階段考試、課堂表現(xiàn)、平時作業(yè)等按一定的比例計入課總成績：

（1）MOOC學習成績占20%：完成MOOC平臺學習并通過考試。

（2）過程評價占30% ：線下測試、翻轉(zhuǎn)課堂發(fā)言情況、平時上課作業(yè)、上機態(tài)度、課堂提問、出勤等。

（3）期末筆試占50%：考查基本知識、基本概念和基本原理的掌握情況，筆試的方式能更準確全面地考核學生對知識點的掌握。

4.加強學生管理

“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”混合式教學模式中，學生是教學活動的主體，需要學生與教師的互動和共鳴才能達到理想的效果，這對學生的自主學習意識和能力提出了更高的要求。然而，學生剛剛脫離中學的填鴨式和保姆式教育方式，面對半自由化的大學生活，出現(xiàn)了很多的不適應(yīng)現(xiàn)象。

混合式教學模式下，要求學生課前在線觀看視頻并完成測試，但在現(xiàn)實中卻常出現(xiàn)為了完成任務(wù)，視頻只播不看、測試代答的現(xiàn)象;小組學習無法保證學生的參與度，經(jīng)常是一個小組中只有部分學生參與討論、匯報;線下自主完成的SPOC測試，無法保證成績的真實性。

為此，學校必須加強對學生的管理。首先，輔導(dǎo)員應(yīng)該讓學生徹底明白上大學的使命是什么，從根本上解決思想松懈，沒有目標的問題。其次，任課教師可通過即時聊天工具提醒學生觀看視頻、完成測試;加強課堂提問，并納入平時成績;借助其他平臺在課堂上測試，測試內(nèi)容就是網(wǎng)上習題，將測試結(jié)果作為平時成績的一部分;指定小組匯報人，并隨機提問，讓小組成員回答，回答的情況作為平時成績考核內(nèi)容，其他小組的成員積極參與的可以獲得加分;最后，教師要及時反饋學生在課前、前中、課后的表現(xiàn)，對課后作業(yè)和小組項目也要做好及時恰當?shù)狞c評，給出公正合理的成績。

三、結(jié)語

對2016級和2017級部分學生的大學計算機課程采用混合式教學模式，從學生的學習熱情、課堂效果、作業(yè)情況、課程設(shè)計情況、期末測試情況和綜合能力培養(yǎng)等方面來看，該模式取得了較好的教學效果，增強了我們的改革信心。

誠然，“互聯(lián)網(wǎng)+”時代新工科背景下的“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”教學模式還需要在教學實踐中不斷探索、不斷完善。在未來的教學中還將完善細節(jié)，進一步分解完善多級教學任務(wù)，探索小組學習的更有效管理方式、更合理的成績評價方法?？傊M行更多的探討與實踐，將教改方案做實做細，不斷改進，真正實現(xiàn)新技術(shù)和新理念支撐下的教學改革，體現(xiàn)出教育信息化的價值。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 李克強.準確把握世界科技革命產(chǎn)業(yè)變革新趨勢[EB/OL].新華網(wǎng).http：//www.xinhuanet.Com//2017-06/25/C_1121/206210.htm.

[2] 李廉.計算機MOOC教育進展與問題[R].第四屆大中華 MOOC 研討會，2017.

[3] 楊曉宏，賈巍.現(xiàn)代學習理念導(dǎo)向下的數(shù)字化學習資源構(gòu)建研究[J].中國電化教育，2013（3）：84-88.

[4] 教育部高等學校計算機科學與技術(shù)教學指導(dǎo)委員會非計算機專業(yè)計算機基礎(chǔ)課程教學指導(dǎo)分委員會.關(guān)于進一步加強高等學校計算機基礎(chǔ)教學的意見暨計算機基礎(chǔ)課程教學基本要求[M].北京：高等教育出版社，2015.

[5] 郝興偉.大學計算機——計算思維視角（第3版）[M].北京：高等教育出版社，2014.

[責任編輯：鐘 嵐]