“互聯網+”時代下計算機基礎教育的挑戰(zhàn)與變革

姜永玲，魏振鋼

（中國海洋大學 計算機基礎部，山東 青島266000）

0 引 言

計算機基礎教育是大學課程中的重要組成部分，承擔著普及信息技術，有效支撐學生專業(yè)信息化發(fā)展的重任。學生通常在大學一年級修讀計算機基礎類課程，而大一正是基礎教育與高等教育的過渡階段，肩負著培育良好的學習方式、激發(fā)學習興趣等責任。

近年來MOOC平臺發(fā)展成熟，國內大學的混合式教學成為常態(tài)。移動互聯技術的發(fā)展催生了如“雨課堂”等的教學交互軟件，提供了獲取課堂互動實時數據的渠道。數據挖掘與學習分析技術使學生的學習路徑透明化。如何設計科學的課程體系，以適合學生的方式開展授課，增強其利用計算機技能解決實際問題的能力，使信息技術有效服務于專業(yè)與學科，是計算機基礎教育部門面臨的重大挑戰(zhàn)。

我校計算機基礎部是獨立于計算機系的教學部門，承擔了全校約3 500名非計算機專業(yè)學生的計算機公共課程。近年來實施了如下變革。

1 確立以學生為中心的教學范式

1952年，美國人本主義心理學家卡爾?羅杰斯提出了“以學生為中心”的教育理念，體現了人本主義心理學的原理，反映了教育學的內在規(guī)律?！耙詫W生為中心”，即以學生的學習和發(fā)展為中心，從“傳授模式”向“學習模式”轉變，從而提高學生的學習質量[1]。

在校大學生是95后、00后，他們熟悉計算機技術，迷戀社交網絡，習慣碎片化學習，擅長完成多重任務，習慣于同齡人間的協作，是伴隨著互聯網成長的一代，被稱為“數字原住民”。據果殼網2014年統計，MOOC學習者中有13.8%的用戶是中學生[2]。這些學生帶著對大學的憧憬來到課堂，對大學課程抱以厚望。

近百年來，腦科學、認知科學、社會學、人類學的發(fā)展推動形成了學習科學這一新的學科，加深了對學習過程的理解，教學研究的重點從如何教轉向如何學，從結果轉向過程，從機械操作轉向知識的理解和運行[3]。講授式是傳統計算機基礎課程采用的主要形式。研究表明，學生的注意力在上課后15分鐘左右開始下降，且計算機類課程具有操作性強的特點，學生在教室中無法迅速提升操作能力。Micheal Prince和Scoot Freeman等在分析文獻時發(fā)現，科學類課程中應用各種主動學習方法，如協作及合作學習、基于項目的學習，不僅可以提高學生的學習表現，還可以將不及格率降低12%[4]。

計算機基礎教育應該將學生的特性及已有的經驗作為課程設計之起點，采用學生樂于接受并且匹配計算機課程特性的教學方法，如提前設置課堂任務單，包括個人的閱讀、補齊、糾正、編寫代碼，或者小組合力編程等活動，將學生單純聽講的時間分隔為多次思維的深度參與，“讓學生動起來，在思考和活動中學習，處于主動學習狀態(tài)[5]”。

2 開發(fā)反映當今主流技術的課程體系

鑒于歷史及諸多客觀原因，國內高校的計算機基礎課程設置普通落后，例如多年來程序設計語言以C語言及C/S開發(fā)的VB、VFP等語言為主，面向對象的語言教學較少，腳本語言中僅Python于近一、兩年納入部分大學的課程體系，未能反映編程語言的最新發(fā)展趨勢。

筆者所在部門于2017年初設計了反映當今主流技術的教學體系。在通識必修課中，除了保留C、Java、移動Web開發(fā)技術外，培育Python作為文科及部分理工科的必修課。因其語法簡潔、擁有數萬個第三方庫等特性，非計算機專業(yè)的學生可在短時間內利用Python編寫網絡爬蟲、制作游戲、進行數據統計及可視化等任務，有效支撐專業(yè)學習中的信息化需求。

2017年2月20 日，教育部發(fā)布《關于開展新工科研究與實踐的通知》。2018年教育部辦公廳發(fā)布《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》。這場由技術引發(fā)的深刻變革給從事計算機基礎教學的教師帶來了壓力，同時也蘊含著機遇。部門通過支持青年教師參加新技術培訓、購買硬件及實驗實訓平臺等舉措，鼓勵其開發(fā)能反映當前主流技術的通識課程，如數據科學、機器學習、虛擬現實等，使非計算機專業(yè)的學生也有機會了解這場變革背后的原理及技術，滿足好奇心和求知欲，支持其在各自專業(yè)學習中有意識地融合現代信息技術，成長為符合新工科要求的、具有創(chuàng)新意識的跨學科復合型人才。

3 設置基于真實世界的學習任務

根據社交建構的理論，聚集于真實任務情景的設計可以達成有助于學生成長與學習的有意義的互動。程序設計課程中通常采用“水仙花”“雞兔同籠”等傳統數學問題作為案例或者作業(yè)任務。這些任務遠離現實世界，與學生的實際學習與生活沒有關聯，且過于抽象，不足以激發(fā)學生的學習動機，自然無法促進學習投入。

“互聯網+”時代顛覆了傳統的商業(yè)模式，同時催生了許多新行業(yè)。教師可以從現實世界的問題出發(fā)，指導學生自主發(fā)掘身邊的任務需求，例如為校園里的咖啡館建網站，為校園的快遞店開發(fā)快件管理系統、模擬共享單車及餓了么等生活中常見的應用。無論是課堂案例還是作業(yè)設置，均應遵循軟件界的項目管理流程：小組首先需要主動發(fā)現身邊的需求，界定開發(fā)任務，然后完成需求分析、系統設計、編碼、測試等明晰的階段任務。項目開發(fā)是培養(yǎng)學生建立和發(fā)展計算思維的過程，不僅能促進團隊合作，強化與團隊中不同定位的角色進行溝通的能力，培養(yǎng)職業(yè)感，最重要的是讓學生在校期間體驗憑借自身技術解決真實任務而產生的成就感，從而愿意投入時間和精力開展計算機學習。在課堂之外體驗完整的項目開發(fā)模擬了軟件行業(yè)的流程，讓學生學會在不熟悉的情境中找出問題和機會，并將過往學到的知識遷移到新的情境，針對問題和機會即興提出新的現場解決方案，從而形成更全面的觀察力和反思性思維模式，在具有挑戰(zhàn)性的真實體驗中找出知識的意義[6]。

4 尋求數據支持的教與學改進方案

沒有技術的介入，課堂教學過程如同黑箱，教師無法及時收集提問、討論等隱性數據。自2015年起，雨課堂、課堂派等輕量級教學互動工具面世。以雨課堂為例，它不僅可以記錄學生的課前預習情況，收集學習疑惑；課堂中可以開展現場投票、答題，互動結果直接投影到屏幕中分享；課后推送測試題目等。便捷的互動方式避免了當場答錯的尷尬，減輕了學生的心理壓力，強化了任務和反饋之間的聯系[7]。借助技術手段，使學生在最短時間知曉了答案，教師則及時獲得了學生學習進展、疑問等以往難以收集的學習數據，從而及時洞悉學習過程的全數據，為形成性評價提供依據。

滿足學習者、教師和高校的多樣化需求，并通過單一平臺來支持這些需求本身就是一個巨大的挑戰(zhàn)[8]?！盎ヂ摼W+”時代下，混合教學愈發(fā)呈現多維度的特性：學生在手機端的社交媒體中查看教師推送的課前預習內容、課堂中開展交互式學習和課后開展復習及鞏固，并在學習管理系統中查看資源、完成作業(yè)并討論；學習過程中配合微信課程群獲得教師和同伴的幫助。這種學習模式呈現了學習空間（教室內外）、信息呈現方式（桌面設備及手機）和同步及異步的多維度混合特性，形成了相互支持的生態(tài)系統。

長久以來，教育系統沿襲著遠古教育的范式，主要依靠教師的個人教學經驗，對課堂上學生的學習行為進行判斷和制定教學決策[9]?；旌辖虒W模式下，學習管理系統、移動端交互工具和社交軟件的作用不應僅限定于單向的信息傳遞與分享。教師應建立數據決策的思維，匯集多個平臺上累積的學習數據，掌握班級整體學習進展及個別學生遇到的困難，開展數據支持的、基于證據的教學，使平臺背后收集的數據體現出對教師和學生的指導價值，使反饋及時、精準、有效。

5 建設研討型機房

學習空間是指用于學習的場所。從1990年開始，美國就開始了對傳統教室的反思及再設計。針對秧苗式布局的傳統教室和采用可移動座位布局、配備信息技術裝置的新型教室的準實驗研究表明，不同的學習空間塑造了不同的教學行為和不同的學習行為，傳統教室鼓勵教師講授，而新型教室讓學生獲得更多的主動學習機會[10]。

計算機是應用性、實踐性極為突出的學科，因此必須動手操作才有可能提高實踐能力?，F實中此類課程的教學安排是先在課堂中聽課，然后在機房完成作業(yè)。這種割裂式的設計使得教室里的知識傳遞環(huán)節(jié)變得非常低效，紙上談兵式的授課無益于編程技能的提升，同時隔日才開展實驗的設計使得提取記憶變得異常困難。因此計算機基礎教育面臨的重大變革在于打通理論教學、上機實驗這種低效的教學模式，建設研討型機房：可移動組合的桌椅能夠根據教學需要自由拼接組合，教師可在傳統講授式與合作學習之間隨時切換。桌上提供計算機，學生在教師講解后可以立即編程驗證，實踐中學習；小組旁安裝投影屏幕，教師和學生都能夠通過桌面的切換器來控制LCD屏幕的顯示內容，為展示小組學習成果提供條件；同時充分利用教室墻壁安裝展示板，為學生創(chuàng)造更多合作、表達與討論的機會。這類教室常內嵌交互軟件，能有效促進師生的互動。

在學校的支持下，筆者部門已經建設了2間研討型機房，并將多門程序設計課程遷移至新空間。物理空間的變化倒逼教師重新進行教學設計，所有課時均按“講授-練習-反饋”的模式，使學生現場編碼、調試程序、合作與交流的能力得以提升。

6 重視教師教學發(fā)展

鑒于歷史原因，通常從事計算機基礎教學的教師學科專業(yè)背景較為薄弱，以碩士學位為主。很多教師畢業(yè)后直接到大學工作，缺乏企業(yè)中軟件開發(fā)的實際經驗及項目管理的能力，因此無法在教學中進行深層次、實踐性的拓展。同時基礎課教師的教學任務繁重，一門課重復教，缺少培育學生的成就感，這些因素均導致了嚴重的職業(yè)疲勞。青年教師還面臨攻讀博士學位、職稱晉升、科研壓力等諸多因素，嚴重影響了他們投入教學的熱情。同時，計算機學科更新迭代的速度之快、學生對計算機技術的較高期待也給從事計算機基礎課的教師帶來了巨大的壓力與挑戰(zhàn)。

大學教師發(fā)展是指在學校內外環(huán)境的作用下，大學教師個體圍繞其職業(yè)角色需求在認知、態(tài)度、技能、修養(yǎng)和行為等方面所發(fā)生的積極變化，具體包括專業(yè)發(fā)展、教學發(fā)展、組織發(fā)展和個人發(fā)展等內容[11]。目前國內高校幾乎均建立了教師發(fā)展中心，通過邀請國內外專家、校內優(yōu)秀教師開展研討、設立教學發(fā)展基金等方式，帶動教師進行教學反思，投身到教學變革中。從事計算機基礎教育的教師可通過參加此類活動，更新教學理念，獲得有效的教學支持。同時應鼓勵基礎課教師申請國內外訪學，了解世界大學計算機基礎教育的現狀；支持青年教師到企業(yè)實踐，獲得真實的項目開發(fā)經驗。大學則需在職稱評定指標中加大對教學成果的認定，通過區(qū)分教學型、研究型考核標準等一系列有效措施，緩解從事計算機基礎教育教師的職業(yè)疲勞感，重燃其教學熱情。

以往的計算機教育教學改革常源于教師的直覺，是主觀經驗的總結，不易被歸納和分享，難以發(fā)表高層次的教研文章。1990年，美國學者歐內斯特?博耶提出了教學學術的概念，強調教學所具有的專業(yè)性與學術性。受學位、學科背景等多因素的影響，計算機基礎課教師難以開展有彰顯度的科研任務，但以教學學術標準開展教學研究是其面臨的機遇。教改過程中有意識地應用量化、質性等學術研究方法，發(fā)掘學習成效得以改善的證據，不僅能夠切實提高教學質量，而且為今后發(fā)表高質量的教學學術論文提供了可能。

大學新生的新特征、新工科建設、學習科學、學習空間和教師發(fā)展等諸多因素為高等教育帶來了巨大的挑戰(zhàn)。從事計算機基礎教育的從業(yè)者應在深入了解學習機制的基礎上，更新教學內容及教學空間，變革教學模式，并通過開展教學學術研究獲得學習成效得以提升的證據，從而有效支持非計算機專業(yè)學生日益增長的計算機學習需求。