地方應(yīng)用型高校計算機基礎(chǔ)課程泛在學習實驗教學探索

梁 靜

（成都工業(yè)學院 計算機工程學院，四川 成都 610031）

0 引言

實驗教學是高校教學體系的重要組成部分，是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)?！吨袊逃F(xiàn)代化2035》中明確提出要發(fā)展中國特色世界先進水平的優(yōu)質(zhì)教育，強化實踐動手能力的培養(yǎng)［1-2］。計算機基礎(chǔ)課程是理工科非計算機專業(yè)大學生的信息化入門必修課，其理論知識廣、實踐要求高。

近年來，隨著計算機基礎(chǔ)課程線上線下混合教學模式的展開，以及MOOC等線上教學資源的進一步豐富，一種泛在式學習環(huán)境逐漸形成，在線實驗資源匱乏的缺憾也逐步凸顯，尤其是新冠疫情襲來之時，課程可以在線、實驗只能擱淺的現(xiàn)象頻有發(fā)生［3］。在《教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)實施意見》落地階段，實驗教學成為金課建設(shè)中不可忽視的短板［4］。

1 泛在學習理念與實驗教學

近年來，教育部大力推進示范性虛擬仿真實驗教學項目，鼓勵高校探索個性化、智能化、泛在化實驗教學模式，積極開展與線上線下教學相結(jié)合的實驗教學改革［5］。泛在學習（U-Learning）是一種利用信息技術(shù)實現(xiàn)任何人、任何地方、隨時使用手邊可以取得的科技工具來進行學習活動的4A（Anyone、Anytime、Anywhere、Any Device）學習模式［6］。2006年，第十屆全球華人計算機教育應(yīng)用會議的“泛在計算技術(shù)、移動通訊技術(shù)”與“無所不在教育”專題拉開了國內(nèi)教育技術(shù)界對泛在學習的關(guān)注［7］，國內(nèi)學者也對泛在學習對教材、教法、教學管理等方面的影響，泛在學習如何構(gòu)建環(huán)境，如何基于泛在學習開展教學改革等問題進行了廣泛研究［8-11］。泛在學習的發(fā)展為高校教學改革提供了契機，就實驗教學而言，基于泛在學習的實驗?zāi)Ｊ讲粌H為日常教學提供了多樣化的學習方式補充，可滿足學生在常規(guī)教學基礎(chǔ)上的多樣化學習需求，也為突發(fā)事件情況下的教學提供了保障。

泛在學習實驗教學改革受實驗環(huán)境、實驗技術(shù)等因素影響，而地方應(yīng)用型高校師資力量薄弱、生源質(zhì)量參差不齊，優(yōu)質(zhì)實驗資源無法完全照搬，因此借鑒國內(nèi)先進教學手段的同時結(jié)合自身實際進行改革十分必要。本研究以成都工業(yè)學院開設(shè)的大學計算機基礎(chǔ)課程實驗改革為例，研究泛在學習模式中實驗平臺、實驗資源、教學流程等建設(shè)中的具體問題，探索地方應(yīng)用型高校開展線上線下實驗教學改革的道路。

2 地方應(yīng)用型高校計算機基礎(chǔ)實驗教學現(xiàn)狀

成都工業(yè)學院作為一所地方應(yīng)用型高等學校，在線上線下混合教學模式中，實驗教學面臨如下問題。

2.1 在線實驗資源不足

成都工業(yè)學院大學計算機基礎(chǔ)課程采用線上線下混合教學，以MOOC為主的線上教學平臺中理論資源居多，實驗資源相對匱乏，且已有在線實驗資源形式和內(nèi)容較為傳統(tǒng)，多為實驗課件和實驗報告，形式上以文本和PPT為主，缺少視頻、動畫、圖片；內(nèi)容上以操作步驟和要求為主，缺少原理解說和過程展示。

2.2 在線實驗平臺功能有限

成都工業(yè)學院實驗教學采用課內(nèi)線下、課外線上的模式，課外實驗主要依托MOOC學習平臺進行，但這類平臺以課程教學為主，實驗教學功能有限。以中國大學MOOC平臺為例，計算機基礎(chǔ)課程的在線實驗多只提供OFFICE題目下載，C語言課程的在線實驗也僅增加結(jié)果上傳和OJ評分，幾乎沒有實驗過程中的交互和反饋，也缺少對在線實驗的輔導和監(jiān)管。西部應(yīng)用型高校的學生計算機基礎(chǔ)知識水平參差不齊，學習主動性也較為欠缺，基于該類平臺開展的在線實驗難以達到教學效果。

2.3 實驗設(shè)置需要調(diào)整

現(xiàn)階段大學計算機基礎(chǔ)課程實驗與理論教學在時間、空間上相互獨立。實驗課程內(nèi)容上偏向于軟件操作和語法使用，與理論知識脫離較多，不利于學生理解計算思想和方法；時空上盡管通過線上手段進行了拓展，但在線實驗往往形同虛設(shè)，學生實踐訓練不足，難以運用計算機技術(shù)支持和幫助專業(yè)學習。

3 大學計算機基礎(chǔ)課程泛在化實驗教學改革

總結(jié)前期線上線下的工作經(jīng)驗，結(jié)合我校西部新工科的定位和學生特點，擬定改革思路為以實驗環(huán)境為依托，淡化實驗、理論界限，開展線上線下泛在學習實驗教學，具體做法包括線上搭建實驗環(huán)境，拓展專業(yè)實驗平臺；線下開放實驗室，延長實驗環(huán)境使用；創(chuàng)建理實一體化實驗環(huán)境，重塑教學流程，配套教學輔導和考核方案。

3.1 線上搭建實驗環(huán)境，拓展專業(yè)實驗平臺

開展在線實驗需要豐富的在線實驗資源和專業(yè)實驗平臺。將課程知識模塊的實驗內(nèi)容數(shù)字化、碎片化，開發(fā)成數(shù)字化實驗資源，融入教學案例庫、討論題庫、測試題庫、實驗題庫中。鑒于成都工業(yè)學院在虛擬仿真技術(shù)方面的不足，采用校企合作方式引進虛擬實驗工場的仿真實驗資源和在線實驗平臺。秉承“再造實驗教學資源、用好虛擬實驗平臺”的目的，結(jié)合學校大學計算機基礎(chǔ)課程教學實情，內(nèi)化優(yōu)質(zhì)實驗資源，完成在線實驗平臺搭建。

優(yōu)質(zhì)資源內(nèi)化采用知識點對標—實驗分類—資源再造的步驟。首先根據(jù)課程教學需求將引進的優(yōu)質(zhì)實驗資源進行知識點對標；然后按照演示、交互、驗證等類別進行歸類，按照基礎(chǔ)認知、綜合設(shè)計、創(chuàng)新研究進行分層；最后將實驗資源融入到課程已有教學案例庫、討論題庫、測試題庫、實驗題庫等本土資源中，完成資源再造，建設(shè)一套包含典型實驗、綜合實驗、線下實驗、虛擬實驗的多層次數(shù)字化實驗資源體系。圖1展示了大學計算機基礎(chǔ)課程的資源內(nèi)化步驟。

Fig.1 Resource internalization steps for college computer fundamentals圖1 大學計算機基礎(chǔ)課程資源內(nèi)化步驟

構(gòu)建實驗在線平臺，采用中國大學MOOC課程學習平臺和虛擬實驗工場專業(yè)實驗平臺雙模式，其中中國大學MOOC平臺可供教師發(fā)布演示性和基礎(chǔ)認知性實驗，學生可以通過該平臺觀看實驗視頻，強化實驗原理理解；虛擬實驗工場平臺可供教師發(fā)布驗證性和綜合性實驗，也可發(fā)布一些交互性強的實驗和進行實驗過程反饋，學生通過該平臺完成交互、驗證和設(shè)計型實驗，填寫實驗報告，強化知識應(yīng)用，從而達到實踐訓練的效果。圖2展示了大學計算機基礎(chǔ)課程在虛擬實驗工場平臺進行實驗課堂管理的界面。虛擬實驗工場實驗平臺在中國大學MOOC課程學習平臺中加入鏈接，學生可以由課程學習迅速跳轉(zhuǎn)至實驗學習，一些有難度的虛擬實驗也可根據(jù)提示通過瀏覽器下載安裝相應(yīng)插件后在實驗平臺上得以開展。

Fig.2 Virtual experimental workshop experimental classroom management圖2 虛擬實驗工場實驗課堂管理

3.2 線下開放實驗室，延長實驗環(huán)境使用

由于大學計算機基礎(chǔ)課程的大部分實驗為軟件操作，實驗設(shè)備主要為計算機，危險系數(shù)不高，為實驗室的課余開放提供了可能性。成都工業(yè)學院的計算機實驗室配備了云計算桌面、學習測評系統(tǒng)，可進行中國大學MOOC課程平臺、虛擬實驗工場實驗平臺、萬維考試平臺的學習和測試，方便教師開展課堂教學和實驗教學。為滿足學生的個性化自主學習需求，拓展在校學生的實驗時間，提供泛在學習實驗環(huán)境線下保障，該實驗室會在課余開放，學生可在課余時間完成課堂上未完成的任務(wù)，也可進行個性化自主練習。同時，開放實驗室還配備有值班老師，擁有規(guī)范的值班制度，在保證實驗室安全的同時也為自主實驗的學生提供答疑服務(wù)。

3.3 創(chuàng)建理實一體實驗環(huán)境，重塑教學流程，配套輔導方案

強化基于實驗的知識運用型教學，將教學環(huán)境轉(zhuǎn)移到實驗環(huán)境中，淡化理論課與實驗課的界限，在計算機基礎(chǔ)實驗室統(tǒng)一開展理論教學和實驗教學。在理實一體的教學環(huán)境下，實驗內(nèi)容成為了課堂教學中必不可少的環(huán)節(jié)。課堂教學中按知識點所開展的教學流程由原來的“SPOC預(yù)習—老師講解—學生討論—線上測試”增加為“SPOC預(yù)習—老師講解—學生討論—虛擬實驗—實驗報告—線上測試”（見圖3）。通過及時增加實驗環(huán)節(jié)，強化培養(yǎng)學生對知識的應(yīng)用能力，實現(xiàn)基于實驗的知識運用型教學。

Fig.3 Teaching process based on knowledge points圖3 按知識點所開展的教學流程

在新的教學模式下重新進行課程教學設(shè)計，使其既包含理論知識講解，又包含實驗學習計劃，同時加強過程監(jiān)控、過程性評價，增加實驗考核的比重，完善基于泛在學習實驗教學的學習能力指導，引導學生按期完成學習。教學改革后的大學計算機基礎(chǔ)課程授課任務(wù)計劃如表1所示。

Table 1 College computer fundamentals teaching task plan表1 大學計算機基礎(chǔ)課程授課任務(wù)計劃

4 教學實施效果

成都工業(yè)學院在宜賓校區(qū)2021級11個專業(yè)1 539名學生的大學計算機基礎(chǔ)課程教學中進行線上線下泛在學習實驗教學改革，通過平臺數(shù)據(jù)反饋來看，93%以上的學生達到實驗要求，其中有72%的實驗題目被反復多次練習，說明與傳統(tǒng)實驗?zāi)Ｊ较啾龋瑢W生在課外花了更多時間精力去學習，學生具有更高的學習主動性和積極性。學生總體實驗質(zhì)量較高，優(yōu)秀、良好、及格、不及格的占比分別為31%、45%、21%、3%。

考察大學計算機基礎(chǔ)課程的思維訓練目標達成度和實踐訓練目標達成度。設(shè)課程目標i共有n項考核項目，第j項所占的比例系數(shù)記作kij，第j項應(yīng)有的分數(shù)記作pscoreij，第j項學生實際獲得的分數(shù)記作rscoreij，則課程目標i的達成度achi計算公式為式（1）。

通過比較2020-2021年度和2021-2022年度學生課程目標達成度發(fā)現(xiàn)，學生在新的教改模式下實踐訓練目標的達成度明顯提高，且思維訓練目標的達成度也略有提升，詳見圖4。

Fig.4 Comparison of course goal achievement圖4 課程目標達成度比較

5 結(jié)語

成都工業(yè)學院結(jié)合地方應(yīng)用型高校的定位和學生特點，在前期工作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上提出線上線下泛在學習實驗教學模式，開展基于實驗的知識傳遞性教學改革。通過實驗資源、實驗平臺、教學流程、輔導考核制度等建設(shè)，探索了一條符合自身需求的泛在學習實驗教學改革道路，同時也為地方應(yīng)用型高校開展計算機基礎(chǔ)課程線上線下實驗教學改革提供了經(jīng)驗借鑒。就地方應(yīng)用型高校而言，基于泛在學習的實驗教學改革還任重道遠，后續(xù)計劃在實驗教學專業(yè)結(jié)合度和智能化程度上進行更深入的研究。