新工科背景下的大学计算机教学改革研究与实践.docx

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新工科背景下的大学计算机教学改革研究与实践

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《大学教育》2019年第06期

[ 摘要]在新工科背景下，大学计算机课程在高校教学中的基础性、重要性、必要性更显突出。

课题组探讨了大学计算机教学模式改革的必然性，结合我校实践，介绍了“MOOC+SPOC+翻转课堂”的混合教学模式的实施策略和过程，对未来的工作提出了一些建议，以期为同类高校的大学计算机课程改革提供参考。

[ 关键词]新工科;大学计算机;混合式教学;计算思维;教学改革

[ 中图分类号]G642.0[文献标识码]A[文章编号]2095-3437（2019）06-0088-03

2016 年9月中国工程院小型座谈会上首次提出“新工科”。

2017年教育部先后发布“复旦共识”“北京指南”;2018年3月教育部发布《关于公布首批“新工科”研究与实践项目的通知》，4月2日，教育部印发《高等学校人工智能创新行动计划》，明确要求推进新工科建设。

新工科建设要求高等教育主动促进各工科的复合、工科与其他学科的融合，积极发展新兴工科，培养精通某一学科并具有交叉其他学科能力的复合型人才。

信息化和网络化是新工科的重要特征，计算机技术作为信息技术的核心对于新工科建设的重要程度不言而喻。

大学计算机是本科教育阶段开设的核心通识类公共必修课。

所有非计算机专业的大学生都要通过本课程学习计算机科学的基本概念、基本原理和基本方法，可以说大学计算机课程决定了未来国民的基本信息素养。

按照教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会（下称大学计算机课程教指委）的计算思维教学体系，强调对学生计算思维能力的培养，不仅要为学生提供必需的概念、方法，而且要着重培养学生灵活应用这些概念、方法解决专业问题的能力。

本课程的学习还要培养学生在信息社会终身学习的意识和能力、语言表达能力以及团队合作能力，满足新工科对人才培养所需的基本素质。

本文以我校大学计算机课程的教学实际为例，介绍了“MOOC+SPOC+翻转课堂”的混合式教学实践过程中遇到的问题与对策。

一、大学计算机课程改革的必然性

（一）利用信息技术推进教改是新工科建设的新思路

当前，新一轮世界科技革命和产业变革孕育兴起，它具有极大的冲击力，正在对人类社会带来难以估量的作用和影响，这其中既蕴含着重大机遇，也存在巨大的不确定性，会带来多方面挑战[1]。

互联网、大数据、人工智能等现代信息技术已经渗透到各个领域，给社会进步与人类生活带来颠覆性变化，因而高校的大学计算机教学应积极推进教学改革，培养出大批具有较高信息素养的复合型科技人才。

随着现代网络技术的发展和移动互联设备的普及，学生人手一台智能手机，可以随时随地根据自身时间安排来学习课程。

各MOOC学习网站、QQ和微信等提供的便捷交流平台，对学习过程中出现的问题可以提供随时查找资料或求助答疑的功能。

2013 年成立的中国大学计算机MOOC联盟积极推进MOOC形式的大学计算机教育，据不完全统计，参加联盟的高校305个，1000多人次的教师得到培训。

国内高校教师用中文开设的计算机类MOOC课程近160门，其中超过30门的计算机通识课程[2]。

（二）混合式教学模式是个性化学习的需要

在全民互联互通的大背景下，教育部颁布了《普通高中技术课程标准（实验）》，并开展了各式信息技术大赛，有的省份已将信息技术作为高考3+3的选考课程。

部分学生入学前已经系统学习了计算机基础知识，其实际水平远远超过大学计算机的课程要求。

与此同时，高考不选信息技术的学生，对计算机仅限于最基本的操作，缺乏必要的基础知识，缺少基本的技能训练。

学生计算机水平的参差不齐，使教师无法在传统课堂上实现个性化教学。

大学生多为00后，他们出生在计划生育政策实行时期，多数从小生活优渥，备受宠爱，拥有更好的条件与教育氛围，极具个性，具有自由精神和开放思想，因此当代大学生学习能力更强，也更为活跃，敢于表达自己，缺乏耐心和吃苦精神，团队合作意识差。

他们成长于中国移动网络时代，从小就接触网络，更善于利用网络获取新知识。

以学生为主体的现代化教学使学生可以根据自己的学科基础和时间，合理安排学习内容和学习进度。

这样的教学更符合00后大学生心理，学生乐于接受，積极参与教学互动，不但解决了起点差异过大的问题，还在学习知识的同时，培养了自主学习能力。

（三）混合式教学模式是解决教学中矛盾的有效手段

各高校在制订专业人才培养方案时，为了加大专业课的学时，纷纷压缩公共课学时，多将其设定在32～48学时，而计算机科学迅猛发展，教学内容越来越多，教学任务越来越重;教材出版周期长，内容滞后，不能体现计算机科学的前沿，限制了学生的视野;大学计算机是一门实践性很强的学科，而现实中由于该课程学生过多而存在实践环境不足的问题。

“MOOC+SPOC+翻转课堂”的混合教学模式，打破了传统课堂教学的空间结构，使学习更具有泛在性[3]，学生可以进行多元化的自主学习，提高学习效率和效果;共享名校的名师名课，能使学生学习了知识，开阔了视野;借助虚拟实验平台进行创新型、发现型、探究型实践，可以激发学生学习热情。

二、改革措施

（一）教学内容

跟随着计算机科学与技术的不断发展，大学计算机课程也经历了从工具论到计算机文化再到计算思维的漫长进程。

当前，网络商业、网络政治与政府治理、物联网、大数据、通用人工智能、智能工作空间、互联家庭、无人机等令人眼花缭乱的新名词纷纷涌现，作为通识课的大学计算机课程的教学内容不能跟随这些新技术而摆动。

我们必须提炼出它们背后的具有本质规律的核心内容，也就是计算机科学技术中最本质最核心的知识。

学生掌握这些知识之后通过自学就能获得用计算机解决专业问题的能力。

大学计算机课程教指委在《大学计算机基础课程基本要求》中把这些内容概括为：

计算机的软硬件平台、计算机网络、算法基础与程序设计、数据科学、系统开发与行业应用5个方面[4]，并给出4个领域3个类型的课程体系和14个课程实施案例，这些指导性意见对于在新工科背景下计算思维培养如何落地的问题具有积极意义。

这些内容虽然是计算机科学的核心知识，但不是计算机专业的简版或者浓缩版，更强调对计算机应用的理解和技术特征的把握，淡化具体技术细节和编程技巧。

在新工科背景下，大学计算机课程教师还应该让学生了解在自己专业领域内应用计算机的潜力和机遇，培养学生思考使用计算机解决专业问题的新想法、新思路。

（二）基于“MOOC+SPOC+翻转课堂”的混合教学模式

“北京指南”中明确提到：

推进信息技术与工程教育深度融合，当前互联网和信息化技术教学模式的具体载体就是MOOC。

在实施过程中，各高校根据学校定位、学生基础，将MOOC教学模式与学校的教学体系相结合，构建SPOC，满足个性化学习需求。

本学期，我校通过山东大学郝兴伟老师的MOOC建立了同步SPOC，学生统一注册学习，并将在线成绩作为期末总成绩的一部分。

1.在线资源建设

目前，多数大学计算机MOOC课程都是名校名师开设的，授课对象和知识起点与我校有所不同。

因此，要想让我校的学生能够顺利完成课前自学，必须加以删减和补充。

作为混合式教学基础的资源建设，既要满足学生学习的需要，又不能太多，给学生的选择造成混乱。

其内容包含课程简介、课程大纲、学习方法指导、课程授课计划、所有知识点、课后练习与实验、单元测试。

根据以往的教学经验，微视频用来补充中学信息技术课的基本知识。

引导学生在网上找到或自行制作动画形象地展示计算的工作原理、程序编译的过程、网络工作模式、数据包、爬虫等知识。

教师通过录屏展示Windows等的基本操作，强化基本概

念，加强对基本方法的训练，注重培养学生的思维能力，加强学生运用计算机知识解决实际问题的训练。

在教学设计时考虑学生专业——物业管理的未来发展需求，将物业管理类的一些案例引入教学中来，让学生意识到大学计算机课程和自己的专业是密切相关的;同时结合现在自动化管理软件告诉学生计算机课程对其未来发展的重要性。

课后练习中添加与专业相关的题目，这样不仅可以调动学生学习大学计算机课程的积极性和主动性，而且还可以引导学生进行自主学习、探究学习。

2.混合式教学模式实施策略

大学计算机课程在教学过程中有各类不同的教学内容，不同类型的教学内容采用不同的教学方法，将教学内容分为基本概念、基本原理、基本方法和知识应用，设计了不同的实施策略。

（1）基本概念的教学。

现行教材中一些概念基本都采用描述性的形式，如多媒体，这些概念比较容易理解，可以用翻转课堂的形式让学生自主学习。

而有一些概念比较复杂，如树的概念：

树（tree）是包含n（n≥0）个结点的有穷集，在一棵非空树中：

①有且仅有一个特定的结点被称为根结点或树根（root）;②除根结点之外的其余数据元素被分为m（m≥0）个互不相交的集合T1，T2，……Tm-1，其中每一个集合Ti（i∈[1，m]）本身也是一棵树，被称作原树的子树[5]。

概念以递归的形式定义，逻辑性强，学生很难直观地理解，应采用传统课堂教学模式通过画图举例仔细讲解。

（2）基本原理的教学。

计算机科学中的基本原理大都比较抽象，如：

编码中的补码、ASCII、中文字符的表示，老师们制作大量的视频、音频、动画，要求学生课前仔细观看，同时还要在课堂上进行面对面教学，并留大量的练习来帮助学生们理解掌握。

（3）基本方法的教学。

主要讲授一定规则、规定和编程方法，根据学生基础在SPOC中补充一些相关知识，这种课堂教学模式的选择相对灵活，不容易理解的采用传统课堂，容易理解的用翻转课堂。

如：

在讲while循环时，由于学生是第一次接触循环思想，而且这种思维方式与人类的思维有较大差别，理解起来难度较大，需要利用传统课堂模式进行面对面教学。

而当讲到do-while循环时，学生有了while基础，就比较容易理解，可以采用翻转课堂教学，对两种循环进行比较，学生更容易理解掌握，节省了课堂教学时间，提高了教学效果。

（4）知识应用的教学。

在掌握了基本概念、基本原理和基本方法之后，对其进行综合应用，难度较大，比较难以理解。

如：

在学习了搜索和排序之后，从键盘接收若干个数进行折半查找。

采用課堂教学模式，教师抛出题目，学生分成不同的学习小组（每组3～5人），以学习组为单位进行头脑风暴，教师在此过程中不断设疑引导学生最终解决问题，提高学生计算思维能力的同时，培养了他们的团队协作能力和沟通表达能力。

教师以第二课堂为契机，鼓励学生参加各类创新活动或参与各种信息类考证和竞赛，获得创新学分的同时，激发了学生学习兴趣，提高了学生学习热情，加深了他们对知识的理解，增强了他们的实践能力。

3.教学评价的设计

教学评价是对学生学习过程和效果的检验，是对教师参与教学过程的反馈。

为了引导学生向自主学习转变，采用复合化考核方式，将学生的MOOC在线学习、在线交流、阶段考试、课堂表现、平时作业等按一定的比例计入课总成绩：

（1）MOOC学习成绩占20%：

完成MOOC平台学习并通过考试。

（2）过程评价占30%：

线下测试、翻转课堂发言情况、平时上课作业、上机态度、课堂提问、出勤等。

（3）期末笔试占50%：

考查基本知识、基本概念和基本原理的掌握情况，笔试的方式能更准确全面地考核学生对知识点的掌握。

4.加强学生管理

“MOOC+SPOC+翻转课堂”混合式教学模式中，学生是教学活动的主体，需要学生与教师的互动和共鸣才能达到