本科实验实践教学改革研究项目.docx

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本科实验实践教学改革研究项目

2017-2018年度本科实验、实践教学改革研究项目

申请书

项目名称：

面向计算思维的大学计算机课程体系与开放实验运行模式改革研究

项目负责人：

郭志

项目组成员：

金双、海燕、徐彬、翟莹莹、郭晓宇、洪军

学院（公章）：

计算中心

指南题号：

3-2面向全校基础实验开放实验教学的改革与实践

联系（手机）：

一、简表

项目名称

面向计算思维的大学计算机课程体系与开放实验运行模式改革研究

项

目

负

责

人

郭志

性别

男

出生

年月

1966.03

专业技术职务

/行政职务

高级工程师

/教学办主任

最终学位

/毕业院校

硕士/东北大学

联系

（手机）

电子

主要教学

工作简历

2003.12~2005.6任计算中心教学科研办公室副主任

2005.7~2007.5任计算中心教学科研办公室副主任，兼教学实践部部长

2007.6~2013.5任计算中心办公室主任

2013.6~现在任计算中心教学科研办公室主任

主要教学

改革和

研究成果

时间

项目名称

颁发部门

获奖等次

排名

2016.11

以虚拟现实技术为切入点的计算思维引导实践

高等学校国家级实验教学示中心联席会优秀实验教学案例

二等奖

第一

2016.12

翻转课堂、微课与MOOC的开发和应用

市社科联市22届社会科学优秀学术成果

一等奖

独立

2016.2

航空航天大学

专著

2017.9

不同微处理器系统中触摸屏触控接口原理实验

高等学校国家级实验教学示中心联席会优秀实验教学案例

一等奖

第三

2015.7

数字和学习与MOOC应对：

后信息时代大学生的必然选择

航空航天大学

专著

第一

2016.4

基于MOOC/SPOC的个性化网络学习空间构建研究

省教育科学规划领导小组办公室

优秀

第一

2014.7

以应用能力为培养目标的、支持个性化自主学习的大学计算机教学与评价模式改革与实践

东北大学优秀教学成果

一等奖

第六

2016.3

全国计算机等级考试二级C语言培训教材

东北大学

专著

参编

项

目

组

主要成员

出生

年月

职称

工作单位

分工

金双

1970.2

副教授

东北大学计算中心

计算思维基础理论研究，计算思维之方法学研究，Python教学体系

海燕

1979.2

副教授

东北大学计算中心

计算思维之算法设计、算法分析与问题优化研究，Python教学体系

徐彬

1980.11

副教授

东北大学计算中心

程序设计中的特定思维研究，综合案例设计，Python教学体系

翟莹莹

1984.7

讲师

东北大学计算中心

问题求解与数据结构研究，课程资源的设计

郭晓宇

1986.6

实验师

东北大学计算中心

课程资源的实现，实验室开放服务与管理运行机制研究

洪军

1971.12

高级实验师

东北大学计算中心

虚拟现实技术实验室开放应用管理与服务方案研究

二、负责人和成员近五年承担的重要教育教学研究项目

项目名称

承担人

批准时间

批准单位

完成情况

基于全程性评价模式的慕课质量评价指标体系构建研究与实践

郭志、海燕、金双等

2016.6

省教育科学规划领导小组办公室

已结题

基于MOOC/SPOC的个性化网络学习空间构建研究

郭志、海燕等

2015.6

省教育科学规划领导小组办公室

已结题

教育信息化背景下的计算机基础教学研究与实践

黄卫祖、金双、郭志等

2013.6

省教育厅

已结题

基于全程性评价模式的慕课质量评价指标体系构建研究与实践

郭志、海燕、金双等

2016.6

东北大学

已结题

基于MOOC/SPOC的个性化网络空间的设计与实践

黄卫祖、郭志等

2014.6

东北大学

已结题

面向社会开放的高校图书馆网络支撑模式创新服务研究

郭志等

2013.6

省社会科学规划基金重点项目

已结题

面向资源共享的课程模式研究及平台开发与实践

高克宁、长宽、徐彬等

2013.12

省教育厅

教学成果

一等奖

基于网络支撑平台的高校资源共享课程

金双、柳秀梅等

2012.12

东北大学

教学成果

特等奖

面向高校资源共享课的云服务平台

长宽、金双、徐彬等

2012.6

教育部高新技术类专项

已结题

大学生信息素质教育研究

郭志、马磊等

2011.1

省教育科学规划领导小组办公室

已结题

三、立项依据

项目研究意义和应用前景

大学计算机是非计算机专业学生开设的第一门计算机基础课程，属于通识类文化教育课程，主要涉及计算机文化素养、基础知识层面、计算机应用技能层面和创新实践方面诸多容，是学习其他计算机相关技术课程的重要基础课。

面向大一新生，计算机知识基础层次不齐，不同专业的计算机需求也有较大差异，当前赋予大学计算机课程太多的“责任”。

所以，大学计算机课程涵盖容广，实践中多注重技术与应用，却忽视了应该作为根本的计算思维的教学。

转变教育理念，以提高计算思维能力，培养数字化生存智慧为目标，把计算思维作为非计算机专业计算机基础教学的核心任务意义深远。

探索由计算机知识的传授转变为基于知识的思维传授，以思维带知识，深刻体现基于计算技术/计算机的问题求解思路与方法，将多年来一直沿用的高级程序设计语言C语言教学，变更为具有时代先进性的Python语言，更新教学容，丰富教学手段，改进教学方法、教学设计，强化综合性实验教学，注重综合评价。

通过教学改革，激发学生对计算机科学知识的求知欲望，通过“普及知识——激发兴趣——创新应用”的递进提高模式，培养其应用科学计算分析问题和解决问题的积极性，进而培养非计算机专业学生的创新能力，深化学科交叉融合，更好地为未来应用计算机进行专业学科的研究与创新奠定坚实的基础。

应用基于MOOC/SPOC的大学计算机课程翻转课堂教学模式，将计算机应用技能相关知识作为在线课程上机自学容，教师通过学习平台答辩指导，统一增加授课学时之外的开放上机实验机时，学生自我安排掌握进度，不仅可以提高学生自主学习主动性，提高实验设备利用率，大大提高了学生实践动手能力。

计算中心实验室设备利用统计分析，2016年浑南校区实验室微机利用率仅有40%不到，而南湖校区的实验室利用率相对较高也只为67%，虽然存在上机实验课程时间比较集中，造成排课冲突和机位严重不足，同时又表现出了多时段的设备空闲，造成严重的设备闲置浪费，仍然有更多的设备利用潜力可以挖掘。

结合慕课教学方法，运用MOOC/SPOC数字化课程资源，增强实践教学环节的个性化教学，加大设计性、创新性和综合性实验教学比例，引入案例式教学理念，给学生以自主性上机实习的动力。

针对大学生手机使用过度，但上机实习却明显动力不足、意愿不强等现实问题，正确引导大学生对于移动式学习工具的使用，通过开放实验管理平台，实施开放预约实验的做法，让学习自主学习上机实验，不仅可以有效避免和缓解上机实验课程时间比较集中造成机位冲突，又存在多时段的设备空闲，造成严重的设备闲置浪费的矛盾，大大提高设备使用率，还可以有效激发学生课外学习的兴趣。

这种基于新兴开放式网络在线慕课数字化教学与开放实验相结合的教学模式值得其他学科借鉴分享。

同时，项目还将针对目前学校实验系列人员没有资格带实验的管理机制与现状，造成实验人员没有真正参与实验教学积极性的问题，结合开放性实验教学与管理机制提出相应措施，以充分调动实验系列人员积极性和主动性，共同为学校学科建设、人才培养，以及实验资源充分利用发挥其应有的积极的作用。

项目还将在调研相关兄弟院校，以及系统分析我校各学科、专业培养目标和培养特色的基础上，分析各学科与计算机科学与现代信息技术的交叉渗透关系，梳理各学科培养计划中所开设计算机专业课程及存在问题，为学校非计算机专业计算机科学教学容承载，以及与大学计算机课程的容承载关系辩证，提供科学的、系统的参考依据，并将改革思想最终在大学计算机课程教学改革与实践中得以落实。

本课题的研究成果与推广实践，将有效推动全校非计算机专业计算机科学知识容的教学反思与改革深化。

“国家级计算机教学示中心”是学校四个国家级实验教学示中心中唯一面向全校学生提供实验教学服务中心，开放性实验教学改革必须走在前列。

各项研究成果的落实将更好地发挥示中心的引领和示作用，有效推动学校非计算机专业计算机教学研究与实践水平，推动学校其他学科实验教学改革的深入。

项目还将通过论文方式，向其他院校推广介绍，提高学校示中心的辐射作用，应用前景广阔。

四、项目实施方案与实施计划【重点考察容】

1.具体改革容、改革目标和拟解决的关键问题

改革容：

（1）完成基于Python语言的面向计算思维的大学计算机课程体系建设改革方案；

（2）建立基于MOOC/SPOC教学模式的自主学习容体系，与自主开放上机实验相结合的教学模式，同时增加课时外开放上机实验机时等系列措施方案；

（3）提出基于虚拟现实技术应用的前沿性信息技术发展的师生应用体验计划，有效提高浑南校区新建成的虚拟现实技术应用实验室的资源管理与利用方案；

（4）调研学校非计算机专业各学科计算机科学技术相关课程设置情况，结合目前计算机科学与技术对其他各学科交叉、渗透、融合发展趋势，提出学校设立非计算机专业计算机科学与技术教学指导委员会的必要性与可行性分析报告。

改革目标：

（1）实现面向计算思维的教学理念的转变与非计算机专业大学计算机课程容体系的改革。

将具备时代先进性的Python语言的灵活性，简单而有效的针对机器学期任务的算法，独特的机器学习功能库，以及在云计算、大数据，移动互联网领域的应用特点揭示出来，有效激发大学生自主学习主动性，促进大学生计算思维能力与实践能力的提高。

（2）作为国家级实验教学示中心，首先要在管理和运行机制改革中走在前列，本课题将结合计算中心面向全校非电类各专业计算机课程实验服务的现状，完善本中心实验室对学校开放实验管理机制，充分调动实验技术人员深入参与实验教学指导的主动性和积极性，进一步提高数字化教学资源与实验设备的科学管理和有效利用水平。

（3）设立非计算机专业计算机教学指导委员会，切实加强各学科与计算机科学的交叉融合，推进学校非计算机专业计算机教学有效监督机制形成。

有效评估非计算机专业计算机教学的培养计划与目标任务，更好地研究利用计算机科学与技术及学科发展新概念、新理论、新方法、新技术，提高各学科培养效果与富有创新精神和实践能力的人才培养目标达成度。

拟解决的关键问题：

（1）基于Python语言的面向理工类、文管类不同学科计算思维的理论渗透，以及以虚拟现实技术为切入点的计算思维引导实践综合案例设计与实验教学引入；

（2）基于MOOC/SPOC的知识、技能类相关计算机教学容的自主学习模式与数字化教学资源的建设，以及相应开放性上机实习管理模式实施；

（3）破解实验系列人员深度参与实验教学的管理机制问题；

（4）关于建议学习设立非计算机专业计算机教学指导委员会的一系列相关问题。

2.实施方案、研究方法、具体实施计划（含年度进展情况）及可行性分析

实施计划、年度进展

（1）2017.10-2017.12完成面向计算思维的大学计算机课程体系建设方案；确认基于Python语言的，面向理工、文管不同学科理论教学、实验教学容体系；

（2）2017.10-2017.12提出基于虚拟现实技术应用的前沿性信息技术发展的师生应用体验计划，有效提高浑南校区新建成的虚拟现实技术应用实验室的资源管理与利用方案，联合学校“国家级岩