基于計算思維的大學計算機基礎課程混合教學改革實踐

周 鋼，郭福亮

（海軍工程大學 電子工程學院，湖北 武漢 430033）

基于計算思維的大學計算機基礎課程混合教學改革實踐

周 鋼，郭福亮

（海軍工程大學 電子工程學院，湖北 武漢 430033）

分析計算思維的重要作用，強調大學計算機基礎課程對計算思維培養的基礎作用，厘清大學計算機基礎課程的計算思維分布，針對軍隊院校特點，提出基于SPOC+翻轉課堂的混合教學模式，引入實時的教學全過程評價機制并介紹該教學模式的試點應用情況。

計算思維；SPOC；翻轉課堂；軍隊院校；全過程評價機制

0 引 言

隨著科技信息產業的不斷發展，軍隊信息化建設呈現出裝備更新速度加快的明顯趨勢，要適應裝備應用信息化建設需求，就必須建立一支接受能力強、綜合素質高、知識結構全面的軍隊信息化人才隊伍。信息素質是新型軍事人才的必備條件之一，其培養工作已成為一項戰略性任務。計算思維作為運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統和理解人類行為的一系列思維活動，是一個解決問題的有效工具，由計算機科學領域總結提煉產生，但不局限于該領域，不僅是現代信息社會中重要的思維方式和基礎能力[1]，還是打贏信息化戰爭的軍事人才必要的素質。

大學計算機基礎課程作為大學生人校第一門信息類課程，對于建立和培養學生計算思維具有不可取代的重要意義。教學實踐表明，建立“SPOC+翻轉課堂”的混合教學模式，更新教學評價，實施實時的課堂全過程評價機制并通過多種信息化手段和方式的配合，才能有效提升教學效果。

1 培養計算思維，明確課程知識點

計算思維是大學計算機基礎課程的主要培養目標之一，教師可基于計算思維的培養，明確課程思維分布;通過知識點的講解，分3步完成計算思維的講解培養。

按照教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會（以下簡稱“教指委”）制定的《高等學校計算機基礎教學發展戰略研究報告暨計算機基礎課程教學基本要求》（以下簡稱《基本要求》），大學計算機基礎課程設計有3種教學方案，即操作、理論和思維。其中，方案三的特點是將計算思維理念貫穿整個課程教學，從應用角度，用通俗易懂、深人淺出的方式，探索性地介紹計算機的本質內容，著重介紹計算機的原理和思維，以啟發大學生的創造性思維[24]。

我們根據現行國防科技大學陳躍新主編的教材《大學計算機基礎》及教學內容，基于“計算思維”培養，分析整理各章節內容的知識點及其思維點，具體見表1。

教學過程中，按照以下步驟進行計算思維點的教學：第1步，學習計算機分析處理某一類問題的方法;第2步，總結提煉該思維方法，分析其適用環境;第3步，研究計算思維在生活中的具體案例或軍事領域應用，研究能靈活應用計算思維對實際問題進行分析和處理的方法。通過以上3步，可以基本達到掌握計算思維具體含義和應用方法的目標，實現計算思維的講授與培養。

表1 大學計算機基礎課程教學內容思維點

2 引入“SPOC+翻轉課堂”混合教學模式

傳統課堂中教與學活動都在課堂上完成，翻轉課堂則是先學后教，即學員先在課堂外學習基本內容，課堂上主要開展教員與學員、學員與學員之間的教學互動，通過互動方式對學員課下的難點和疑點問題進行答疑解惑、研討分析、講解知識運用等。翻轉課堂教學模式的核心是以學員為中心，讓學員感受到課堂教學具有極強的針對性。學員帶著問題學，能夠更好地加深他們對內容的理解和掌握。

實施翻轉課堂需要具備兩個前提，一是學員應當具備一定的基礎知識，能夠參與課堂研討互動;二是教員應當充分了解學員的知識結構和學習情況，能夠針對性地提出翻轉知識點。

教師可采用SPOC（small private online course）教學平臺，即“小眾私有在線課程”。“私有”是指只對“小規模”滿足準人條件的申請者完全開放課程，而對旁聽者僅限于部分開放，故具有一定的私有性，因此，文獻[5]將SPOC譯為“私播課”。SPOC的受眾主要包括圍墻內的大學生，因此維基百科將SPOC解釋為“在校學生在本地使用的MOOC版本”[6]。

我們應用SPOC的視頻結合教材和教學內容，將網絡上知名計算機MOOC視頻和海軍工程大學教員自錄視頻相結合，使學習視頻貼合教學內容。在大學計算機基礎課程教學中，教師可采用翻轉課堂形式。軍隊院校由于其特殊性，對學員管理嚴格，導致學員自主上機時間偏少，因此可在實驗課中借助“好大學在線平臺”，安排1學時，由學員通過SPOC自學下次課程內容。理論課堂上，教師應針對本次教學內容的重點、難點和思維點進行討論，使學員深人理解需要學習掌握的計算思維方法。原課程40學時的“20學時理論+20學時實驗”的學習分布調整為“20學時理論+10學時自學+10學時實驗”，具體實施方案如圖1所示。

圖1 大學計算機基礎翻轉課堂實施

3 建立全過程評價機制

建立課堂全過程評價機制的目的在于：一是適應計算思維培養目標要求，以學員平時表現作為考核內容的主要參考;二是為教員提供學員學習的實時情況，提高課程翻轉及改革針對性;三是提高學員的課堂參與積極性，提高SPOC學習完成度。

對于傳統課堂教學，教員要想了解學員的學習情況，一般采用讓學員回答問題和完成課堂作業的形式進行抽樣檢查，這樣不能全面了解情況;或者采用作業和課程小考相結合的形式，但是由于教員精力有限，對作業的批改講解難以深人且難以避免抄襲情況，考核檢驗效果不佳。

我們在課程教學改革實踐中，充分利用多種技術手段，建立課程全過程評價機制，從課前SPOC學習、課堂學習、課后作業和開放研討的課程學習全過程的4方面建立評價方法。

（1）課前SPOC自測。學員在SPOC課程視頻自學過程中，每學完一個知識點，通過完成教員設置的測試題目，在SPOC平臺中對知識點的理解和掌握程度進行自測，測試結果記人課程平時成績;教員通過后臺統計分析，了解學員對知識點的掌握程度，為課堂教學提供依據。

（2）課堂實時評價。通過引人課堂無線表決器（包括1個發射器和40個客戶機），為每名學員配備一個端點的方式，建立課堂實時評價機制。教員可根據班級全部學員答題（包括單選、多選、判斷和排序）的實時統計分析情況，及時調整課堂教學進度和內容組織，有利于提高教學效果。

（3）課后作業互評。針對教員網上布置的作業題目，學員可通過課程平臺中由教員設置的互評功能進行作業互評，互評結果記人課程平時成績。

（4）開放討論。學員可利用課程平臺的問題討論機制，教員則可設置討論題目，由學員闡述自己的觀點，該過程也一并記人學員的課程平時成績。

4 試點教學改革效果

我們于2015—2016年度上學期在2015級某新生班次進行教學改革試點，改革整體教學效果良好，達到預期改革目標。

4.1 課堂教學效果及分析

利用新的教學方法，課堂上呈現出兩個特點。

（1）學員精神飽滿，注意力集中。由于課堂教學中，交流互動多、參與性強，學員普遍精神飽滿，注意力集中，杜絕了打瞌睡現象。

（2）學員“有備而來”，主動研討。教員在課堂上主要對課程重點、難點和思維點進行講解，基本概念知識則由學員在SPOC中自學，實現了學員“有備而來”。因此，課堂提問交流時，學員能主動舉手回答或研討，不需要教員點名。

4.2 課程考核情況及分析

試點班次期末考試的學員平均分高達86.1分，平時成績（SPOC學習和課堂評測）平均分為71.6分，總平均分82.8分，比2015級其他班級該課程卷面考試的平均分72分高出10.8分。

通過對課程考核情況分析，可以看出：

（1）考試中，學員在分值高的難點題和綜合題上得分率高，基礎題上失分率極低，體現出扎實的知識基礎并能對重、難點深刻理解掌握。

（2）在思維拓展題中，大部分學員能夠按照計算思維方法對問題進行簡單分析并提出個人觀點。

當然，也存在一些學員對SPOC平臺學習還不適應，導致SPOC自學分數較低;部分學員由于自覺性差，在實驗課上不看MOOC，導致平時成績較低的情況。這些都需要教員加以幫助和引導。

4.3 學員反饋效果及分析

本學期課程結束后，我們組織學員填寫教學改革試點調查問卷，共發放和回收問卷38份，有效問卷38份，其主要結果統計見表2。

表2 課程教學改革試點問卷統計

從表2中可以看出，絕大部分學員對教學改革滿意，并且都期望能夠繼續參加其他類教學改革;對于實驗課中的基本操作應用學習，大部分學員感覺時間不夠，需要在以后的教學改革中調整好時間比例。

4.4 存在問題

通過綜合分析，我們認為本學期教學改革試點還存在以下幾個問題。

（1）MOOC與課程不配套。此次教學改革使用的SPOC課程視頻主要由教員自己錄制和從國內知名高校摘錄，學員普遍反映摘錄的課程視頻與課程教材不配套。

（2）實驗課學習時間不足。由于教學改革將課程實驗時間壓縮了40%，部分學習基礎差的學員感覺實驗完成效果差。

（3）計算思維內容融人性不夠。目前，計算思維的講解是作為單獨部分進行，部分章節的計算思維引人還不夠自然流暢。

5 結 語

推動基于計算思維培養的教學改革逐步成為計算機教育工作者的共識，必須對現行的教學內容、方法及考核機制進行改革。我們研究基于計算思維培養的教學目標，厘清現行課程的思維點及知識點，調整了教學內容;引人SPOC+翻轉課堂的混合教學模式，優化了教學方法;建立教學全過程的評價機制，更新評價方法，形成了一整套教學改革方案。

通過2015級某班次試點改革，我們發現課堂教學效果好，學生參與積極性高，各級評價優秀，考核成績較高且方案適應軍隊院校實際，貼近目前課程教學要求和學員管理實際，具有很好的推廣價值和實用意義。

[1] 陳國良, 董榮勝. 計算思維與大學計算機基礎教育[J]. 中國大學教學, 2011(1): 7-11.

[2] 戰德臣, 聶蘭順. 大學計算機——計算思維導論[M]. 北京: 電子工業出版社, 2013: 1-2.

[3] Wing J M. Computational thinking[J]. Communications of ACM, 2006, 49(3): 33-35.

[4] 何欽銘, 陸漢權, 馮博琴. 計算機基礎教學的核心任務是計算思維能力的培養——《九校聯盟(C9)計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》解讀[J]. 中國大學教學, 2010(9): 5-9.

[5] 祝智庭. “后慕課”時期的在線學習新樣式[N]. 中國教育報, 2014-05-21(11).

[6] Wikipedia. Small private online course[EB/OL]. [2016-04-06]. https://en.wikipedia.org/wiki/Small_private_online_course.

（編輯：宋文婷）

1672-5913(2017)01-0023-04

G642

海軍工程大學基金項目“MOOC等在線教育方式在軍隊院校人才培養中的應用研究”（NUE2015103）。

周鋼，男，講師，研究方向為分布式處理與網絡技術，18672923066@163．com。