新工科背景下VisualBasic程序設(shè)計教學(xué)改革與探索

王春霞

[摘 要]為了滿足新工科背景下對人才培養(yǎng)的需求，文章提出以計算思維為基礎(chǔ)，結(jié)合MOOC+SPOC，改革Visual Basic程序設(shè)計教學(xué)模式，設(shè)計工程領(lǐng)域教學(xué)案例，探索信息技術(shù)與工程教育的深度融合，提高工程教育效率和教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]新工科；Visual Basic程序設(shè)計；計算思維；MOOC；SPOC

[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）01-0093-03

Visual Basic程序設(shè)計是蘭州理工大學(xué)針對理工類非計算機(jī)專業(yè)所開設(shè)的第一門計算機(jī)類公共必修課。近年來，學(xué)校一直對該課程的學(xué)時數(shù)進(jìn)行壓縮，致使教學(xué)內(nèi)容停留在基礎(chǔ)知識的講解和簡單的程序設(shè)計上，忽略了培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用計算思維去解決專業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力。另外，學(xué)校生源來自全國各地，學(xué)生的計算機(jī)應(yīng)用水平參差不齊，按照傳統(tǒng)的教學(xué)方式，難以滿足學(xué)生的個性化需求，這直接影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。再者，該課程中涉及的語法和控件等理論知識豐富，教師在課堂中需花很多學(xué)時去講解，致使學(xué)生實(shí)踐的機(jī)會大大縮減，知識不能得到很好內(nèi)化。然而，該課程除了講解計算機(jī)語言知識外，更應(yīng)側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，建立正確的計算思維過程、方法和習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生利用計算機(jī)分析問題、解決問題的能力。

工程教育專業(yè)認(rèn)證是由專業(yè)性認(rèn)證機(jī)構(gòu)組織工程技術(shù)專業(yè)領(lǐng)域的教育界學(xué)術(shù)專家和相關(guān)行業(yè)的技術(shù)專家，以該行業(yè)工程技術(shù)從業(yè)人員應(yīng)具備的職業(yè)資格為要求，對工程技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)的工程教育質(zhì)量進(jìn)行評價、認(rèn)可并提出意見的過程。為提高我國的工程教育質(zhì)量，適應(yīng)國際專業(yè)認(rèn)證趨勢，2016年5月，根據(jù)《華盛頓協(xié)議》要求，我國正式成為《華盛頓協(xié)議》成員。蘭州理工大學(xué)也以此為契機(jī)，開始推進(jìn)工程教育專業(yè)認(rèn)證，促進(jìn)工科專業(yè)的發(fā)展，提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量，增強(qiáng)人才行業(yè)的適應(yīng)性。在工程教育認(rèn)證中，每門課程的開設(shè)與否要看它是否對畢業(yè)要求有支撐，能否使用現(xiàn)代化的工具解決復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具；學(xué)生是否能夠運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)信息查詢獲取相關(guān)信息，掌握計算機(jī)編程的基本方法，并將其用于確定復(fù)雜工程問題的解決方案[1]。

近年來，高等教育改革的步伐逐步加快，教育部提出了“新工科”路線。探索新工科建設(shè)的發(fā)展目標(biāo)和行動路徑。新工科的提出，包含了對高等工程教育不斷適應(yīng)和引領(lǐng)新經(jīng)濟(jì)發(fā)展的深層次變革的期望，對高等工程科技人才的培養(yǎng)提出了新的要求。

一、新工科背景下對人才培養(yǎng)的要求

長期以來，我國高等工程教育存在著目標(biāo)定位不清晰、工科教學(xué)理科化、學(xué)生綜合素質(zhì)欠佳、通識教育與實(shí)驗(yàn)教學(xué)關(guān)系模糊，工程教育與行業(yè)企業(yè)脫節(jié)、國際競爭力不強(qiáng)等缺陷。 “新工科”概念的提出，賦予了人才培養(yǎng)新的涵義。

新工科建設(shè)旨在培養(yǎng)各層次、各類型的卓越工程科技人才，圍繞學(xué)生的興趣和個性改變教學(xué)方法和考核方式，更新教學(xué)過程、教學(xué)內(nèi)容和課程體系。關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)成效和未來發(fā)展，加大學(xué)生的選擇空間，充分利用在線開放課程，方便學(xué)生跨專業(yè)跨校學(xué)習(xí)，增強(qiáng)師生互動，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展，形成“以學(xué)生為中心”的工程教育理念，創(chuàng)新工程教育方式和手段[2]。

在新工科建設(shè)的新形勢下，我國高校要加快建設(shè)和發(fā)展新工科，要促進(jìn)現(xiàn)有工科的交叉復(fù)合、工科和其他學(xué)科的交叉融合[3]。文章將以新工科為背景，基于計算思維，結(jié)合MOOC+SPOC教學(xué)，融入專業(yè)領(lǐng)域教學(xué)案例，改革和探索教學(xué)方式方法，改善課堂教學(xué)效果，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生學(xué)習(xí)水平，以培養(yǎng)學(xué)生求解專業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力。

二、MOOC+SPOC教學(xué)模式

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，學(xué)生學(xué)習(xí)方式也在不斷發(fā)生變化。學(xué)生不再滿足于課堂教學(xué)、“填鴨式”的被動學(xué)習(xí)，而開始傾向于探索式、研討式、網(wǎng)絡(luò)化的學(xué)習(xí)方式。目前的教學(xué)模式仍然以課堂為中心、以教師為中心、以教材為中心，不能適應(yīng)信息化時代對人才培養(yǎng)的需求。教育部《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2010-2020）》中提出信息技術(shù)應(yīng)與教育全面“深度融合”的全新理念，對程序設(shè)計類課程教學(xué)進(jìn)行改革，將是一項(xiàng)重要且具有挑戰(zhàn)的工作。Visual Basic作為解決學(xué)生專業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的一種計算機(jī)語言，其課程包括從程序設(shè)計基礎(chǔ)到專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用的內(nèi)容，需要培養(yǎng)學(xué)生利用計算思維解決問題的能力，并借助MOOC、SPOC等先進(jìn)的現(xiàn)代化教學(xué)手段，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式。

MOOC（Massive Open Online Courses，大規(guī)模開放在線課程）是一種面向大眾免費(fèi)的開放優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)資源，能滿足學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求，共享優(yōu)秀的教學(xué)資源。MOOC對學(xué)習(xí)者的身份、人數(shù)、基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)目標(biāo)都沒有限制，對學(xué)習(xí)者完全開放，學(xué)習(xí)者以“自主在線學(xué)習(xí)”形式學(xué)習(xí)，教師利用平臺啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)習(xí)。MOOC的出現(xiàn)極大程度推動了信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，給高校教師開展課程建設(shè)提供了有力的工具支撐[4]。然而MOOC的問題也逐步顯現(xiàn)出來，如學(xué)習(xí)者投入高、產(chǎn)出低、學(xué)習(xí)持續(xù)性不強(qiáng)、退學(xué)率高、教學(xué)管理困難、評價機(jī)制單一等。另外，在高校教學(xué)過程中，如果照搬MOOC教學(xué)模式，忽略學(xué)校背景、專業(yè)特色、學(xué)生基礎(chǔ)水平，則將導(dǎo)致MOOC課程流于形式、教學(xué)質(zhì)量難以保障。

為了促進(jìn)傳統(tǒng)課堂與在線教學(xué)的有機(jī)融合，引導(dǎo)學(xué)生充分利用網(wǎng)絡(luò)信息資源開展自主學(xué)習(xí)，SPOC（Small Private Open Courses，小范圍私有在線課程）漸漸興起。SPOC于2013年提出，學(xué)生通過SPOC平臺的教學(xué)視頻學(xué)習(xí)新知識、參與在線討論、完成在線作業(yè)和考試等，教師在課堂上通過提問、答疑和討論，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)，加深學(xué)生對知識的理解。

MOOC+SPOC線上線下混合教學(xué)模式，是在現(xiàn)代信息技術(shù)的支持下，教師線上提供MOOC教學(xué)視頻、教學(xué)課件、話題討論、單元測試和單元作業(yè)等教學(xué)資源，同時可根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)和學(xué)習(xí)目標(biāo)修改MOOC資源。學(xué)生線上提前自主預(yù)習(xí)，并與教師、同學(xué)線上互動交流討論，教師根據(jù)學(xué)生線上學(xué)習(xí)的反饋數(shù)據(jù)和討論的問題，決定線下課堂的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，達(dá)到線上線下融合。學(xué)生線上以學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識為主，線下則以提問、討論、答疑的方式進(jìn)行。MOOC+SPOC教學(xué)模式，既彌補(bǔ)了傳統(tǒng)課堂教學(xué)的不足，也融合了MOOC在線、開放的特點(diǎn)，又通過SPOC建立了專有的特色化在線開放課程[5]。

三、基于計算思維的MOOC+SPOC教學(xué)模式實(shí)踐

（一）SPOC資源重構(gòu)和再建

不同學(xué)科、專業(yè)對程序設(shè)計的需求也不同，教師不能簡單地將程序設(shè)計定位成通識課程，只講授編程基礎(chǔ)知識則不能滿足實(shí)際需求。因此，可根據(jù)不同專業(yè)需求凝練出相關(guān)專業(yè)案例、作業(yè)和習(xí)題，將程序設(shè)計與專業(yè)需求相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)從程序設(shè)計知識講解到程序設(shè)計能力培養(yǎng)的升華，最終利用程序設(shè)計方法解決復(fù)雜工程問題。

蘭州理工大學(xué)同濟(jì)大學(xué)對MOOC、SPOC進(jìn)行了試點(diǎn)。在2017年秋季學(xué)期，將基于計算思維的MOOC+SPOC教學(xué)模式推廣到四個Visual Basic程序設(shè)計課程班。對MOOC教學(xué)資源進(jìn)行重構(gòu)，融入專業(yè)領(lǐng)域的工程問題，設(shè)計相關(guān)教學(xué)案例，建設(shè)適應(yīng)“本土化”的SPOC專屬課程。Visual Basic程序設(shè)計課程中所涉及的語法和控件等理論知識多而繁雜，學(xué)生將根據(jù)教學(xué)目標(biāo)通過SPOC線上自主學(xué)習(xí)，觀看視頻、完成線上單元測試和單元作業(yè)、并進(jìn)行線上問題討論。教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度設(shè)計線下課堂教學(xué)，課上答疑、討論、并融入專業(yè)案例，達(dá)到學(xué)以致用，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生解決專業(yè)領(lǐng)域問題的能力。

（二）基于計算思維的MOOC+SPOC教學(xué)模式實(shí)施方案

在2017年秋季學(xué)期，將基于計算思維的MOOC+SPOC教學(xué)模式在四個Visual Basic程序設(shè)計課程班進(jìn)行推廣時，其中三個課程班的學(xué)生同時學(xué)習(xí)“無機(jī)與分析化學(xué)”專業(yè)課程。在Visual Basic程序設(shè)計教學(xué)過程中，“第3章程序設(shè)計語言基礎(chǔ)”的教學(xué)內(nèi)容多而繁雜，包括了數(shù)據(jù)類型、常量與變量、運(yùn)算符和表達(dá)式及常用內(nèi)部函數(shù)等，學(xué)生借助SPOC平臺提前線上自主預(yù)習(xí)該部分理論知識。在線下課堂教學(xué)中，為了讓學(xué)生體會學(xué)以致用，利用所學(xué)知識解決專業(yè)領(lǐng)域的相關(guān)問題，教師設(shè)計了求解“無機(jī)與分析化學(xué)”中的“判斷溶液的酸堿性”問題的教學(xué)案例。教學(xué)環(huán)節(jié)以任務(wù)、活動、小組討論等形式組織，最終利用Visual Basic程序設(shè)計語言編寫程序代碼求解某溶液的酸堿度。

案例：利用Visual Basic程序設(shè)計語言編寫程序求解c（HCl）=2.0*10-7mol·L-1的HCl溶液的PH值，并判斷酸堿度。

教學(xué)活動設(shè)計如表1所示：

（1）問題分析：

在題目給定條件下，計算溶液的酸堿度不能忽略水的解離的影響，溶液的PBE（質(zhì)子平衡數(shù)）為 [H+]=[OH-]+c，則[H+]=[12]（[c+c2+4kθW]） （[kθW]表示水的離子積常數(shù)），PH=-lg（H+）。

（2）問題求解：

根據(jù)上述分析，在VB開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行界面設(shè)計，如圖1所示：

（3）程序代碼如下：

Dim ch！

Private Sub Command1_Click（） ‘計算H+的濃度

Dim c！， k！， ch！

c = Val（Text1.Text）

k = Val（Text2.Text）

ch = 1 / 2 * （c + Sqr（c ^ 2 + 4 * k））

Label3.Caption = ch

End Sub

Private Sub Command2_Click（） ‘計算PH值

Dim ph！

ph = -Log（Val（ch）） / Log（10）

Label4.Caption = Format（ph， "0.00"）

End Sub

（4）運(yùn)行結(jié)果如圖2所示：

（5）案例拓展：

在此案例求解過程中，涉及到計算表達(dá)式C^2、Sqr（c ^ 2 + 4 * k）、Log（Val（ch））、Log（10）等，為了方便求解無機(jī)及分析化學(xué)中的計算問題，可以設(shè)計如圖3、圖4所示的計算器，幫助快速計算結(jié)果（圖3包含了加減乘除的簡單運(yùn)算器，圖4是利用常用內(nèi)部函數(shù)求解問題的計算器）。

在MOOC+SPOC教學(xué)模式下，學(xué)生通過MOOC獲取語法等基礎(chǔ)知識，教師從基礎(chǔ)知識講解中解放出來，深入設(shè)計與專業(yè)相關(guān)的案例。通過融合專業(yè)領(lǐng)域案例，搭建程序設(shè)計與專業(yè)之間的橋梁，使所學(xué)知識與專業(yè)實(shí)踐相融合。學(xué)生明確了學(xué)習(xí)目標(biāo)，提高了學(xué)習(xí)興趣，從而培養(yǎng)了利用程序設(shè)計方法解決專業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力。

四、結(jié)語

在新一輪科技與產(chǎn)業(yè)革命快速發(fā)展的背景下，世界高等工程教育將面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。我國高等教育也要抓住新技術(shù)創(chuàng)新和新產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機(jī)遇，大力建設(shè)和發(fā)展新工科，為服務(wù)國家經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型培養(yǎng)更多工程科技人才。作為高校教師，要研究和改進(jìn)教學(xué)方式方法，運(yùn)用多種教育手段和方法，尤其是信息化教學(xué)手段，結(jié)合新的教學(xué)模式（如MOOC+SPOC），引導(dǎo)學(xué)生從基礎(chǔ)理論知識學(xué)習(xí)向工程實(shí)踐能力培養(yǎng)過渡。Visual Basic程序設(shè)計是實(shí)踐性很強(qiáng)的一門課程，編程能力的提高需要通過大量的實(shí)踐逐漸培養(yǎng)。程序設(shè)計作為解決專業(yè)問題的現(xiàn)代化工具，在工科教育中發(fā)揮著重要作用。在程序設(shè)計教學(xué)中，教師要不斷探索鉆研，促進(jìn)程序設(shè)計和專業(yè)的深度融合，構(gòu)建全新的、適應(yīng)新工科建設(shè)的程序設(shè)計教學(xué)體系，培養(yǎng)學(xué)生求解復(fù)雜工程問題的能力。

[[ 參 考 文 獻(xiàn) ]]

[1] 中國工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)（2015版）[S]. 北京： 中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會，2015.

[2] 林健. 新工科建設(shè)：強(qiáng)勢打造“卓越計劃”升級版[J]. 高等工程教育研究，2017（3）： 7-14.

[3] 夏建國，趙軍. 新工科建設(shè)背景下地方高校工程教育改革發(fā)展芻議[J]. 高等工程教育研究，2017（3）： 15-19.

[4] 胡靜，陳立潮. 基于MOOC+SPOC混合教學(xué)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)研究[J]. 計算機(jī)教育，2017（4）：129-138.

[5] 王崢，蘇小紅. MOOC+SPOC混合式教學(xué)實(shí)踐[J]. 計算機(jī)教育，2017（1）： 91-94.

[責(zé)任編輯：張 雷]