新工科背景下VisualBasic程序設計教學改革與探索

王春霞

[摘 要]為了滿足新工科背景下對人才培養的需求，文章提出以計算思維為基礎，結合MOOC+SPOC，改革Visual Basic程序設計教學模式，設計工程領域教學案例，探索信息技術與工程教育的深度融合，提高工程教育效率和教學效果。

[關鍵詞]新工科；Visual Basic程序設計；計算思維；MOOC；SPOC

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

Visual Basic程序設計是蘭州理工大學針對理工類非計算機專業所開設的第一門計算機類公共必修課。近年來，學校一直對該課程的學時數進行壓縮，致使教學內容停留在基礎知識的講解和簡單的程序設計上，忽略了培養學生運用計算思維去解決專業領域復雜工程問題的能力。另外，學校生源來自全國各地，學生的計算機應用水平參差不齊，按照傳統的教學方式，難以滿足學生的個性化需求，這直接影響學生的學習興趣和積極性。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時去講解，致使學生實踐的機會大大縮減，知識不能得到很好內化。然而，該課程除了講解計算機語言知識外，更應側重培養學生的計算思維能力，建立正確的計算思維過程、方法和習慣，培養學生利用計算機分析問題、解決問題的能力。

工程教育專業認證是由專業性認證機構組織工程技術專業領域的教育界學術專家和相關行業的技術專家，以該行業工程技術從業人員應具備的職業資格為要求，對工程技術領域相關專業的工程教育質量進行評價、認可并提出意見的過程。為提高我國的工程教育質量，適應國際專業認證趨勢，2016年5月，根據《華盛頓協議》要求，我國正式成為《華盛頓協議》成員。蘭州理工大學也以此為契機，開始推進工程教育專業認證，促進工科專業的發展，提高人才培養的質量，增強人才行業的適應性。在工程教育認證中，每門課程的開設與否要看它是否對畢業要求有支撐，能否使用現代化的工具解決復雜工程問題，開發、選擇與使用恰當的技術、資源、現代工程工具和信息技術工具；學生是否能夠運用網絡信息查詢獲取相關信息，掌握計算機編程的基本方法，并將其用于確定復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。探索新工科建設的發展目標和行動路徑。新工科的提出，包含了對高等工程教育不斷適應和引領新經濟發展的深層次變革的期望，對高等工程科技人才的培養提出了新的要求。

一、新工科背景下對人才培養的要求

長期以來，我國高等工程教育存在著目標定位不清晰、工科教學理科化、學生綜合素質欠佳、通識教育與實驗教學關系模糊，工程教育與行業企業脫節、國際競爭力不強等缺陷。 “新工科”概念的提出，賦予了人才培養新的涵義。

新工科建設旨在培養各層次、各類型的卓越工程科技人才，圍繞學生的興趣和個性改變教學方法和考核方式，更新教學過程、教學內容和課程體系。關注學生的學習成效和未來發展，加大學生的選擇空間，充分利用在線開放課程，方便學生跨專業跨校學習，增強師生互動，促進學生全面發展，形成“以學生為中心”的工程教育理念，創新工程教育方式和手段[2]。

在新工科建設的新形勢下，我國高校要加快建設和發展新工科，要促進現有工科的交叉復合、工科和其他學科的交叉融合[3]。文章將以新工科為背景，基于計算思維，結合MOOC+SPOC教學，融入專業領域教學案例，改革和探索教學方式方法，改善課堂教學效果，提高學生學習興趣，提升學生學習水平，以培養學生求解專業領域復雜工程問題的能力。

二、MOOC+SPOC教學模式

隨著信息技術的迅猛發展，學生學習方式也在不斷發生變化。學生不再滿足于課堂教學、“填鴨式”的被動學習，而開始傾向于探索式、研討式、網絡化的學習方式。目前的教學模式仍然以課堂為中心、以教師為中心、以教材為中心，不能適應信息化時代對人才培養的需求。教育部《教育信息化十年發展規劃（2010-2020）》中提出信息技術應與教育全面“深度融合”的全新理念，對程序設計類課程教學進行改革，將是一項重要且具有挑戰的工作。Visual Basic作為解決學生專業領域復雜工程問題的一種計算機語言，其課程包括從程序設計基礎到專業領域的應用的內容，需要培養學生利用計算思維解決問題的能力，并借助MOOC、SPOC等先進的現代化教學手段，改變傳統的教學模式。

MOOC（Massive Open Online Courses，大規模開放在線課程）是一種面向大眾免費的開放優質學習資源，能滿足學生的個性化學習需求，共享優秀的教學資源。MOOC對學習者的身份、人數、基礎和學習目標都沒有限制，對學習者完全開放，學習者以“自主在線學習”形式學習，教師利用平臺啟發和引導學習。MOOC的出現極大程度推動了信息技術與教育教學的深度融合，給高校教師開展課程建設提供了有力的工具支撐[4]。然而MOOC的問題也逐步顯現出來，如學習者投入高、產出低、學習持續性不強、退學率高、教學管理困難、評價機制單一等。另外，在高校教學過程中，如果照搬MOOC教學模式，忽略學校背景、專業特色、學生基礎水平，則將導致MOOC課程流于形式、教學質量難以保障。

為了促進傳統課堂與在線教學的有機融合，引導學生充分利用網絡信息資源開展自主學習，SPOC（Small Private Open Courses，小范圍私有在線課程）漸漸興起。SPOC于2013年提出，學生通過SPOC平臺的教學視頻學習新知識、參與在線討論、完成在線作業和考試等，教師在課堂上通過提問、答疑和討論，了解學生的學習動態，加深學生對知識的理解。

MOOC+SPOC線上線下混合教學模式，是在現代信息技術的支持下，教師線上提供MOOC教學視頻、教學課件、話題討論、單元測試和單元作業等教學資源，同時可根據學生特點和學習目標修改MOOC資源。學生線上提前自主預習，并與教師、同學線上互動交流討論，教師根據學生線上學習的反饋數據和討論的問題，決定線下課堂的教學內容和教學方法，達到線上線下融合。學生線上以學習基礎知識為主，線下則以提問、討論、答疑的方式進行。MOOC+SPOC教學模式，既彌補了傳統課堂教學的不足，也融合了MOOC在線、開放的特點，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教學模式實踐

（一）SPOC資源重構和再建

不同學科、專業對程序設計的需求也不同，教師不能簡單地將程序設計定位成通識課程，只講授編程基礎知識則不能滿足實際需求。因此，可根據不同專業需求凝練出相關專業案例、作業和習題，將程序設計與專業需求相結合，實現從程序設計知識講解到程序設計能力培養的升華，最終利用程序設計方法解決復雜工程問題。

蘭州理工大學同濟大學對MOOC、SPOC進行了試點。在2017年秋季學期，將基于計算思維的MOOC+SPOC教學模式推廣到四個Visual Basic程序設計課程班。對MOOC教學資源進行重構，融入專業領域的工程問題，設計相關教學案例，建設適應“本土化”的SPOC專屬課程。Visual Basic程序設計課程中所涉及的語法和控件等理論知識多而繁雜，學生將根據教學目標通過SPOC線上自主學習，觀看視頻、完成線上單元測試和單元作業、并進行線上問題討論。教師根據學生的學習進度設計線下課堂教學，課上答疑、討論、并融入專業案例，達到學以致用，提高學生學習積極性，培養學生解決專業領域問題的能力。

（二）基于計算思維的MOOC+SPOC教學模式實施方案

在2017年秋季學期，將基于計算思維的MOOC+SPOC教學模式在四個Visual Basic程序設計課程班進行推廣時，其中三個課程班的學生同時學習“無機與分析化學”專業課程。在Visual Basic程序設計教學過程中，“第3章程序設計語言基礎”的教學內容多而繁雜，包括了數據類型、常量與變量、運算符和表達式及常用內部函數等，學生借助SPOC平臺提前線上自主預習該部分理論知識。在線下課堂教學中，為了讓學生體會學以致用，利用所學知識解決專業領域的相關問題，教師設計了求解“無機與分析化學”中的“判斷溶液的酸堿性”問題的教學案例。教學環節以任務、活動、小組討論等形式組織，最終利用Visual Basic程序設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。

教學活動設計如表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（質子平衡數）為 [H+]=[OH-]+c，則[H+]=[12]（[c+c2+4kθW]） （[kθW]表示水的離子積常數），PH=-lg（H+）。

（2）問題求解：

根據上述分析，在VB開發環境中進行界面設計，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）運行結果如圖2所示：

（5）案例拓展：

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

在MOOC+SPOC教學模式下，學生通過MOOC獲取語法等基礎知識，教師從基礎知識講解中解放出來，深入設計與專業相關的案例。通過融合專業領域案例，搭建程序設計與專業之間的橋梁，使所學知識與專業實踐相融合。學生明確了學習目標，提高了學習興趣，從而培養了利用程序設計方法解決專業領域復雜工程問題的能力。

四、結語

在新一輪科技與產業革命快速發展的背景下，世界高等工程教育將面臨新的機遇和挑戰。我國高等教育也要抓住新技術創新和新產業發展的機遇，大力建設和發展新工科，為服務國家經濟轉型培養更多工程科技人才。作為高校教師，要研究和改進教學方式方法，運用多種教育手段和方法，尤其是信息化教學手段，結合新的教學模式（如MOOC+SPOC），引導學生從基礎理論知識學習向工程實踐能力培養過渡。Visual Basic程序設計是實踐性很強的一門課程，編程能力的提高需要通過大量的實踐逐漸培養。程序設計作為解決專業問題的現代化工具，在工科教育中發揮著重要作用。在程序設計教學中，教師要不斷探索鉆研，促進程序設計和專業的深度融合，構建全新的、適應新工科建設的程序設計教學體系，培養學生求解復雜工程問題的能力。

[[ 參 考 文 獻 ]]

[1] 中國工程教育專業認證標準（2015版）[S]. 北京： 中國工程教育專業認證協會，2015.

[2] 林健. 新工科建設：強勢打造“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. 新工科建設背景下地方高校工程教育改革發展芻議[J]. 高等工程教育研究，2017（3）： 15-19.

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

[5] 王崢，蘇小紅. MOOC+SPOC混合式教學實踐[J]. 計算機教育，2017（1）： 91-94.

[責任編輯：張 雷]