基于計算思維的大學計算機課程混合教學模式實踐

楊嫘

摘要：教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會明確提出計算思維能力的培養是大學計算機基礎教育的核心。文章通過分析大學計算機課程目前存在的問題，提出從核心模塊、專業需求、計算思維等三個維度重構內容體系， 進行“MOOC+SPOC+專題”的教學新模式以及分階段能力考核體系的實踐探索。

關鍵詞：計算思維；大學計算機；混合教學模式；MOOC

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2019）04-0142-03

Abstract： University Computer Course Teaching Committee of the Ministry of education made it clear that the training of computational thinking ability is the core of university computer basic education. This paper analyses the existing problems of college computer course， proposes to reconstruct the content system from three dimensions that the core module， professional requirements and computational thinking， practices on the new mode of "MOOC+SPOC+ subject " and phased ability assessment system.

Key words： computational thinking； university computer；hybrid teaching mode； MOOC

隨著移動通信、云計算、物聯網、大數據等新概念、新技術的出現和發展，信息技術改變著人類社會的方方面面，教育也面臨著各種難題和挑戰。教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會（2013-2017）（以下簡稱“教指委”）在2015年制定了《大學計算機基礎課程教學基本要求》（以下簡稱《基本要求》，明確指出“計算思維能力的培養將成為今后大學計算機基礎教學的新常態” [1]。如何貫徹執行這一要求？思維能力的培養與應用型人才強化技術技能的要求是否背道而馳？思維的培養應該從哪幾方面著手？MOOC時代，思維的培養如何落地？課時如何安排？實驗如何開展？大學計算機教學困難與機遇并存。文章結合廣西師范大學漓江學院的實際情況，探討應用型大學計算機課程該如何圍繞計算思維改革。

1計算思維

國際上廣泛認可的計算思維是2006年周以真教授在國際著名計算機雜志Communications of the ACM上提出的。它指運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動[2]。2010年教指委主任陳國良院士根據國外計算機教育的研究成果，提出將計算思維引入大學計算機基礎教學的理念。自此，計算思維得到國內計算機基礎教育界的廣泛重視，許多專家學者開始系列的研究。陳國良院士和董榮勝教授指出了大學計算機教學中 “狹義工具論”的危害[3]，并給出計算思維的表述體系[4]，使計算思維能夠盡快落實到大學計算機基礎教學中；戰德臣教授提出了“計算之樹”、構建課程應該講授的最小的內容集合、實踐了MOOC+SPOCs[5]- [7]，龔沛曾教授則以計算思維為切入點進行了計算機基礎課程的聯動改革[8]。這些研究使得計算思維教學改革有效落地，培養了學生的計算思維能力。

2 MOOC與SPOC

MOOC是massive open online courses（大規模開放在線課程）的簡稱，是指面向社會所有學員開放的課程。與傳統的課堂教學不同，MOOC是一種以微視頻為載體的在線學習模式。這種模式以學生為中心，使用自動化的線上學習評價系統。系統7×24小時全天開放，能夠適應隨時隨地的學習需求。SPOC是small private online course（小范圍私有在線課程）的簡稱，是指僅面向某學校某課程班學員開放的課程。SPOC的教學內容可以是MOOC的超集，可以理解為SPOC = MOOC + 補充交流（線上的答疑或線下的課堂）。MOOC的出現使全球各國不同人群共享優質教育資源和大規模、個性化的學習成為可能。而SPOC則可以彌補MOOC的不足，它更集中在專業領域，學生會獲得更多的幫助。以戰德臣教授為組長的中國高校計算機教育MOOC 聯盟“大學計算機”課程工作組認為“MOOC+SPOCs+翻轉課堂”是大學教學教育改革的一個方向[9]。

3目前大學計算機課程存在的問題

以廣西師范大學漓江學院為例，大學計算機是所有非計算機專業學生的一門必修課，在大學一年級第一或者第二學期開設，學時在60～68之間。幾年前，和大多數應用型人才培養定位的院校一樣，課程著重訓練學生的操作技能，以應用軟件為載體講授計算機知識。但如今社會不僅要求學生具有熟練的操作技能，還應具備利用計算機科學解決專業問題的能力。鑒于此，原有的教學模式暴露出不少弊端，主要表現為：

（1）課程定位模糊，內容設置過于統一。

首先，大學計算機這門課從出現起，它的存在和定位一直爭議不斷。其次，課程部分教學內容與中小學信息技術課程相重疊，在教學過程中不能夠針對不同專業特點來實施不同的教學過程。模糊的課程定位、單一的課程內容會降低學生求知的欲望，逐步失去學習的興趣。

（2）教師工作量大，無法保證教學質量。

公共課一直存在教學工作量大，師資數量少的問題，在獨立學院及民辦高校尤為突出。雖然聘請外聘教師的方法從一定程度上可以緩解師資緊缺，但由于教師的流動性大，他們只注重完成教學任務，未必熟悉公共課的相關教學要求，無法做到對學生的統一要求。此外，公共課班數眾多，在講授相同的教學內容時，教師都在進行重復性的講解。這些都會導致教學質量無法得到保障。

（3）教學方法陳舊，教學手段過于傳統。

課程教學一般分為理論課和實驗課，多采用教師課堂講授，學生上機練習的方式。但學生在上實驗課時上網玩游戲的多，教學缺少監管，教學的互動性也沒有得到增強，學生被動接受知識。在移動互聯網高速發展的今天，學生的學習方式發生了改變，他們喜歡依托網絡和智能設備的學習，喜歡自己琢磨，喜歡和小伙伴討論，不喜歡老師強行灌輸。顯然，當前的教學模式不能有效引導學生主動學習。

（4）課程評價靜態單一，對學生特點研究不夠

目前課程的許多考核方式重知識，缺乏能力考核，考核過程單一，期末“一次定生死”的考核方式不能動態體現學生的學習效果；許多院校對自己學校的學生特點研究不夠深入，照搬其他學校的教學模式，結果導致課程教學效果差。

4 基于計算思維的混合教學模式

2014年，在廣西區高校計算機等級聯合考試停考后，區內眾多院校紛紛砍掉大學計算機課程的課時或者將該課程取消。面臨課程教學大環境的變化，也面對課程暴露出的上述問題，大學計算機課程教學應該圍繞計算思維開展，使學生主動將所學知識融會貫通成思維，并最終內化為能力。計算思維的培養包括三個方面：首先，培養計算思維意識，即主動用計算思維去思考問題，變無意識為有意識；然后，培養計算思維方法，包括數學方法、工程方法以及計算機科學獨有的方法（迭代、遞歸）；最后，培養計算思維能力，需要開設一系列的課程引導學生應用計算思維解決各種專業的問題。

4.1 重構內容體系

結合實際教學情況，在確定我院“面向應用，服務專業”的課程定位后，我們從三個維度（如圖1所示）重新構建課程的內容體系。其中，水平維度是核心知識模塊，依據教指委的《基本要求》確定各個專業必須修讀的內容，這部分內容應注重案例的更新，從計算思維的角度講解基本概念和基本原理，它體現了課程學習的廣度；垂直維度是專業需求模塊，根據調研而確定的各大類專業所需的相關內容來進行區分專業的教學，它體現了課程學習的深度和計算思維能力的培養，同時，學生能夠更好地過渡到與專業相關的后續計算機類課程學習；第三維度是計算思維模塊，以開設專題的形式講授計算思維內容，它體現了計算思維方法的培養。此外，根據建構主義設計課程，可以遵循學生的認知規律調整教學順序。例如，一般會按照word-excel-powerpoint的方式介紹office軟件，但其實學習完word繼續學習powerpoint效果會更好，因為powerpoint的許多操作與word基本一致，它可以理解為“會動的”word，較excel的學習而言更易與word銜接上。

4.2混合教學模式

借鑒目前流行的“MOOC+SPOCs”教學模式，結合上述的課程內容體系三維度，我們提出了基于計算思維的大學計算機課程教學新模式，如圖2所示。開展教學時，在統一必修的水平維度上，采取MOOC形式，將各類包括微視頻、課件、測試題等在內的教學資源按知識點以思維導圖的方式呈現給學生，供他們課堂集中學習及課后自主學習，教學方式以學生在線學習為主，教師課堂講授為輔；在分類必修的垂直維度上，采取SPOC形式，不同專業的學生只能學習與本專業需求相關的知識，教學方式以教師課堂講授為主，學生在線學習為輔；在第三維度上，采取傳統的大課講座形式，由不同教師共同講授計算思維。

4.3動態多元考核

科學的考核體系可以更客觀地體現學生的學習效果。由于學生的學習效果是一個動態連續的過程，評價不能只停留在總評成績分數上，我們認為應該采用分階段重技能的考核方式。所謂重技能，指的是在考試形式上，采用機試，分理論、實驗和實例考核，其中實例考核著重考查學生從思維到能力的轉變程度；所謂分階段，指的是將課程的期末考核分成多次，安排到課程的學習過程中進行，多次考核成績累計達60分視為考核成績及格。例如，按內容體系三個維度的劃分，將課程分為三個階段考核，在每個維度的內容學習完畢后，學生認為準備充分后就可申請考核，考核的時間完全由學生決定。這種基于學習過程的能力考核方式符合行為主義所強調地對學生學習行為的研究并注重評估學習者的行為，以確定從什么時候開始教學（學生也可以確定自己何時開始學習）觀點，因此，具有一定的科學性。

4.4個性化學習

我院是一所獨立學院，學生除了具備當代大學生的共性外，還擁有文化學習基礎差，學習專注時間短，自控能力弱，喜歡協作學習，學習的自主性弱，難以自主實現知識的內化等個性。根據學生的特點，我們設計適合他們的個性化學習方式，不會因為學生基礎差就將計算機知識以簡單概念化的方式呈現，而是將計算機知識的思維以可視化、可操作的方式呈現。由于個性化學習必須采用群體化、社群型的學習和創新方式，因此，我們建立課程討論區，便于師生交流，鼓勵學生在討論區中上傳自己錄制的操作微視頻，以幫助完善課程操作資源庫的建設。

5 結語

隨著大數據時代的來臨，計算思維將成為人們認識和解決問題的基本能力之一。在大學計算機課程中培養學生的計算思維是非常有必要的，因為該課程是非計算機專業學生都必須修讀的第一門計算機課程，而計算思維能力是學科融合與創新的需要。采用基于計算思維的大學計算機混合教學模式進行教學，不但可以提高學生的學習積極性，而且可以培養學生初步形成解決當代問題的思維和能力。不過，后續還有許多諸如基于計算思維課程的聯動改革、使用大數據技術測評教學效果等問題有待研究。

參考文獻：

[1] 教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會.大學計算機基礎課程教學基本要求[M].高等教育出版社，2015，11.

[2] Jeannette M. Wing. Computational Thinking[J].Communications of the ACM， 2006，49（3）.

[3] 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.

[4] 陳國良，董榮勝.計算思維的表述體系[J].中國大學教學，2013（12）：22-26.

[5] 戰德臣，聶蘭順.計算思維與大學計算機課程改革的基本思路[J].中國大學教學，2013（2）：56-60.

[6] 戰德臣，王浩.面向計算思維的大學計算機課程教學內容體系[J].中國大學教學，2014（7）：59-66.

[7] 戰德臣，聶蘭順，張麗杰，等.大學計算機課程基于MOOC+SPOCs的教學改革實踐[J].中國大學教學，2015 （8）：30-33.

[8] 龔沛曾，楊志強，朱君波，等.以計算思維為切入點的計算機基礎課程聯動改革與實踐[J].中國大學教學，2015（11）：53-56.

[9] 戰德臣.“大學計算機”“MOOC+SPOCs+ 翻轉課堂”混合教學改革實施計劃[J].計算機教育，2016，1 （1）：12-16.

[10] 王永梅，何如海.獨立學院計算機基礎教育現實分析[J].繼續教育研究，2012（3）：160-163.

[11] 張龍，李鳳霞，劉茜.新時期大學計算機教材及實驗內容重構方案[J].計算機教育，2018，3（3）：136-139.

[12] 郭福亮，周鋼，李永杰.大學計算機基礎課程的實驗體系研究[J].計算機教育，2018，2（2）：78-81.

[13] 張榮，張爍，楊俊麗，等.基于計算思維的醫學院校大學計算機課程教學模式研究與實踐[J].計算機教育，2018，1（1）：79-82.

【通聯編輯：王力】