智能時代高校計算機(jī)公共課混合教學(xué)模式研究

房 媛，趙秀巖，王美航，王偉珍

（1.大連工業(yè)大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 大連 116034；2.日本北陸先端科技大學(xué)院大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)部，日本 石川縣能美 923-1211；3.大連工業(yè)大學(xué) 服裝學(xué)院，遼寧 大連 116034）

0 引言

人類社會正在邁入智能時代，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能的運用日益普及，人們的生活、學(xué)習(xí)和工作環(huán)境正發(fā)生著革命性的變革。與此同時，智能時代的教育形態(tài)也在改變，基于移動互聯(lián)的信息技術(shù)正在改變著教育環(huán)境、教育模式[1]。我國高等教育改革也從形式改革到質(zhì)量革命的階段不斷推進(jìn)，提高高等教育的管理質(zhì)量和管理水平是推進(jìn)高等教育治理體系和治理能力現(xiàn)代化建設(shè)的關(guān)鍵和重點，全面打贏“質(zhì)量革命”攻堅戰(zhàn)，就要打好“結(jié)構(gòu)優(yōu)化”攻堅戰(zhàn)、“模式創(chuàng)新”攻堅戰(zhàn)、“學(xué)習(xí)技術(shù)”攻堅戰(zhàn)、“質(zhì)量體系”攻堅戰(zhàn)。對于高校本科生來說，計算機(jī)公共課是最重要的公共基礎(chǔ)課之一，其主要教學(xué)目的是使不同專業(yè)的學(xué)生通過掌握計算機(jī)的基礎(chǔ)知識和操作技能，掌握計算機(jī)程序設(shè)計的方法，培養(yǎng)計算思維，以此來提高非計算機(jī)類大學(xué)生的信息素養(yǎng)，從而輔助學(xué)生對本專業(yè)知識的深入學(xué)習(xí)和靈活運用。伴隨著信息社會技術(shù)的飛速發(fā)展，目前的大學(xué)生對于信息技術(shù)的了解和掌握能力與以往大學(xué)生的認(rèn)知特點，學(xué)習(xí)能力大有不同，這也對計算機(jī)公共課的教學(xué)提出了新的課題。如何利用最新的教學(xué)技術(shù)方法提升教學(xué)質(zhì)量？如何培養(yǎng)符合信息社會需求的人才的信息素養(yǎng)和信息處理能力？這也是智能時代的計算機(jī)公共課程共同的課題。

MOOC （Massive Open Online Course）即慕課，在其出現(xiàn)的短短幾年時間發(fā)展迅猛，截止到2018 年的不完全統(tǒng)計，全球超過900 所大學(xué)宣布推出慕課課程總量達(dá)到114 萬門，各大慕課門戶注冊用戶數(shù)累計超過1 億人[2]。我國慕課發(fā)展迅猛，2013 年由清華大學(xué)開發(fā)的學(xué)堂在線發(fā)布，截止到目前，我國已有十余個慕課平臺提供了超過12 500 門慕課課程。與傳統(tǒng)課堂授課方式相比，慕課實現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的共享，受眾面廣泛，遠(yuǎn)程異地和特殊情況下的教與學(xué)，提供了異步教學(xué)環(huán)境，學(xué)習(xí)者可以自主決定學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)習(xí)方式。慕課也存在著明顯的缺點，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情因為沒有互動和監(jiān)督容易怠倦，學(xué)生需具備較高的自主管理能力才可能完成課程學(xué)習(xí)[3]。2013 年，SPOC （Small Private Online Course）即“小規(guī)模在線課程”的出現(xiàn)被認(rèn)為是慕課的延伸和發(fā)展。SPOC 是面向特定人群的、面向“線上線下結(jié)合”的集管理、網(wǎng)絡(luò)媒體教學(xué)環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)媒體教學(xué)工具于一身的輔助教學(xué)手段[4-5]。高校計算機(jī)公共基礎(chǔ)課程有著涉及專業(yè)廣泛，人數(shù)眾多，涉及科目多，師資數(shù)量薄弱等突出特點。可是，對于高校計算機(jī)公共課的課程講授和考核來講，無論是MOOC 還是SPOC 模式都存在著無法監(jiān)督到個人的誠信行為，對于學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效率的把握也是參差不齊[6]。

1 計算機(jī)程序設(shè)計課程教學(xué)現(xiàn)狀

計算機(jī)程序設(shè)計是高校開設(shè)歷史較長的計算機(jī)類公共基礎(chǔ)課。其教學(xué)手段和考核方式相對比較單一。教師一般都采用的是大班教學(xué)，雖然面授但是很少互動，久而久之，無法在同一時間滿足不同學(xué)習(xí)能力的學(xué)生需求，教學(xué)效果不佳。因此如何面向不同學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和不同專業(yè)的學(xué)生，切實提高教育質(zhì)量，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，是深化計算機(jī)程序設(shè)計課程改革的重要問題，尤其是在智能時代如何更好地利用線上教學(xué)手段和方法提升教學(xué)質(zhì)量。

以大連工業(yè)大學(xué)為例，面向非計算機(jī)專業(yè)的計算機(jī)公共課包括大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)和計算機(jī)程序設(shè)計兩類。計算機(jī)程序設(shè)計課程包括面向理工科的計算機(jī)程序設(shè)計（C 語言） （以下簡稱計算機(jī)程序設(shè)計）和面向文管科的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)（Visual FoxPro），其課程目標(biāo)是培養(yǎng)計算思維能力，培養(yǎng)編程能力以及提升學(xué)生的計算機(jī)操作能力。計算機(jī)程序設(shè)計課程的學(xué)時是64 學(xué)時，其中包括48 學(xué)時理論和24 學(xué)時上機(jī)實踐，采用學(xué)生每人一臺電腦，師生“教—練一體化（Teaching Practice Integration,TPI）”全機(jī)房授課形式。

計算機(jī)程序設(shè)計課程經(jīng)過近幾年的教學(xué)改革，對比教室教學(xué)模式，改成“教—練一體化”授課后，確實激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提升了課堂的關(guān)注度和教學(xué)效率，但是仍然存在著“教—練一體化”的學(xué)時相對偏少，難以開展與專業(yè)結(jié)合項目案例的教學(xué)需求。此外，計算機(jī)公共課程存在著一部分不能夠達(dá)到考核要求的學(xué)生，如果跟班進(jìn)行重修則面臨著教學(xué)資源嚴(yán)重不足的問題。

2 “SPOC教學(xué)+機(jī)考”混合教學(xué)模式

2.1 優(yōu)勢突出的混合教學(xué)模式

面向非計算機(jī)專業(yè)的計算機(jī)程序設(shè)計課程，不僅需要知識傳授和能力訓(xùn)練，更重要是的通過課程的學(xué)習(xí)對于計算思維的理解，以便解決與專業(yè)結(jié)合的實際問題。由于非計算機(jī)專業(yè)涉及學(xué)生異構(gòu)性強(qiáng)，基礎(chǔ)參差不齊，對于學(xué)習(xí)需求不一致。雖然通過TPI 教學(xué)模式改革已經(jīng)提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在同一時間同一空間實時因材施教還明顯存在不足。在課程可持續(xù)、模式自由度、學(xué)生異構(gòu)、教學(xué)效率、身份驗證和出勤率進(jìn)度等方面對于TPI 和“SPOC+機(jī)考”混合模式的教學(xué)特色在表1 中進(jìn)行了對比。從中不難發(fā)現(xiàn)，基于“SPOC 教學(xué)+機(jī)考”的混合教育教學(xué)模式，融合了MOOC 思想和SPOC 的靈活教學(xué)方法并規(guī)避它們的缺陷，能進(jìn)一步推進(jìn)以學(xué)習(xí)者為中心的教育教學(xué)理念，兼顧教師的主導(dǎo)作用，融合線上線下多種教學(xué)方法，結(jié)合多種教學(xué)資源，采用多層次的評價指標(biāo)，構(gòu)建同步和異步學(xué)習(xí)交叉呼應(yīng)的混合教育教學(xué)模式。“SPOC 教學(xué)+機(jī)考”的方式在學(xué)生測試的身份驗證、學(xué)生異構(gòu)、因材施教、課程可持續(xù)等多個方面體現(xiàn)了突出的優(yōu)越性。

基于遼寧省優(yōu)秀資源共享課基礎(chǔ)的計算機(jī)程序設(shè)計“SPOC 教學(xué)+機(jī)考”的混合教學(xué)模式，如圖1 所示。教師在課前階段制訂教學(xué)大綱、設(shè)計教學(xué)知識點、錄制教學(xué)視頻、布置作業(yè)、規(guī)劃測試等。課中階段教師主要負(fù)責(zé)督促進(jìn)度、互動答疑和反饋課堂信息。課中階段學(xué)生進(jìn)行視頻學(xué)習(xí)、完成作業(yè)、參加線上課程隨機(jī)測試。在課后階段，系統(tǒng)平臺收集學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)，例如知識點學(xué)習(xí)時間、測試結(jié)果、作業(yè)情況等匯總存儲在平臺管理系統(tǒng)中。教師可以根據(jù)學(xué)生課程學(xué)習(xí)過程中的信息數(shù)據(jù)生成評價結(jié)果和分析報告。課后階段的數(shù)據(jù)直接反饋給課前階段的教師角色，以備教師及時調(diào)整下一步的教學(xué)規(guī)劃。

表1 不同教學(xué)模式特點對比

2.2 豐富完善的課程資源

計算機(jī)程序設(shè)計課程包括56 個課程視頻知識點，視頻時間累積1 084 分鐘（約18 個小時）。各章節(jié)時間分配點、作業(yè)、測試情況等信息如表2 所示。知識點數(shù)量前三位的分別是第3 章運算符和表達(dá)式，第9 章指針，第2 章數(shù)據(jù)類型和第8 章函數(shù)。視頻講解時間排在前三位的是第3 章運算符和表達(dá)式，第8 章函數(shù)，第6 章循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計。另外，課程規(guī)劃設(shè)計3 次作業(yè)，開放時間是授課全程開放。作業(yè)的題目類型有基礎(chǔ)知識單項選擇題、程序類選擇題和填空題。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)特征進(jìn)行的本課程規(guī)劃4 次測試，題型均為選擇題和填空題，方便作答。作業(yè)和測試的課程知識點覆蓋比較全面，重點突出。

圖1 “SPOC 教學(xué)+機(jī)考”主要教學(xué)過程示意圖

表2 計算機(jī)程序設(shè)計課程SPOC 視頻、作業(yè)和測試分布情況

2.3 全程全回溯的課程評價

計算機(jī)程序設(shè)計課程TPI 模式下的課程評價由兩部分組成，課堂平時成績占40%，上機(jī)考試占60%。課堂平時成績的給出標(biāo)準(zhǔn)由考勤10%，提問10%，作業(yè)30%，測試50%組成。平時成績的給出全部依靠教師主客觀結(jié)合給出，全課堂學(xué)生是統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的受眾，教師難以在課堂上做到分層次不同地給予個別定制的評價方案。計算機(jī)程序設(shè)計SPOC 課程評價經(jīng)過幾期的不斷反饋修正，目前包括SPOC 課程學(xué)習(xí)評價和機(jī)考評價兩部分組成。其中，SPOC 課程學(xué)習(xí)評價占課程總成績的40%，其中由視頻知識點學(xué)習(xí)評價30%，作業(yè)評價30%和測試評價40%共同組成。機(jī)考評價則占課程總成績的60%。同時，也形成了本課程的“SPOC 教學(xué)+機(jī)考”的融合評價模式，既保證了教學(xué)的靈活，又保證課程考核的公平與公正。

3 “SPOC教學(xué)+機(jī)考”效果分析

選取2019—2020 學(xué)年度的參與“計算機(jī)程序設(shè)計”課程“SPOC 教學(xué)+機(jī)考”的來自不同專業(yè)、不同年級的330 名同學(xué)作為研究對象，從教師的教學(xué)時間、學(xué)生的學(xué)習(xí)時間、學(xué)習(xí)成效等多個方面進(jìn)行翔實的數(shù)據(jù)分析。

3.1 教師的教學(xué)時間

“教—練一體化”與“SPOC 教學(xué)+機(jī)考”模式的教師所用時間對比如表3 所示。對開展計算機(jī)程序設(shè)計的10 位教師開展了關(guān)于“教—練一體化”教學(xué)時間的問卷調(diào)查。該門課程的學(xué)時是64 學(xué)時，備課時間128 學(xué)時，按照教學(xué)16 周計算，每周教師安排的答疑時間2 學(xué)時，每周處理作業(yè)、平時成績給定等時間2 學(xué)時，粗略算在一起，完成計算機(jī)程序設(shè)計一門一個教學(xué)班（1 個機(jī)房的最大容納數(shù)量是120 人）的教學(xué)任務(wù)教師總共需要256 學(xué)時的時間。

在應(yīng)用“SPOC 教學(xué)+機(jī)考”的教學(xué)模式后，一個教學(xué)班（人數(shù)不多于300 人），教師課前階段的課程規(guī)劃、資源整理、課件制作、視頻錄制等按照1:15 的比例，1 小時的視頻資源、作業(yè)資源和測試資源則總體需要15 小時的課前階段準(zhǔn)備，本門課程共錄制視頻共計18 小時，則需270小時，折合成學(xué)時約360 學(xué)時。課程視頻重復(fù)利用3 個批次的話，平均每個批次120 學(xué)時。教師線上答疑時間，由于是非面對面的授課形式，所以答疑時間有所增加，每周4 學(xué)時；作業(yè)布置、測試布置、批改分析等教學(xué)環(huán)節(jié)，每周2 學(xué)時。通過“SPOC 教學(xué)+機(jī)考”教學(xué)模式則完成一次本課程教學(xué)需168 學(xué)時。

表3 不同教學(xué)方式教師所用時間對比

3.2 學(xué)生的學(xué)習(xí)時間

學(xué)生的學(xué)習(xí)時間自己把握，更為靈活，視頻觀看也可以進(jìn)行反復(fù)學(xué)習(xí)，對于難點和重點也會有更多的時間進(jìn)行學(xué)習(xí)。圖2 和圖3 所示分別呈現(xiàn)了100 位完成了所有視頻知識點學(xué)習(xí)的學(xué)生的訪問次數(shù)，以及獲得的平時成績。學(xué)生的訪問次數(shù)與學(xué)習(xí)時長的正相關(guān)系數(shù)為0.241 1。學(xué)生的學(xué)習(xí)時長與平時成績的分值分布的相關(guān)系數(shù)為0.020 2。也就是說，學(xué)生通過多次訪問才能學(xué)習(xí)完視頻的全部內(nèi)容，而不是采用突擊完成視頻學(xué)習(xí)的方法。學(xué)生學(xué)習(xí)視頻的時長與成績的高低相關(guān)性不明顯，這也與學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，課后的鞏固練習(xí)等多方因素相關(guān)。

3.3 學(xué)生的學(xué)習(xí)成效

330 名參與本門課程的學(xué)生在測試1 和測試2的學(xué)習(xí)成效對比結(jié)果如表4 所示，完成測試人數(shù)增加了22 人，測試持續(xù)天數(shù)增加1 倍，通知數(shù)量均為8 次，平時成績滿分10 分的條件下，由7 分增至7.7分，優(yōu)良率提升了16%，不及格率下降了1%。

在發(fā)送通知與完成次數(shù)的關(guān)系上，如圖4 和圖5 所示。大部分學(xué)生集中到測試的后面幾天完成。測試1 從發(fā)布到結(jié)束共經(jīng)歷11 天，其中3 天為周末，8 天為工作日。測試2 共持續(xù)22 天，其中6 天為周末，16 天為工作日。從完成測試的數(shù)量來分析，工作日完成比為17.875，周末完成比為18.111，周末時間完成數(shù)略高。周末時間發(fā)出的通知為4 次，其余均在工作日發(fā)出。

圖2 訪問次數(shù)與視頻學(xué)習(xí)時長關(guān)系

圖3 平時成績與視頻學(xué)習(xí)時長關(guān)系

圖4 測試1 的發(fā)布通知數(shù)量與完成人數(shù)

圖5 測試2 的發(fā)布通知數(shù)量與完成人數(shù)

表4 學(xué)生測試成效分析

4 結(jié)語

“SPOC 教學(xué)+機(jī)考”是緊跟智能時代人才培養(yǎng)需求的符合高校人才培養(yǎng)目標(biāo)的混合教學(xué)模式的形式之一。智能時代的混合教學(xué)模式的理論和實踐研究都在不斷完善中，“SPOC 教學(xué)+機(jī)考”模式對于不同年級、不同專業(yè)的計算機(jī)公共課的授課和管理有著突出的優(yōu)點，且在一定程度上緩解了師資數(shù)量不足，課程學(xué)時少，內(nèi)容困難的突出問題，同時也充分利用了學(xué)生的課外時間，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與動力。從學(xué)習(xí)成果分析結(jié)果來看，學(xué)生的成績在顯著提升。作為TPI 教學(xué)模式的有效補(bǔ)充，“SPOC 教學(xué)+機(jī)考”能夠切實減輕教師負(fù)擔(dān)，讓教師更專注課程內(nèi)容的創(chuàng)新，切實提高程序類設(shè)計課程的教學(xué)質(zhì)量。雖然“SPOC 教學(xué)+機(jī)考”在成績評價方面做到了公平和普適原則的統(tǒng)一，但其中也存在著堅守誠信學(xué)習(xí)的問題，這為日后混合教學(xué)模式的課程思政改革提出了新的課題。