基于學生參與度的計算機基礎課多維度立體化教學探索

李明翠

（華東交通大學 信息學院，江西 南昌 330013）

大學計算機基礎課是面向非計算機專業的一門或多門計算機類基礎課程，通常包含“計算機文化基礎”“程序設計語言”“數據庫技術”等，其課程性質可以是專業基礎限選課、素質教育通識課或計算機通修課等。目前大學計算機基礎類課程在教與學的過程中，普遍存在以下現象：學生的基礎參差不齊；學生對計算機類課程在培養體系中的作用理解不夠清晰；教師如何找到激發學生學習興趣的有效方法依然是一個難點。

高校學生在學習期間的認知獲得、技能獲得以及情感獲得是衡量教學質量的重要指標。然而，個體發展以及環境影響的復雜性，使得學生的獲得程度難以確定。相對地，學生的學習行為卻比較容易把握和測量。帕斯卡雷拉（Pascarella）和特倫茲尼（Terenzizi）經過持續30年研究大學對學生發展的影響后，得出結論“大學對學生影響的大小在很大程度上是由學生個體的努力程度以及參與程度所決定的”。學生參與是學習和學術成功的關鍵因素，同時，學生的參與度也會促進學生學習的滿意度。受這些觀點的啟發，針對大學計算機基礎類課程存在的問題，本文提出以學生參與度為立足點，對計算機基礎課程進行多維度立體化建設的教學模型，從專業知識體系認知、內容設計、項目驅動、線上線下綜合教學、思政引領等多維度重構教學模式。

一、基于變量相關性的行為參與度分析

學生的參與度體現了學生參與學習活動的意向，學生的行為參與、認知參與、情感參與、注意力集中程度、師生互動、學生之間的互動等都可以是構成學生參與度模型的因素。依托各類線上線下智慧教學平臺，學生的學習行為可以相對直觀定量地統計和分析。本節以2020年上半年開展的C++程序設計課程為例，基于兩個變量之間的相關性，分析不同的學習行為產生的有效學習參與度，線上課程數據來源于中國大學MOOC（慕課）。由于疫情的影響，課程大部分課時在中國大學MOOC中開展，按照課表的安排，每次上課時間，教師組織簽到，引導學生觀看對應課時的課程視頻，并對知識進行總結或組織討論。課程后期學生集中到學校計算機機房開展線下模擬練習。圖1和圖2分別展示了學生簽到次數、學生的模擬練習成績與學生期末考試成績構成的散點圖。從圖1可以看出，學生的簽到次數與期末考試成績幾乎沒有直接的關聯性。而圖2中大部分的數據點對應的期末考試成績與模擬練習成績展現出良好的線性關系。

圖1 學生簽到次數與期末考試成績散點圖

圖2 模擬練習成績與期末考試成績散點圖

表1列出了學生簽到次數、課程視頻觀看次數、課程視頻觀看時長、平時作業得分、模擬練習成績與期末考試成績的相關性。平時作業在中國大學MOOC網站上布置和提交。模擬練習在計算機機房中線下集中布置和提交。從表1可知，簽到次數與期末考試成績之間的相關性極弱，視頻觀看次數與期末考試成績之間具有0.05級別的顯著相關性，課程觀看時長、平時作業得分、模擬練習成績與期末考試成績之間均具有0.01級別的顯著相關性，相關程度逐漸增加。根據這些數據和相關系數，可以將學生的學習參與行為分成淺層參與、中度參與和深度參與幾個層次。簽到次數屬于淺層參與，視頻觀看次數和視頻觀看時長可列為中度參與，作業和模擬練習屬于深度參與。對學生學習行為與學習效果相關性的分析一方面可作為學生成績評價的權重設置的參考，另一方面可以為后續的課程重構提供依據。此外，從課程數據還可以推測出學生對此類課程的個性特征。例如本次課程大部分學生的視頻觀看時長在4萬秒到15萬秒之間，5名學生的觀看時長超過20萬秒。其中一名學生觀看的視頻長達27.6萬秒，但期末考試成績僅為49.5分，其課堂答題數為100%，正確率63.6%，作業得分率63.8%。在該生的后續培養中可根據其特征進行輔導方面的個性化調整，為大學階段持續培養學生提供正面的幫助。

表1 學生各類學習行為與期末考試成績的相關性

二、將課程融入專業知識體系引導學生的情感參與

知識是構建的，不是灌輸的。弄清“為什么學”是提高學生學習情感參與的關鍵，情感參與可以進一步促進學習的行為參與。根據布魯納的認知結構學習理論，教學的最終目標是促進學生對學科結構的理解。學生對自己專業知識體系的正確認知是形成積極的專業情感和專業態度的基礎，是激發學習興趣，提高學習主觀能動性的必要條件。同理，對每門課程在自己專業知識體系中的作用的正確認識是學生認真學習課程，變被動學習為主動學習的動力源泉。因此教師需要清楚地傳達計算機基礎課程在專業知識體系結構中的作用，讓學生主動認識到學習此類課程的必要性。

以會計學專業為例，圖3展示了會計學專業的部分課程。整個課程體系由公共基礎課、學科基礎課、專業課和課程實踐4大部分構成。基礎課程為專業課程以及課程實踐提供基礎支撐。基礎課中的微積分、線性代數、概率論、大學英語、計算機基礎等往往由其他學院的教師講授。例如我校的會計學專業屬于經濟管理學院，計算機基礎課程隸屬于信息學院，由信息學院基礎部的教師講授。這就要求講授計算機基礎課程的教師需要弄清楚學生所在專業的專業培養要求以及本門課程在整個專業知識體系中的作用，并將課程在知識體系中的作用清晰地傳遞給學生。否則學生對課程功能認識不清，就容易產生消極惰怠的學習情緒。以會計學專業為例，計算機基礎課是后續專業核心課程財務大數據應用分析的直接基礎。現代科技中涉及的大數據、人工智能、移動互聯網、云計算等都將融入整個會計學的學習過程中。而整個課程體系中只有計算機基礎課程完整地講解計算機的基本原理、計算機中數據的表示以及存儲方式、單機到網絡等內容。這門課是整個后續數據計算和數據分析工具的基本原理、基本操作的基礎支撐。

圖3 會計學課程體系圖

三、以文化熏陶為著力點引導學生的認知參與

“學什么”是繼情感參與后，知識點具體化的認知參與。對于知識點繁多的計算機基礎課程可以以文化熏陶為著力點引導學生的認知參與。以計算機文化基礎課程為例，其教學內容包括：計算機思維基礎知識、微型計算機的組成和原理、操作系統基礎知識、電子文檔的制作和編排、數據結構與算法的基本概念及操作、程序設計方法、計算機網絡的概念和使用技能、數據庫的基本知識、多媒體的基本知識以及大數據技術及相關原理等。課程包含的內容繁多，但計算機文化基礎課程課時量較少，如果對每個知識點都同等平行地講解，則很容易造成知識點多而雜、前后內容不連貫、授課內容蜻蜓點水的結果，學生也無所適從。

為此，可以根據學生的認知表征方式，對計算機文化基礎課程的內容進行重構和安排，力求前后連貫、重點突出，并兼顧知識的前沿性、先進性以及實用性，使學生的知識經驗前后銜接，從而產生正向學習遷移。在人類追求計算工具的歷程中，計算工具從手動計算演變成自動計算，從手工演變到蒸汽驅動再到電能驅動。現代計算機的實現有著完備的數學基礎——布爾代數。布爾代數的基本邏輯運算都可以用開關電路實現。開和關兩種狀態映射為二進制的1和0。由開關電路構成的邏輯門可以實現二進制的加法器。數值數據之外的文字符號、聲音以及圖像這些信息又是如何在計算機里表示的呢？用簡單的實例從符號的編碼、聲音的數字化、彩色照片的拍攝存儲以及顯示輸出等方面介紹計算機眼中的世界，同時也啟發學生對真實世界的思考。有了不同類型的數據以后，這些數據是如何長期存儲在不同媒介中的呢？由此引出計算機的硬件構成和存儲體系的知識。為了讓計算機的使用變得簡單，就必須把硬件的復雜性和用戶隔離開來，這就出現了軟件，于是就有了指令控制計算機以及操作系統。多臺計算機之間進行信息交流和資源共享推動了計算機網絡的發展。知識的層層遞進、娓娓道來，以身邊的二維碼、移動支付等為例，延伸到未來的無限可能，如量子計算、可水洗儲能織物、人工智能等。正如胡適所說，學習本身，就是一件快樂的事情，哪還有什么悲哀可言。

在思政方面，聯系目前面臨的各種卡脖子問題，讓學生正確地認識到所處的國際國內環境，同時向學生傳遞正面的解決問題的決心和勇氣。從華羅庚的致留美學生公開信，到我國的第一個計算機三人小組，向學生傳遞值得敬佩的記憶。從龍芯到超級計算機神威·太湖之光，到本源司南，在課堂上不僅將我國計算機軟硬件的發展現狀介紹給學生，更讓學生認識到實現現代化科技強國，我們所付出的努力和具有的信心，以達到培養有計算機文化素養，同時具有家國情懷的學生的目的。

四、以項目驅動為突破點推進學生的行為參與

“怎么學”直接體現在學生的行為參與中。現代工程教育認證的三大基本理念之一就是以產出為導向的理念，強調專業教學設計和教學實施以學生接受教育后所取得的學習成果為導向。在課程教學中可以以與實際聯系的項目驅動為突破點推進學生的行為參與。以計算機文化基礎課為例，課程的實踐操作部分以office（辦公軟件）套件為核心，集中訓練學生在長文檔的編輯和排版、數據表格的制作與函數的應用、演示文稿的展示，以及小型數據庫的生成等方面的實際操作能力。在內容的具體設計方面，以項目驅動為突破點，帶動學生的參與積極性。例如，在word文檔編輯環節，根據學校的畢業論文模板，要求學生完成文字、段落、頁面三個層次的排版要求，并加入圖片、公式、交叉引用等復合內容，讓學生對今后的實踐報告乃至畢業論文的要求有一定的了解，并打下初步的排版基礎。在電子表格的制作環節，通過設計人才招聘考試內容，讓學生練習數據的計算和查詢等操作，重點放在函數的學習和使用上，例如內容中包含了if、sum、rank、countif、vlookup等函數的使用。在演示文稿的制作環節，學生可以從個人簡歷、宿舍風采、校園風采等主題中選擇其中一個進行創作。在數據庫的設計環節，以小工廠中的工資管理系統為例訓練學生的數據表的創建、表間關系的建立、數據的查詢等操作。相比以往逐個知識點枯燥的練習，以項目驅動的內容設計使學生的操作熱情有了很大的提高。這種項目驅動的教學內容設計，與工程專業認證倡導的以目標為導向的理念是一致的。

五、以現代技術為支撐，線上線下結合，立體推進學生的學習參與深度

隨著網絡的發展和各種智能設備的普及，學生獲取知識的途徑越來越多元化，傳統的教室傳授模式已無法滿足隨時隨地學習，課程立體化的需求，勢必需要改變。課程的知識點多，相關的外延材料也多，因此將知識點以慕課的方式發布在在線教學平臺中，以便學生隨時學習和復習，是對傳統教室教學的一個良好的補充。教師可以根據需要在平臺上發布課堂練習和章節測試等學習項目，同時也可以很好地收集學生的學習信息。

根據著名的艾賓浩斯遺忘曲線，所學的知識一個小時后就開始遺忘，而在一個小時內回想就可以記住那個東西，因此對所學知識及時進行復習和自測是非常有效的鞏固知識的方式。在傳統的教學模式中，每堂課前幾分鐘回顧上次課內容，最后幾分鐘總結本節課的知識，但由于是被動的知識聯想，加上學生的注意力不夠集中等因素，效果不夠理想。利用智能教學平臺，可以事先設計好本次課程相關的線上習題，量不多但覆蓋主要知識點，在每次課的最后幾分鐘發布練習。課堂練習以掌握知識點為目的，可以設置較高的及格分數線，限時多次提交模式。由于錯題和分數的及時反饋，學生有了刷題的熱情，并且不懂的知識點能及時與同學或老師探討。這種線上線下結合的教學模式讓學生對知識產生了沉浸式的學習體驗，也獲得了及時掌握知識點的滿足感。

表2分別統計了兩個班級的課堂作業提交時間平均排名與考試成績的相關性，數據來自超星網絡教學平臺。從相關系數可知，學生的課堂作業提交時間排名與考試成績具有一定的負相關性，符合邏輯預期。進一步地，教師可以根據線上的學習數據統計，實時地、有的放矢地調整相關的線下教學策略，改善教學效果，促進學生的學習參與度。

表2 課堂作業提交時間平均排名與考試成績的相關性

六、結語

將計算機基礎課程從扁平到立體進行多維度立體化建設，是面向多學科、多層次學生的授課需要，也符合現代工程教育認證的以目標為導向的理念，同時也是“互聯網+教育”發展的必然結果。文章提出了圖4所示的以學生參與度為立足點的計算機基礎課立體化教學模型。從學生學習行為參與度的量化分析著手，提出將課程融入專業知識體系，以文化熏陶為著力點，以項目驅動為突破點三個維度推進學生學習的情感參與、認知參與以及行為參與，同時將線上慕課平臺與傳統線下授課結合，立體推進學生學習行為的參與深度。內容的立體化可以從文化方面豐富學生對計算機方方面面的認知和學習，線上線下的綜合教學模式以及以項目驅動的實踐教學設計可以有效地推動學生的學習熱情，增強學生的學習獲得感。

圖4 以學生參與度為立足點的計算機基礎課立體化教學模型