教育數字化賦能下計算機公共課程教學平臺建設

章 杰，劉 丹，楊觀賜，何 玲

（貴州大學，貴陽 550025）

隨著信息技術領域的發展，新一代數字技術日新月異，云計算、物聯網、人工智能、大數據及區塊鏈等技術以數字賦予新動能，以數字驅動各行各業變革與創新已經成為世界性主題[1]。將教育置于科技與社會交融的時代背景下，教育數字化轉型是教育回應時代變遷與現實發展的必由之路，而建設一個適應高校課程教學實際需求的通用教學平臺是教育數字化轉型的重要基礎[2]。

計算機公共課程是高校非計算機專業學生的重要課程，擔負著對學生進行計算機基礎素質教育的任務[3]。課程的目的是使學生掌握在信息社會里所必須具有的計算機基礎知識與基本技能，培養學生的計算思維和素養，具備運用計算思維提出問題、抽象問題、解決問題的意識和技能。因此，改進計算機公共課程在數字化教學背景下的教學方式，提高該課程的教學水平，對于培養高校非計算機專業學生的計算思維，提升信息技術使用能力，增強信息技術飛速發展環境下的大學生競爭能力具有相當重要的意義[4]。

一 計算機公共課程教學面臨問題分析

與傳統的高校教學體系相比，在教育數字化轉型條件下大學計算機公共課程的教學環境、教學目標及教學對象都產生了很多重大的變化，主要表現在以下幾個方面。

（一）計算機公共課程的教學時數大幅壓縮，課程教學信息密度空前提高

在現在知識內容快速膨脹的背景下，高校提供了大量的課程資源給學生進行選擇，在課程教學內容不變的情況下，課堂教學的信息密度空前提高，大量的教學內容壓縮在有限的課堂教學過程中，給教學雙方都造成了很大的壓力[5]。在有限的大學學習時數內，公共課程的教學必須能夠找到人才培養廣度和深度上的平衡，需要建立基于學科知識為中心轉為培養學生自主學習能力為中心的教育理念。

（二）計算機公共課程的人才培養從單一知識傳授向學生綜合能力培養轉換

高校人才的培養目標應該是培養出有鮮明個性，具有更好的知識、能力、素質的創新型人才，使得他們能夠在自己的職業生涯中更具備潛力和韌性，更具有自主學習、自主規劃知識結構的能力。

教育數字化轉型的一個重要特征就是將學習方式的選擇權交還給學生自己，允許學生根據自己的實際情況來安排自己的學習計劃，所以在各個高校完成了校園信息化建設后，設置了許多的選修課程，而大部分的課程課堂時數減少；新要求下的計算機公共課程教學過程必須從單一的課堂教學時空擴展到學生的自主時空，為學生提供一個不限制時間、不限制空間，隨時隨地可以進行學習的教學環境。

（三）計算機公共課程的教學效果評價體系化、過程化

當前高校普遍采用學分制作為基本的教學管理制度，強調彈性的教學計劃和學制代替剛性的教學計劃和學制，需要教學計劃有較大的時間彈性和選課彈性。除了必修課程外，大學推出大量的選修課程供學生根據自己的能力與興趣進行選擇，學生可以安排個人的修學計劃。課程考核重點是學生知識掌握、學習能力、態度、表現、方法及實踐能力的綜合評價，根據不同類型的教學目標、教學要求對學生課程學習的全過程進行階段性、伴隨式的動態觀察與評價才是考核目標的核心要求。

（四）教育數字化轉型背景下計算機公共課程的教學要求日益提高

大學計算機公共課程主要是面對非計算機專業的同學開設的計算機通識課程，要實現“因材施教”，大學計算機公共課程就必須在教學內容、教學方式、學時安排和評價方式上都進行較大幅度的調整，將信息技術融入到教學活動中，網絡教學、課堂教學相結合，體現分級、分類教學的思想。

在推動數字化為教育賦能過程中，公共課程教學有教學時間短、教學強度大的特點，要求在整個教學過程中必須采用高效高質的教學方法，其中增強課程教學過程的交互性、實時性是提高教學質量的重要方法[6]。

二 基于云計算的計算機公共課程教學平臺建設

（一）平臺建設基本思路

由以上分析可以看出，高校計算機公共課程單純依靠課堂教學的教學方式和教學手段已經不適應于教育數字化轉型下高校課程教學的特點，無法滿足培養信息社會環境下具有獨立學習能力和創新精神人才的要求；與此同時，基于“互聯網+”的現代信息化教學手段廣泛使用，各高校校園網建設的日益完善為建立一個基于云計算的大學計算機公共課程的公共教學平臺提供必要的條件和良好的基礎。

基于云計算的高校計算機公共課程教學平臺立足于新條件、新手段、新方式和新要求下高校計算機公共課程教學的教學特點，以自主學習為主要特征，以數字化、信息化教學為主要手段，強調課程教學過程中教與學的互動參與和實時反饋能力，高校計算機公共課程網絡化教學平臺的建設對于解決高校課程教學過程中產生的各種問題將起到非常重要的作用。

通過公共課程教學平臺的建設，將公共課程教學網絡化，突破課堂教學的時空限制，有助于提升學生的自主學習能力，養成良好的學習習慣、學習方法，培養學生的獨立創新精神。

通過高度互動教學平臺的技術支持，為教學雙方提供一個不受時間和空間限制的交互環境，有助于增強教師對學生的了解，有助于學生對課程教學情況的掌握[7]；采用在線學習的形式為不同專業、不同學習能力的同學進行相互交流、互助學習提供支持；將學生的階段學習成果數字化并組織為學生個人的課程學習歷程形成信息鏈，供學生對自身學習過程的自我了解，自我評價。

通過公共課程教學平臺的技術支持，可實現公共課程評價手段的多樣性、階段性、實時性，向教學雙方真實、客觀、及時地反映學生的學習情況、教師的教學效果，科學全面地評價學生的知識掌握情況和綜合應用能力。

標準化的公共課程教學資源中心的建立，將極大地提高公共課程教學資源的共享能力和使用效率，并可根據課程建設發展的變化，對教學資源進行實時更新。

通過公共課程教學各個環節的信息化建設，可實現對教學各階段教學效果的量化分析，并可將分析結果動態反饋到教師的教學過程中，有助于豐富教師的教學手段，改進教學方法，從而進一步提供公共課程的教學質量。

通過將教學過程中產生的大量的教學信息進行標準的數字化轉換，從而為課程教學進行廣泛而科學的數據理論分析提供了基礎數據[8]。

（二）平臺建設框架設計

平臺建設以高校計算機公共課程的教學平臺的研究為切入點，采用基于云計算網絡環境下的教學手段，立足于通過綜合教學平臺的研究和軟件支持體系的建設，建立對課程教學過程的階段性動態評價系統，并根據對教學過程的量化評價數據進行教學效果評估，以此來指導并改善教學方法[9]。

高校計算機公共課程的教學平臺總體設計框架如圖1 所示。

圖1 高校計算機公共課程教學平臺

（三）平臺建設具體內容

平臺建設涵蓋4 個方面的建設內容。

1 學習網站

建立以自主學習模式為主的大學計算機基礎課程學習網站，擴展課程的教學時空維度。學習網站主要包括：課程知識、教學資源庫、主題討論和測試評價。其內容如下。

課程知識：主要包括教學知識點同步、學習資源鏈接兩個內容。這一部分主要是將課程內容結構化，以章節知識點的方式展示給學生，同時將參考教材的相關資源與補充教學資源融合提供給學生進行學習。

教學資源庫：將課程的各章視為一個特定學習專題，以專題為組織單位，將文體、視頻、動畫等不同類別的素材以專題為單位進行管理。

主題討論：支持在線討論，為學生和教師提供一個學習交流平臺。在這里，學生可以創建自己感興趣的主題，邀請其他同學參加，以專題討論的形式對課程的內容進行學習、討論，甚至給出教學改進建議，為專題創造一個共同探究、協作學習的環境。

測試評價：提供自主練習、課程專題測試、實時問答、個人作品和學習過程分析等欄目內容。自主練習欄目提供學生在線自主完成課程各章節的作業練習任務；實時問答欄目采用Web、微信小程序等不同方式提供教學交流平臺；課程專題測試欄目是綜合考核系統的重要組成部分，對于階段性的教學效果進行及時科學評價；個人作品欄目允許學生通過網絡提交練習作品給任課教師；學習情況分析欄目自動分析統計學生課程學習各階段的學習數據，同時利用豐富的圖表、數據統計等方式進行展示，實現學生在教學過程中的自我客觀分析。

2 教師在線教學系統

近年來，隨著大數據、云計算等技術的日益成熟，線上教學已經成為大學課程教學的重要方式。基于云計算的在線教學系統極大地擴展了課程教學的時空維度，同時促進了課程教學的教學過程規范化、標準化；教師的教學經驗及教學水平總是存在差距，但利用在線教學系統有效縮小了這種差別，學生可以獲得均等化的教學資源；同時，在線教學系統也為教師間進行教學交流提供必要的條件。在線教學系統主要包括以下部分內容。

虛擬教研室：教師在虛擬教研室中進行課程內容的配置、教學環節的設計，系統同步創建教師的個性化教學文檔；授課教師也可以對所教授課程的教學過程與本課程小組的教師進行在線討論，并進行科學合理的動態調整；系統也支持教師對自己的教學資源進行實時更新。

作業發布廳：在作業發布廳中，任課教師既可針對授課班級進行標準化作業的布置、回收及批改，也可以針對特定學生進行個性化作業要求；學生完成作業后，系統將自動對作業完成情況進行統計并生成報表；學生的作業完成情況將作為階段性考核指標納入課程綜合考核系統；經過多次迭代使用，教學效果良好的作業設計經教研室討論后可以作為規范性要求在整個課程教學過程中使用。

教學情況分析：教學情況分析模塊將統計分析不同教學班級的教學進度、學生知識點掌握情況、各個知識點的得分率等教學數據，并將數據進行可視化處理。任課教師通過可視化的分析結果可了解本班在課程教學過程中的難點、薄弱環節等信息，從而及時調整教學內容和進度，改善課程教學效果，為因材施教提供基礎和條件。

在線教學研討：在線教學研討是虛擬教研室的子模塊，該模塊主要利用Web 模式的討論組方式實現，同時也支持微信小程序等方式。教研室利用該功能模塊定期或不定期地組織授課教師開展教學研討交流活動，并將研討內容創建為電子化的研討交流報告。

3 基于大數據理念的教學資源中心

傳統的教學資源中心主要以對課程的教學資源按照規范化、標準化的要求進行集中管理為主要目的。為了建立課程教學的知識化管理基礎，需要對包括大綱、教案、課件等課程各類教學資源資料進行規范化管理，但是傳統的教學資源中心往往忽視了對課程教學過程中所產生的大量過程化數據的提取和使用。

立足于大數據理論，利用云計算、人工智能算法等先進信息技術可以將課程教學中產生的大量教學過程化數據進行采集、篩選，并從中提煉出有價值的信息，例如學生的學習習慣、操作特征、對于某一學習專題的關注程度等數據都可以從在線學習過程獲取，從而極大豐富教學數據的種類，擴展數據來源和類別，能夠有效地深化資源的廣度和深度，并通過對所采集到的各類數據的深度挖掘，實時、動態地向師生提供智能化的查詢服務，為教學資源的動態更新提供支持[10]。

教學資源中心的功能主要包括以下內容。

資源類型管理：資源類型管理主要用于對高校計算機公共課程的教學資源元數據進行設置和維護，以滿足CELTS－42《基礎教育教學資源元數據規范》的要求。

結構化數據內容管理：采用關系型數據管理系統對課程信息、學生信息、教師信息等傳統的結構化數據進行管理。

非結構化內容管理：采用NoSQL 數據庫對教學過程中產生的各種類型的數據進行存儲和管理。其中包括Word、Excel 等非結構化文檔，也包括XML、JSON 等不宜使用傳統數據庫系統進行管理的平面結構化文件。

4 綜合評價系統

教學效果的評價是對整個教學過程的總結，也是整個教學過程中不可或缺的環節，在教學過程中起著至關重要的作用。傳統的評價方式常常采用單一的一次性考核來對一個學生的學習成效進行評價，但是一個真正有效且科學的評價體系應該是全面的、過程性的評價體系，不應該是對學生課程學習的單一學習效果的蓋棺定論，而應該是對教學的不同階段進行動態評價[11]。

教學綜合評價系統將課程的學習內容分解為不同的目標達成板塊：素質指標、能力指標、參與度指標和學習有效性指標等，將這些指標融合到課程的階段性教學互動環境中并提出具體學習活動及結果要求，綜合評價系統利用基于云計算、大數據分析等技術手段對課程教學各個環節進行動態評估并獲取實時反饋，階段性的評價指標將隨著教學進程的推動得到真實的評測值。綜合評價系統有效地提高了評價的真實性和實時性，對課程不同階段的教學效果進行客觀、科學的評價。

（四）平臺應用取得的成果

本教學平臺建設初步完成后，以該平臺為依托，貴州大學計算機科學與技術學院順利組織了貴州大學全校范圍內非計算機專業學生的所有計算機公共系列課程的在線教學使用，并獲得較好的預期效果，搭建完成了課程教學數字化轉型的基礎系統。

使用本教學平臺的同學分布在貴州大學30 余個教學院系，140 多個專業，包括計算機科學與技術學院、礦業學院、外語學院和人民武裝學院等，基本實現了對于貴州大學所有教學院系的全覆蓋。

三 結束語

在教育數字化轉型背景下，積極利用云計算、大數據等現代先進的信息技術建設課程教學平臺，努力實現高校課程教育的數字賦能，改進高校計算機公共課程的教學環境，增強學生的學習興趣和原動力，提高課程的教學水平，對于培養高校非計算機專業學生的計算思維，提升信息技術使用能力，增強信息技術飛速發展環境下的大學生競爭能力具有相當重要的意義。通過高校計算機公共課程教學平臺的建設實施，我們初步建立了教育數字化改革的軟件系統基礎，獲取了利用大數據、云計算等現代信息技術推動了大學計算機公共課程教學創新發展的一些經驗，使繼續推動教育數字化改革在高校計算機基礎教學課程的教學改革中的信心進一步增強。