新工科背景下計算機基礎課程的改革探究

摘要：為了培養(yǎng)高素質且具有計算思維的新工科人才，傳統(tǒng)的教學模式已經無法滿足當今的實際需求，因此提出一種新型的教學模式顯得尤為必要。本文提出了混合式對分課堂教學模式。首先，分析了混合式對分課堂的優(yōu)勢；其次，對計算機基礎課程的內容進行重構并進行模塊化設計；最后，將設計的新型教學模式在Python程序設計課程中加以實施。實驗結果顯示，學生對該教學模式的滿意度高達 99% 以上，能夠充分調動學生的積極性，使學生由被動學習變?yōu)橹鲃訉W習，課堂教學效果顯著提高，從而提升了教學質量。

關鍵詞：新工科；對分課堂；混合式教學；計算機基礎

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）23-0148-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

0 引言

新工科建設自2017年起開始由教育部積極推行實施，許多高校積極響應教育部號召，陸續(xù)圍繞“如何建設新工科”這一議題開展了深入研討，形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”等重要文獻[1-2]。各高校結合自身的人才培養(yǎng)方案，致力于以培養(yǎng)新工科人才為目標的新工科建設。

新工科建設的推行標志著高等教育領域的變革與創(chuàng)新。隨著人工智能、大數據等領域的迅速發(fā)展，工科教育越來越受到社會和產業(yè)的重視。新工科建設為高校的人才培養(yǎng)設定了更高的要求。本文旨在探討如何將新工科理念融入計算機基礎課程教學中，提升教學質量，促進學生計算思維能力的培養(yǎng)，從而為新工科人才的培養(yǎng)貢獻力量。

由于計算機基礎課程中存在所學知識與能力培養(yǎng)脫節(jié)的問題，亟須進行改革創(chuàng)新。新工科理念在人才能力培養(yǎng)方面為高校專業(yè)課程指明了方向，其在教學方面采取的改革措施與高校計算機基礎課程的改革目標一致[3]。特別是在本校的基礎課程教學中，由于課時少、基本都是大班授課，存在學生基礎參差不齊、大部分學生在課堂學習過程中的參與度較低、主動性不足、缺乏思辨能力和自律能力等問題[4]。本文嘗試借助新工科理念，設計并引入混合學習模式，將傳統(tǒng)教學與線上教學進行優(yōu)化，構建適合應用型高校學生的混合式對分課堂教學模式。這種新型的教學模式可以解決上述問題，提高學生的主動學習能力、團隊協作能力和自主探究能力。

1 混合式對分課堂的優(yōu)勢

1） 教師的角色發(fā)生轉變，提高教學效率。不同于傳統(tǒng)課堂教學，在對分課堂上，教師只需把握精要，對重難點內容進行講解即可，講授時間大為縮短，這不僅減輕了教師的備課壓力，也降低了學生在上課聽講時的注意力要求。同時，“教”與“學”更加均衡，在教學過程中，教師的角色從單純覆蓋內容和灌輸知識，轉變?yōu)橐龑W生學習，強化了學生的自主學習性，提高了教學效率[5]。

2） 增強學生的學習能動性，提高學習效率。在對分課堂上，教師更多的是引導，而非大水漫灌式地進行知識輸出，學生不再是被動獲取知識，而是有了進一步主動探索的空間，這激發(fā)了學生的學習熱情，使學生能夠進行自主學習，提高了學習效率[6]。

3） 強化互動交流，活躍課堂氣氛。傳統(tǒng)課堂教學模式通常是先教后學，教師講授后學生各自學習，幾乎沒有交流機會，閉門造車式的學習嚴重限制了學習效率。而對分課堂引入了互動交流，通過分組討論交流，強化生生互動和師生互動，這不僅鍛煉了學生的表達能力，增進了學生間和師生間的感情，同時可以互相啟發(fā)，相互促進，深化理解，提高了學習效率[7]。

2 優(yōu)化教學內容

將計算機基礎課程的教學內容進行重構后，再進行模塊化設計[8]，不僅注重知識本身的系統(tǒng)性和前瞻性，更致力于將現代科學技術與人文精神相結合，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和批判思維。主要從以下幾個方面入手[9]：觀念重構：以科學研究的態(tài)度審視課程知識；內容重構：以最新研究成果重新整合課程知識；素材重構：以生活化的內容充實課程知識；目標重構：以多元化價值取向適用課程知識；情景重構：以溝通和交流為手段解讀課程知識。教學內容的更新與實踐不斷提升學生的綜合素養(yǎng)，為新工科背景下的計算機基礎教學注入新的活力和價值。

以Python程序設計課程為例，對其進行知識架構的重構，主要內容包括三大部分：初識Python語言、深入Python語言和運用Python語言，然后將這三大模塊的內容又詳細設計成9個小模塊，具體如圖1所示。

3 混合式對分教學的設計

在新工科背景下，運用信息化多媒體技術，主要以學生為主體，結合線上網絡學習和線下傳統(tǒng)課堂雙方面的優(yōu)勢進行有效融合，并潛移默化地融入思政元素。通過學習通學習平臺和電子移動設備等智能學習環(huán)境，充分發(fā)揮計算機通識課的育人目標，提升學生在新工科背景下的應用能力、創(chuàng)新能力、思辨能力和計算機思維的有效形成。為了探索高校計算機基礎教學改革的新路徑，提高教育質量和教學效果，讓計算機基礎教育著眼于服務網絡強國戰(zhàn)略、大數據戰(zhàn)略和“智能+”戰(zhàn)略等，這樣才能更好地為“新工科”建設助力，為新時代賦能。

計算機課程中的Python程序設計語言，由于其免費開源、簡潔易懂、豐富的擴展模塊與可嵌入性等諸多優(yōu)點，在大數據分析、工程計算、系統(tǒng)開發(fā)等方面優(yōu)勢突出，已成為新工科時代計算機基礎教育教學的一個新熱點。因此，以Python課程為例，設計了混合式對分教學改革新模式。首先，通過“有備無患、學以致用、溫故知新”三個維度進行巧妙結合，組織實施教學，充分調動學生的積極性，體現學生的主動性，如圖2所示。

4 混合式對分教學的實施

4.1 新教學模式的目標建設

對計算機課程教學目標的有效管理主要體現在深度理解教學目標、全面掌握教學目標制定方法、精心制定有效的教學目標以及有效分析教學四個方面。通過深度剖析教學內容，結合學生的學情分析，完成三維教學目標體系的構建。課程總目標確立后，根據教學內容設立各模塊的目標及課堂教學的各單元目標，從宏觀、中觀和微觀三個維度逐層細化，構建計算機課程的教學目標。目標的設定要有明確的檢測標準，具有層次性，并具體體現知識能力及情感態(tài)度價值觀，將這三方面的教學內容有機整合，使每名學生在不同層面達到各自的目標，實現課堂教學效率的最大化。

4.2 線上課程建設

針對本課程的特點，結合本校學生的學情，借助線上網絡教學平臺，對重構的知識進行再組合，針對不同知識點進行課前測試和課后測試。為了讓學生積極思考，倡導學生進行小組學習，教師根據各專業(yè)對本課程的需求，選取合適的教學資源和科技前沿知識，供學生進行自主學習和小組研學。計算機基礎課程在混合式對分模式實施過程中不斷完善網上教學資源，加入課程思政元素，如主題討論、視頻學習等，培養(yǎng)學生嚴謹、科學的工作態(tài)度。此外，線上的討論模塊主要解決學生在預習和復習過程中遇到的疑難問題，既能解決學生的共性問題，又能解答學生的個性化問題。

通過學生課前預習知識，學生獨立完成對分課堂中的特色任務“亮考幫”。主要目的是讓學生自己總結和反思學習成果，明確學會的內容、未掌握的內容及知識亮點，并出題考考其他學生。最后，學生填寫“亮閃閃”“考考你”和“幫幫我”三部分內容，具體說明如表1所示。

4.3 線下課程建設

結合線上教學內容的安排，對線下教學內容進行了精心的設計，針對不同專業(yè)選取合適的案例，巧妙分配教學安排，要與線上教學內容實現互補，加大課程線下應用型知識的精心講授。線下進行面對面授課時利用學習通建立互動式的實體課堂，同時在授課過程中加入了師生研討，重難點精講等環(huán)節(jié)，更加注重案例的分析和互動環(huán)節(jié)，最終將線上的學情分析實際融入了線下的教學中。學生在線下課堂中也能更好的進行小組討論，組間和組組互評等，教師給予輔導和評價，進一步促進學生吸收內化知識。

1） 課堂精講。對比傳統(tǒng)教學，對分課堂教學模式更加直白。在“對分課堂”的環(huán)境下，極大可能增加學生的討論時間，因此，教師在線下精講課程的時間壓縮了一半，不會把所有知識點全部覆蓋到，因此在課堂時間教師只講疑難點和整體的知識框架結構，從宏觀的層面告訴學生3個“W”2個“H”，Why為什么學，What學什么、How如何學和How much學到什么程度，而其他內容則應該適當留出空余時間，給學生一定的自主學習、討論、探索思考的空間。

2） 課堂討論。根據教師精講內容，完成課上“亮考幫”。小組討論后，教師了解情況后抽查學生具體討論情況。其他學生針對學生匯報進行提問和發(fā)言，同組學生紛紛解決學生的疑問，若學生不會則由教師解答。最后，教師可以選人總結本節(jié)課內容，達到學生對重難點的鞏固。

4.4 教學評價

對分課堂強調學生的平時學習，構造了過程性和形成性評價相結合，加分和減分雙向雙行的評價機制。了解了前幾屆學生的心理，有些學生對加分不感興趣，但是減分就會有心理負擔，基于這種心理，設置所有學生在開課前都是100分，根據學生的表現有加分的，也有減分的，這樣可以雙向激發(fā)學生的學習興趣，調動大家的積極性，以免有部分學生渾水摸魚，或有“臨時抱佛腳”的態(tài)度。

5 混合式對分的教學效果

對2023級學生采用問卷星平臺展開調查，以Python課程為例實施混合式對分教學新模式，設立開課前期、中期和后期三次調查問卷，挖掘學生對課程的滿意度，同時讓學生暢所欲言，收集學生對課程的意見或建議。2023級751個學生的調查問卷具體情況，結果顯示有99.2%的學生對此次計算機教學改革持滿意的態(tài)度，有個別的不滿意的學生，具體如表2所示，課題組教師根據調查結果以談心的方式了解學生具體情況，解決學生心中的難點，從而讓學生慢慢融入到集體中。

6 總結

在新工科背景下，隨著信息化技術的發(fā)展，網絡課程資源日益豐富，大學生可以利用碎片化的時間隨時隨地進行學習。然而，由于大學生的計算機基礎知識參差不齊，加之計算機基礎課是一門操作性很強的課程，因此采用混合式對分的新型模式進行教學顯得尤為重要。

在改革過程中，學生的自主學習能力得到了顯著提高，并且不斷加強了學生的創(chuàng)新意識。同時，這種教學模式也滿足了部分學生對自信心的需求。然而，對教學改革的探索還將繼續(xù)，不斷改進教學手段，以適應教育信息化改革的步伐。

參考文獻：

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【通聯編輯：唐一東】