促進深度學習的計算機公共課實驗項目設計與實踐

摘要：實驗教學是高校計算機公共基礎課程的重要組成部分。該研究以深度學習原理為理論基礎，提出問題、漸進、拓展和開放策略在實驗項目中的設計原則，構建促進深度學習的計算機公共課混合教學模式，探究融合“問題、漸進、拓展、開放”策略中的實驗教學中的實施效果。基于深度學習的實驗項目策略在計算機公共課程教學中的實施，旨在幫助學生培養批判性思維、創新意識、分析和解決問題的能力，從而實現深度學習目標。

關鍵詞：實驗項目；實驗教學；深度學習；策略；混合教學

中圖分類號：G642" " " 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）12-0152-04

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID）

0 引言

隨著人工智能、云計算、大數據和物聯網等新一代信息技術的快速發展，各學科領域對數字化技術的需求日益增加。大學計算機基礎教學的課程體系、教學內容、實驗教學方式等面臨諸多挑戰[1]。在高校計算公共課程教學中，實驗教學是重要組成部分，也是新時代創新型人才培養的關鍵環節。通過實驗教學，不僅可以促進學生對理論知識的理解與應用，還有助于提升學生的實踐操作能力和團隊協作精神。

在教育數字化轉型的大背景下，混合式教學能為學生提供豐富教學資源、高質量的學習體驗，提升學生的學習滿意度，促進深度學習的發生[2]。那么，如何開展混合學習環境下的實驗項目設計，如何構建基于深度學習教學理念的實驗教學模式，這一系列問題都亟待解決。

1 課程實驗教學總體設計

計算機與信息技術基礎課程面向非計算機專業的一年級學生，是一門通識必修課。課程旨在培養學生的計算機知識理解、應用能力和信息素養，涵蓋計算機基礎知識、基本操作技能，以及人工智能、大數據和云計算等前沿技術。根據不同專業，分模塊講授多媒體技術、網頁制作、數據庫技術和程序設計。其中網頁制作模塊介紹網頁制作的基本知識和操作，包括HTML基礎、CSS基本語法和選擇器的使用、盒子模型、超鏈接和導航欄制作、盒子浮動和定位原理等。課程旨在讓學生全面了解計算機實際問題和前沿技術，切實掌握一門計算機應用技能，提升學生使用計算機解決實際問題的能力。

2022年秋季學期，課程在優課聯盟第1輪開課，實施線上線下混合教學。實驗在線實訓項目依托廣東省考試中心開發的5Y學習平臺。整門課程采用融合“問題、漸進、拓展、開放”策略的實驗教學模式，實驗教學總體設計如表1 所示。

2 促進深度學習的實驗項目設計策略

2.1 問題策略

問題策略源于基于問題的學習理論。基于問題的學習強調以問題解決為中心，整合多種學習途徑，強調通過學生交流合作，在外部支持與引導下探索問題解決的方法[3]。以問題解決為驅動的實驗項目，旨在培養學生主動探究、獨立思考的能力及計算思維。本課程在實驗項目設計中采用問題導入，以表格形式設置需要解決和分析的問題，引導學生在尋求問題解答的過程中開展自主探究和小組協作，激發學生對學習內容及過程進行反思，提出新的問題。

下表所設計的問題表格是“HTML標記的用法”個人實驗項目，要求學生獨立填寫表格內容，如表2所示。

根據布魯姆的認知目標分類，問題解決指向高水平學習目標，有助于促進學生的深度學習。在設計小組實驗項目的問題表格時，需合理排序問題的難度和層次，引導學習者由淺入深探究問題解決路徑，提升高水平思維。表3為一個小組實驗項目的問題表格。

2.2" 漸進式策略

漸進式項目設計是一種基于項目的學習方法，旨在將一個綜合項目分解為若干子項目。應用漸進式策略的實驗項目設計，首先將綜合項目分解為子項目，學生依據子項目的實驗目標和要求，分別完成每一個子項目的實驗任務，然后將這些子項目整合成一個完整的項目[4]。漸進式實驗項目，有利于培養學生應用和創新能力，促進學生對知識的深入理解及融會貫通。

本課程的網頁制作模塊，最終目標是制作一個完整的網站首頁。根據循序漸進原則，在綜合實驗前先依次設置了6次前續實驗：HTML標記的用法，使用CSS設置文本樣式，應用CSS設置圖像與背景，盒子的浮動與定位，用CSS設置超鏈接與導航菜單和JavaScript特效應用。這些實驗項目之間既存在難度遞增的關系，也存在內在邏輯關聯。例如“盒子浮動與定位”實驗中設計了一個簡化版的頁面布局，如下圖（圖1所示） 。學生運用float屬性控制盒子的左右浮動，可以輕松實現預期布局效果。但實際上大部分學生對盒子浮動原理沒有理解透徹，為了鞏固和加深對概念的理解，在下一份實驗“用CSS設置超鏈接與導航菜單”中，設置一個讓學生根據效果圖制作導航條和網頁布局的實驗項目（如圖2所示） 。盡管此實驗項目的難度明顯提升，但如果學生仔細研究前一次實驗，不難發現兩個實驗項目實際上“異曲同工”，甚至盒子的命名都是一樣，前者不過是后者的抽象表示。學生只需要運用盒子的浮動屬性，結合導航欄制作的新知識，實驗問題就可以迎刃而解。

2.3 拓展策略

在教學過程中，拓展和優化學習內容、形式和方法，有助于學習者深入探究學科知識和掌握操作技能。教師在應用拓展策略進行實驗項目設計時，應遵循適度原則。適度拓展，是對教學內容的二次開發，促進學生拓寬知識面，提升應用網絡資源解決問題的實際應用能力[5]。本課程在依托5Y學習平臺開展實訓項目訓練的基礎上，應用拓展策略提升實驗教學效果。

5Y學習平臺是面向廣東省內高校開放的集“教、學、管、考”于一體的自動測評網絡學習平臺。平臺的實訓題目在一定程度上存在知識碎片化問題，通過二次開發可以更適合本校教學特點。例如，平臺中一個關于Word多級項目列表的題目，要求對素材文檔設置一級編號和二級編號。對于這種基礎操作題的學習，屬于淺層化學習，學生刷題后很容易忘記。不妨將題目改造一下，融入實際生活情境。通過任務情境引導學生開展深度學習，使學生能夠融入與現實世界相關的真實問題的解決中來[6]。例如，拓展后題目可以設置為：假定你是廣州大學2020級畢業生，請使用Word文字處理軟件，根據學校對畢業論文的排版要求，完成畢業論文的目錄制作和排版。

拓展策略同樣可以應用到Excel函數應用、數據管理與分析等的知識點，通過將平臺中的基礎實操題與生活應用結合，幫助學生舉一反三，學會利用Excel制作成績單、日程表、商品銷售清單，學會運用Excel進行記賬、收支和預算等財務管理。

2.4 開放式策略

開放式實驗項目的設計旨在培養學生的獨立思考和自主創新能力。以 “網站首頁綜合設計”實驗項目為例，除了對網頁制作主題作了三選一的限定，學生可以自主設計實驗方案，進行實驗操作和分析，最終完成網站首頁設計并提交 “網站首頁設計說明文檔”。文檔中要求填寫主題、創作思路（附網站結構圖） 、作品亮點、技術難點和解決方案。

與傳統實驗教學相比，開放式實驗項目更注重學生的自主性和創造性，促進創新思維和問題解決能力的提升。

3 融合“問題、漸進、拓展、開放”策略的實驗教學實踐

計算機與信息技術基礎課程線上課堂設置為16學時，線下實驗教學為32學時。課程采用“課前線上預習、課中線下實驗、課后線上互動”的混合教學模式，如圖3所示。課前，學生根據教師在雨課堂和優課平臺發布的預習通知，學習慕課中指定教學視頻，完成線上自測題，為線下課做好準備。課中環節，教師首先講評前次實驗中存在的突出問題，然后在講解新知識點的基礎上，發布新的實驗項目。為了使得學生對實驗任務有一個總體認識，一般先展示實驗最終效果，再強調實驗過程中注意問題，并引導學生將理論知識與實際操作充分結合，深入理解操作技能。課后，師生通過企業微信、QQ課程群和優課平臺中的討論區，進行互動交流。

實驗項目設計中應用的問題策略、漸進式策略、拓展策略和開放式策略，互為補充，相互融合。一份實驗項目中，通常包括應用多種策略的不同子項目。而不同的實驗項目之間，內部存在邏輯關系，難度上逐級遞增。學生在開展實驗任務操作過程中，由“問題”驅動，引發高階思維和探究動力，運用所學知識和技能形成問題解決方案，進而產生思考，提出新的問題。教師應重視這些問題的提出，篩選出有共性的典型問題或有價值問題，進行解答，給予學生鼓勵和相應的支持反饋。漸進和拓展策略的實驗項目，可以激發學生開展有意義學習，通過任務情境產生深度學習，構建新的知識網絡并實現知識遷移。

4 結束語

面向深度學習的計算機公共課程實驗教學旨在提高學生的計算機核心素養，培養高階思維和能力，促進全面發展。本研究基于深度學習理論，應用問題、漸進、拓展和開放策略進行實驗項目設計，以深度理解為目標，以真實、有意義的問題為引領，以協作探究任務為驅動，通過計算機基礎知識、原理和技能尋求解決實際問題的方案[7]，構建了促進深度學習的計算機公共課混合教學模式。多個學期的教學實踐表明，明確的實驗教學目標、良好的教學設計以及合理的實驗項目設計有助于實施高質量的實驗教學。在后續教學研究中，項目組將繼續借助人工智能輔助教學，充分發揮數字化賦能在大學計算機基礎課程中的作用，大力推進混合學習環境下的深度學習。

參考文獻：

[1] 桂小林，何欽銘.AI賦能的大學計算機通識教育的體系化改革探索[J].中國大學教學，2024（4）：4-11，2.

[2] 陳明，鄭瑩.混合學習環境下促進深度學習的教學設計研究[J].軟件導刊，2022，21（9）：200-205.

[3] 穆肅，王孝金，莊慧娟，等.在線深度學習：活動設計與實施[M].廣州：廣東教育出版社，2021.

[4] 曹聰琦，夏勇，張艷寧.融合專業思政與漸進式項目設計的智能視頻理解課程：提升計算機研究生培養質量的實證研究[J]. 2023年中國計算機研究生教育大會論文集，2023（7）：131

[5] 穆肅，王孝金，莊慧娟，等.在線深度學習：活動設計與實施[M].廣州：廣東教育出版社，2021.

[6] 嚴衛，錢振江，周立凡.基于深度學習的大學計算機技術實驗教學改革與實踐[J].計算機教育，2020（1）：104-107.

[7] 陳明選，李博文，李西彩.智慧課堂環境下促進深度理解的項目化學習設計與實施[J].杭州師范大學學報（社會科學版），2023，45（2）：59-68.

【通聯編輯：王 力】