黃旭 林加論

摘 ?要： 根據(jù)教育部制定的培養(yǎng)學生計算思維能力教學要求，結(jié)合課程現(xiàn)狀分析，提出基于不同教學平臺、線上/線下混合教學的改革策略，并從虛擬實驗、移動教學、自主學習等方面進行了大學計算機基礎(chǔ)課程教學實踐。通過實施效果分析，證明采用多種方式混合的教學模式，可以提高課程教學效率、激發(fā)學生學習興趣和主動性，同時達到培養(yǎng)學生自主學習能力及計算思維意識的教學目標。

關(guān)鍵詞： 計算機基礎(chǔ)教學; 計算思維; 混合教學模式; 虛擬實驗; 移動教學; 自主學習

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1006-8228（2020）06-95-04

Abstract： According to the teaching requirements of cultivating students' computational thinking ability formulated by the Ministry of Education， combined with the analysis of the current situation of the course， this paper puts forward the reform strategies based on different teaching platforms and online/offline blended teaching， and carries out the teaching practice of computer basic course from the aspects of virtual experiment， mobile teaching， autonomous learning， etc. Through the implementation effect analysis， it is proved that the blended teaching mode can improve the teaching efficiency， stimulate students' interest and initiative in learning， and achieve the teaching goal of cultivating students' autonomous learning ability and computational thinking consciousness.

Key words： basic computer teaching; computational thinking; blended teaching mode; virtual experiment; mobile teaching; autonomous learning

0 引言

計算機基礎(chǔ)教學在我國高等教育中已有30多年歷史，已經(jīng)歷過兩次重要的改革。如今的第三次教學改革始于2010年，九校聯(lián)盟提出計算機基礎(chǔ)教學的核心任務是計算思維能力的培養(yǎng)，國內(nèi)一些知名教授也開始通過各種形式探索計算思維概念的落地問題[1-3]，為大學計算機教育發(fā)展起到了重要的推動作用。

2016年，教育部高教司編制了《大學計算機基礎(chǔ)課程教學基本要求》，提出“寬、專、融”三個層次的計算機基礎(chǔ)課程體系，同時明確計算思維能力的培養(yǎng)將成為今后大學計算機基礎(chǔ)教學的新常態(tài)[4]。

為了適應不斷變化的形勢，我校計算機基礎(chǔ)課程也相應進行了多次教學改革，從最早的“計算機文化基礎(chǔ)”到“計算機基礎(chǔ)與應用”，再到目前的“大學計算機基礎(chǔ)”，教學目標由原來的掌握工具軟件操作調(diào)整為培養(yǎng)計算思維能力。

1 課程現(xiàn)狀分析

大學計算機基礎(chǔ)是我校面向所有專業(yè)開設的一門通識教育課程，近年來，在課程教學條件方面，一直存在機房使用緊張、教師教學任務繁重等突出問題。在學生層面，通過課前問卷調(diào)查，分析匯總?cè)缦隆?/p>

⑴ 學生課前計算機水平參差不齊。雖然國內(nèi)中小學校已普遍開設了信息技術(shù)課程，但依然存在2%“零起點”的學生，其余有69%的學生能進行網(wǎng)頁瀏覽、聊天等簡單應用，而29%的學生已掌握Office基本操作技能。

⑵ 學生自主學習意識一般。學生的學習依賴性較大，有將近一半的學生偏向于中小階段傳統(tǒng)的授課方式，需要在教學中加強自主學習引導。

⑶ 學生對課程學習期望較高。幾乎所有的學生希望通過課程學習來提高自己的計算機應用水平，88% 的學生有考取計算機等級證書的打算，還有不少學生建議學校另外開設其他一些與醫(yī)學專業(yè)相關(guān)的計算機課程，學生學習計算機的熱情較高。

⑷ 學生移動設備使用情況良好。學生基本都擁有個人智能手機，且對各種網(wǎng)絡應用操作比較熟悉，這將有利于線上教學模式的開展。

2 教學改革策略

課程教學改革首先需考慮如何緩解或解決教學中存在的各種問題，整體思路為：①針對機房使用緊張、教師教學任務繁重的問題，通過理論大班授課方式來緩解，同時采用虛擬實驗方法，幫助學生適時消化理論知識;②針對學生水平參差不齊的問題，通過增加學生課外自主學習來彌補，同時為學生配套提供適合的數(shù)字化學習環(huán)境及相應的學習引導;③針對計算思維培養(yǎng)的問題，得從“基于計算機求解問題”的主線重新梳理教學內(nèi)容，將計算思維的理念滲透其中，以期學生在課程內(nèi)容的學習過程中逐步建立起計算思維意識;④充分結(jié)合學生移動設備及網(wǎng)絡使用情況良好等有利條件，通過現(xiàn)代教育技術(shù)，采用多種方式混合的教學模式，來提高課程教學效率及教學質(zhì)量。

根據(jù)教學改革整體思路，將課程教學設置為自主學習、理論教學和實驗教學三大板塊，分別安排在課前、課中和課后三個時間段來實施，同時明確過程中教師和學生的角色任務。此外，將網(wǎng)絡課程與傳統(tǒng)課堂做整合設計，基于不同教學平臺、通過線上/線下的方式開展教學，混合教學模式實施流程如圖1所示。

3 混合模式教學實踐

根據(jù)教學改革策略，采用不同教學方式，開展以計算思維培養(yǎng)為導向的混合教學模式實踐。

3.1 以虛擬實驗方法輔助教與學

虛擬實驗方法[5-6]具有抽象問題具體化、復雜問題直觀化的特點，運用虛擬實驗方法對理論內(nèi)容中涉及到的基本原理、重要概念等進行形象表達及深刻詮釋，可以幫助學生更好、更快地理解并掌握理論知識點。本課程自2017年開始實施由北京理工大學提出的“理論+概念+方法”教學方案，方案包括一套面向計算思維培養(yǎng)的教材和一款配套了29個虛擬實驗、可實現(xiàn)無紙化實驗管理的虛擬實驗教學平臺。結(jié)合醫(yī)學院校特色和課程教學要求，理論環(huán)節(jié)只選取涉及重點難點內(nèi)容的虛擬實驗用于輔助教學;而實踐環(huán)節(jié)則融入更多的虛擬實驗，用于輔助學生加深概念理解及應用延展。在理論教學中加入虛擬實驗演示，課堂講授效果顯著提升，特別是在介紹計算機中數(shù)據(jù)的表示與編碼、圖靈機模型、計算機的工作原理等難點內(nèi)容時，通過虛擬實驗演示，將抽象的概念變成具體的畫面、將文字描述變成可視化的動態(tài)過程，極大激發(fā)了學生的學習興趣，繼而更加主動參于到學習中來，然后在接下來的實踐環(huán)節(jié)中，通過自己動手操作驗證，進一步加深概念的理解，最終達到教與學的雙重目標。

以“一條指令的執(zhí)行過程”虛擬實驗為例（界面如圖2所示），實驗形象設計了RAM（存儲器）、CPU（中央處理單元）及地址、控制、數(shù)據(jù)三種邏輯總線，通過取指令、指令譯碼、取數(shù)據(jù)及加法計算幾個過程，虛擬展示三種信息（地址、控制、數(shù)據(jù)）在各主要部件間的流動及變化過程。通過“一條指令的執(zhí)行過程”虛擬實驗的操作演示，再加上一些簡要的語言描述，學生就能以最直觀的方式觀察計算機中幾大主要部件協(xié)調(diào)工作的過程，加深對指令、微指令以及指令系統(tǒng)的理解，了解指令執(zhí)行的三個重要階段：取指令、分析指令、執(zhí)行指令，從而進一步認識計算機的工作原理。

3.2 以移動教學方式提高授課效率

傳統(tǒng)大班授課的難點主要在于：①師生難于得于充分互動;②教師難于實時獲知學生掌握情況。如果可以結(jié)合學生智能手機普及度高、網(wǎng)絡使用方便等有利條件，選用合適的教學軟件，將移動教學方法融入到傳統(tǒng)教學中，就可以有效解決這一難題。

目前應用較多的移動教學軟件有藍墨云班課、課堂派、雨課堂等等，每款軟件都各具特色，適用于不同的教學場景。其中雨課堂是由MOOC平臺“學堂在線”與清華大學在線教育辦公室共同研發(fā)的一款線上混合式教學工具，它將復雜的信息技術(shù)融入到教師最熟悉的PPT和微信中，具有簡單易操作、課堂互動強、反饋實時等特點，非常適合在課堂中實施[7]。下面以雨課堂應用為例，說明移動教學方法的實施過程。

⑴ 課前階段。教師通過PPT準備教學材料（如果計劃在課堂中進行實時測試，需要通過雨課堂插件在PPT中插入題目，如圖3所示）;向?qū)W生推送預習材料。

⑵ 課中階段。教師通過微信連接雨課堂并開啟授課，接下來選擇虛擬班級（如果是第一次授課，需要創(chuàng)建虛擬班級）、開放二維碼，等待學生掃描加入課程學習。授課過程中教師可以開啟彈幕功能，鼓勵學生表達自己的觀點，增加師生互動;可以推送課堂測試，實時檢測學生對所講知識點的掌握情況并及時答疑;可以利用投屏功能，將答題結(jié)果及統(tǒng)計詳情顯示出來，活躍課堂氣氛;還可以利用隨機點名、課堂紅包等功能，吸引學生注意力，提高學生學習積極性。

⑶ 課后階段。教師向?qū)W生推送課后作業(yè)或?qū)W習資源;查看學生課堂、課外的學習情況和各項統(tǒng)計數(shù)據(jù)，有針對性的準備下次課的教學內(nèi)容。

實踐證明，雨課堂除了可以實現(xiàn)課堂上教師和學生的實時互動外，還會自動采集課前、課中、課后三個教學階段中學生所有的學習行為數(shù)據(jù)，幫助教師快速了解學生的學習效果、及時調(diào)整授課進度與側(cè)重點，極大提高了教師授課的效率。

3.3 以課外自主學習鞏固教學效果

自主學習的設置，一方面可以幫助學習進度較慢的學生及時消化有限課堂時間中沒有理解的知識點或沒有掌握的操作技能;另一方面可以幫助基礎(chǔ)較好的學生學習更多課堂外的相關(guān)知識。自主學習一般安排在課前或課后兩個階段進行，學生課前主要任務是依據(jù)教師給定的學習目標及學習要求，觀看相應教學視頻，或者根據(jù)個人需求制定個性化的學習計劃，自己查找視頻、瀏覽相關(guān)課程資源;課后的主要任務是完成教師布置的測試題，及時鞏固所學理論知識，同時根據(jù)個人操作掌握情況安排上機操作練習。教師的主要任務則是提供必要的學習資源及學習引導，并解答學生的疑問。

大學計算機基礎(chǔ)課程的網(wǎng)絡學習資源較為豐富，因此，學生自主學習安排在線上進行，其數(shù)字化學習環(huán)境主要由Blackboard網(wǎng)絡課程、智慧樹教學網(wǎng)站、E-learning教學系統(tǒng)等在線教學平臺搭建而成，其中：Blackboard網(wǎng)絡課程將作為主要的基礎(chǔ)平臺，起到連結(jié)各類課程教學資源的紐帶作用，并將全程記錄學生課前及課后的學習完成情況，便于教師實時獲知學生學習動向;智慧樹教學網(wǎng)站提供了更為詳細的課程教學視頻，學生可根據(jù)個人學習需求制定個性化的學習計劃，隨時、隨地靈活學習;E-learning教學系統(tǒng)是相關(guān)教材配套的教學軟件，其提供的大量的實驗題目及操作視頻，可用于提高學生的Office操作技能。

3.4 實施效果總結(jié)

以計算思維培養(yǎng)為導向的計算機基礎(chǔ)課程教學改革在我校已連續(xù)實施3年，通過日常教學檢查、與老師/學生的訪談交流、課程考核成績等方面，實施效果總結(jié)如下：

⑴ 教學壓力得到緩解。采用理論大班授課的教學方式，相較比小機房授課的教學方式，可以縮減70% 左右的理論學時，在一定程度上緩解了因機房緊缺、教師教學任務繁重等突出問題帶來的教學壓力。

⑵ 學生學習主動性/積極性有所提高。在教學中引入虛擬實驗方法，通過形象、直觀的操作演示，激發(fā)了學生的學習興趣，再加上靈活的移動教學方式，讓課堂氣氛更加活躍，學生學習也更加積極主動。

⑶ 學生自主學習能力得到增強。虛擬實驗方法的實施，改變了學生以往缺乏獨立思考、任何問題都依賴老師輔導的學習狀態(tài);加上豐富的教學資源、更便利的資源獲取方式，使得學生學習更加自主。

⑷ 學生計算思維意識有所提高。從學生上交的算法設計作業(yè)中可以看到，學生給出的答案不再局限于課堂中已經(jīng)講授過的經(jīng)典算法，而是出現(xiàn)了更多、更新穎的解題思路;此外，從學校的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，每年學生參與的“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽項目多達上百個，說明已經(jīng)有越來越多的學生具備了站在計算機的角度去解決現(xiàn)實問題的計算思維意識。

⑸ 學生課程成績達到教學目標。雖然課程教學中弱化了Office操作內(nèi)容的講解，考核題量及難度也較往年有所增加，而學生的考核平均分、及格率和優(yōu)秀率等仍然有所提高，已經(jīng)達到預期的教學目標。

4 結(jié)束語

引入虛擬實驗方法，采用多種方式混合的教學模式，是我校又一次新的課程教學嘗試，從實施的效果來看，已經(jīng)達到緩解教學壓力、提高學生學習主動性，同時培養(yǎng)學生自主學習能力和計算思維意識的教學目標，接下來需要從計算機的醫(yī)學應用方面增加課程內(nèi)容的深度和廣度，在現(xiàn)有實驗的基礎(chǔ)上開展以問題為驅(qū)動的拓展學習，訓練學生的思維，提高學生利用計算機解決本專業(yè)具體問題的實踐動手能力。

參考文獻（References）：

[1] 何欽銘，陸漢權(quán)，馮博琴.計算機基礎(chǔ)教學的核心任務是計算思維能力的培養(yǎng)[J].中國大學教學，2010.9：5-9

[2] 馮博琴.對于計算思維能力培養(yǎng)“落地”問題的探討[J].中國大學教學，2012.9：6-9

[3] 李鳳霞，奚春雁，彭遠紅.計算思維廣泛落地于大學計算機基礎(chǔ)課程教學的有效途徑[J].計算機教育，2014.11：1

[4] 教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會.大學計算機基礎(chǔ)課程教學基本要求[M].高等教育出版社，2016.

[5] 趙霞，李鳳霞，蔡強等.計算機導論課程的教學改革探索[J].計算機教育，2015.17：13-16

[6] 陳宇峰，李鳳霞.大學計算機基礎(chǔ)與程序設計“兩課合一”教學探索與實踐[J].計算機教育，2019.11：24-27

[7] 李祁，楊玫，韓秋楓.基于雨課堂的智慧教學設計與應用[J].計算機工程與科學，2019.A1：139-143