趙宏 郭蘊(yùn)

摘 要：在計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷與各專業(yè)融合，特別是隨著“四新”建設(shè)對計(jì)算機(jī)技術(shù)需求的日益增強(qiáng)，提高面向全校學(xué)生開設(shè)的大學(xué)計(jì)算機(jī)通識課程的教學(xué)質(zhì)量和育人效果十分必要。本文首先討論了大學(xué)計(jì)算機(jī)通識教育的根本目標(biāo)，提出了面向大學(xué)生計(jì)算機(jī)通識素養(yǎng)培育的3A5S（3 Abilities and 5 Skills）模型，探索實(shí)現(xiàn)了3A5S教學(xué)實(shí)踐模式。多年的課程教學(xué)實(shí)踐表明，本文提出的3A5S教學(xué)實(shí)踐模式有效，體現(xiàn)了大學(xué)計(jì)算機(jī)通識課程的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。3A5S模式是一種“能力目標(biāo)”而非“知識目標(biāo)”導(dǎo)向的整體化計(jì)算機(jī)通識課程育人的新模式。

關(guān)鍵詞：大學(xué)計(jì)算機(jī);3A5S模式;兩性一度;挑戰(zhàn)項(xiàng)目性學(xué)習(xí)（CPBL）;能力培養(yǎng)

在計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷融入各專業(yè)的今天，特別是隨著“四新”建設(shè)對計(jì)算機(jī)技術(shù)的需求日益提高，在高校加強(qiáng)計(jì)算機(jī)通識必修課建設(shè)，提高計(jì)算機(jī)通識課程的教學(xué)質(zhì)量和育人效果十分必要。然而對于大學(xué)計(jì)算機(jī)通識課程來講，在我國大學(xué)普遍存在的減少計(jì)算機(jī)通識教育的學(xué)分、有的高校甚至取消計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課的現(xiàn)象表明，我國高校的計(jì)算機(jī)通識教育還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到令各專業(yè)滿意的教學(xué)效果。大學(xué)計(jì)算機(jī)通識課程正面臨著教師不愿意教、學(xué)生不愿意學(xué)、專業(yè)學(xué)院不滿意的多重危機(jī)。

因此，如何解決各專業(yè)對計(jì)算機(jī)技術(shù)的緊迫需求與目前我國大學(xué)計(jì)算機(jī)通識教育還無法滿足這一需求的矛盾，以及大學(xué)新生由于高中時期長期處于被動的學(xué)習(xí)狀態(tài)難于直接進(jìn)入與其截然相反的自主學(xué)習(xí)狀態(tài)的問題，是如今亟待解決的課題。本文針對大學(xué)計(jì)算機(jī)通識課程曾一度徘徊于方法論與工具論之間屬性界定的問題[1]，提出了創(chuàng)新性的認(rèn)識——大學(xué)計(jì)算機(jī)通識課程既不是教會學(xué)生抽象的方法，也不是教會學(xué)生具體工具的使用，而是對學(xué)生具有計(jì)算思維能力和用計(jì)算機(jī)求解問題的能力的培養(yǎng)。基于對大學(xué)計(jì)算機(jī)工具性和方法論屬性的新認(rèn)識，我們首先深入探討了大學(xué)計(jì)算機(jī)通識課程的育人目標(biāo)，進(jìn)而提出了3A5S的模型，然后給出了可落地實(shí)施的實(shí)現(xiàn)3A5S模型的教學(xué)實(shí)踐模式，最后分析總結(jié)了3A5S模型在南開大學(xué)多年實(shí)踐的有效性。

一、大學(xué)計(jì)算機(jī)通識課程的3A5S模型

大學(xué)計(jì)算機(jī)通識課程的目標(biāo)不是培養(yǎng)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才，而是使非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生具有主動使用計(jì)算機(jī)獨(dú)立或合作解決專業(yè)或生活中的問題的意識和能力。非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生對計(jì)算機(jī)課程學(xué)習(xí)的本質(zhì)需求就是能用計(jì)算機(jī)輔助解決專業(yè)和生活中的問題，能用計(jì)算機(jī)為專業(yè)學(xué)習(xí)和研究服務(wù)。因此，經(jīng)過深入研究我們認(rèn)為，對非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的計(jì)算機(jī)課程學(xué)習(xí)，可以歸納為如下三個能力的培養(yǎng)。

1.計(jì)算思維能力

以計(jì)算機(jī)學(xué)科為代表的計(jì)算思維與以數(shù)學(xué)為代表的邏輯思維和以物理、化學(xué)為代表的實(shí)證思維一樣，已經(jīng)是當(dāng)代大學(xué)生應(yīng)該具備的三大思維。大學(xué)計(jì)算機(jī)通識必修課程需要培養(yǎng)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生基本的計(jì)算思維能力，建立主動用計(jì)算機(jī)解決問題的意識，這樣才能夠與計(jì)算機(jī)專業(yè)人員對話，共同尋求用計(jì)算機(jī)輔助求解專業(yè)和生活中的問題的方法。我們把這種能力稱為“能想”。

2.獨(dú)立應(yīng)用基本工具或編程語言解決問題的能力

當(dāng)代人的學(xué)習(xí)和生活已經(jīng)無法離開計(jì)算機(jī)，具備基本的使用計(jì)算機(jī)軟件工具或者通過簡單的編程去解決問題的能力是當(dāng)代大學(xué)生必須具備的基本能力。例如，能夠使用工具進(jìn)行基本的辦公文檔處理，或使用SPSS，MATLAB，Python，R，C++等進(jìn)行基本的數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘等。我們把這種能力稱為“能用”。

3.用計(jì)算機(jī)創(chuàng)新性求解問題的綜合能力

學(xué)習(xí)的最終目標(biāo)就是要解決問題。非計(jì)算機(jī)專業(yè)大學(xué)生應(yīng)該具備利用已有的計(jì)算機(jī)知識，與計(jì)算機(jī)專業(yè)人員合作解決較為復(fù)雜問題的綜合科研能力。我們把這種能力稱為“能創(chuàng)新性解決問題”。

由Spady首先提出的OBE（Outcome Based Education）理念是指教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施的目標(biāo)是學(xué)生通過教育過程最后所取得的學(xué)習(xí)成果，強(qiáng)調(diào)“以學(xué)生為中心”[2]。教育教學(xué)模式的發(fā)展過程中產(chǎn)生了多種理念和方法，其中OBE理念和方法被公認(rèn)為是追求卓越教育的有效方法之一。在美國、英國、加拿大等國家，OBE成為教育改革的主流理念。

基于以上對大學(xué)計(jì)算機(jī)通識課程三方面育人目標(biāo)的認(rèn)識和OBE理念，我們提出了實(shí)現(xiàn)學(xué)生從“擁有知識”到“具備能力”的學(xué)習(xí)目標(biāo)轉(zhuǎn)變的理論模型——3A5S模型，如圖1所示。

在3A5S模型中，我們將大學(xué)計(jì)算機(jī)通識課程的育人目標(biāo)歸結(jié)為三個與計(jì)算機(jī)相關(guān)能力的培養(yǎng)，即“能想”“能用”和“能創(chuàng)新性解決問題”，簡稱“三能”，即3A（3 Abilities）。另外，針對我國學(xué)生在“能創(chuàng)新性解決問題”能力方面的缺陷，在育人目標(biāo)中還要對他們進(jìn)行解決復(fù)雜問題的綜合科研能力訓(xùn)練，具備“一會發(fā)現(xiàn)問題，二會團(tuán)隊(duì)合作，三會求解問題，四會寫科研論文，五會成果展示”的能力，簡稱“五會”，即5S（5 Skills）。

二、能落地的3A5S教學(xué)實(shí)踐模式

為了提高我國高校的育人質(zhì)量，2018年我國高校開始大力推進(jìn)“金課”建設(shè)。教育部高教司吳巖司長將“金課”的特征歸納為“高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度”，即“兩性一度”[3]。課程的高階性就是要促進(jìn)學(xué)生的高階學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維認(rèn)知能力，高階學(xué)習(xí)對應(yīng)布魯姆（布魯姆的學(xué)生安德森修改后）認(rèn)知目標(biāo)（分為六個層級：記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價和創(chuàng)造）中的分析、評價和創(chuàng)造[4]。金課的創(chuàng)新性也應(yīng)該體現(xiàn)兩個方面的內(nèi)涵：一是問題導(dǎo)向，金課的創(chuàng)新必須明確要解決的問題;二是瞄準(zhǔn)要素，圍繞構(gòu)成課程的諸要素開展創(chuàng)新，并取得可驗(yàn)證的實(shí)效[4]。提高課程挑戰(zhàn)度的關(guān)鍵就是促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。這里的深度學(xué)習(xí)不是人工智能領(lǐng)域的深度學(xué)習(xí)，而是指通過基于元認(rèn)知策略的學(xué)習(xí)活動，強(qiáng)調(diào)整合知識、積極主動、合作探究，對知識進(jìn)行結(jié)構(gòu)化和深度加工，目標(biāo)是發(fā)展高階思維和問題解決能力，是培養(yǎng)學(xué)習(xí)者核心素養(yǎng)、促進(jìn)全面發(fā)展的積極的、有意義的學(xué)習(xí)[4]。

根據(jù)現(xiàn)代構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論的基本觀念，學(xué)生是學(xué)習(xí)知識的主體，教師是學(xué)生學(xué)習(xí)的輔助者，教師要在學(xué)生已有的知識、經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上給予輔助、引導(dǎo)，讓其構(gòu)建意義[5]?！把芯啃詫W(xué)習(xí)”（Problem-Based Learning/ Project -Based Learning，簡稱PBL）是指學(xué)生通過研究性的方式提出理解和解決問題，并在此過程中形成學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)造能力與相關(guān)專業(yè)精神的活動[6]。PBL是被廣泛應(yīng)用的基于構(gòu)建主義理論的教學(xué)模式。清華大學(xué)在2008年提出了開展“挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)”（Challenge Based Learning，簡稱CBL）課程教學(xué)。該類課程力圖通過有趣有價值的挑戰(zhàn)性問題吸引學(xué)生，激發(fā)學(xué)生的好奇心和想象力，通過高強(qiáng)度師生互動、生生互動，使學(xué)生快速獲取新知識并綜合運(yùn)用相關(guān)知識，培養(yǎng)學(xué)生溝通、合作和創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生敢于善于挑戰(zhàn)自我、主動學(xué)習(xí)，使學(xué)生在完成挑戰(zhàn)性任務(wù)的過程中獲得成就感，進(jìn)而增強(qiáng)作為拔尖學(xué)生的勇氣、信心和能力[7]。

圖1所示的“3A5S模型”是一個概念模型，為了使該模型能夠落地于日常的教學(xué)，還需要構(gòu)建3A5S教學(xué)實(shí)踐模式。基于構(gòu)建主義理論，我們將研究性學(xué)習(xí)PBL和挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)CBL進(jìn)行融合，在實(shí)現(xiàn)3A5S模型中“能創(chuàng)新性解決問題”的能力目標(biāo)時，采用挑戰(zhàn)項(xiàng)目性學(xué)習(xí)（Challenging Project-Based Learning，簡稱CPBL）模式。CPBL的核心首先是挑戰(zhàn)性問題不是老師給出的，而是學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)并與導(dǎo)師討論得到的;其次，學(xué)生們按照PBL的模式，通過團(tuán)隊(duì)合作，按照科學(xué)研究的方法，探究并求解問題。在CPBL模式中，不但突出培養(yǎng)學(xué)生會通過現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)本質(zhì)問題的能力，還通過學(xué)生們的團(tuán)隊(duì)合作式自主探究，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下“蹦一蹦”就能夠解決所發(fā)現(xiàn)的問題。

近年來，線上線下混合式教學(xué)越來越多地被我國高校采用。翻轉(zhuǎn)課堂就是線上線下混合式教學(xué)的有效策略和方式，它顛覆了傳統(tǒng)課堂教學(xué)中老師講學(xué)生聽的模式，是以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)和教學(xué)方式的革命[3]。

綜合了上述的教學(xué)理論、學(xué)習(xí)方式和教學(xué)方法，以及我們自己提出的CPBL模式，經(jīng)過多年探索，形成了一種3A5S模型落地的教學(xué)實(shí)踐模式。該模式給出了通過什么樣的“路徑”“教學(xué)方式”和“評價方法”去實(shí)現(xiàn)3A5S模型中各項(xiàng)“能力目標(biāo)”，是一種完全“以學(xué)生為中心”，圍繞實(shí)現(xiàn)“兩性一度”的高階學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的創(chuàng)新教學(xué)模式。3A5S教學(xué)實(shí)踐模式見表1所列。

三、基于3A5S模式的大學(xué)計(jì)算機(jī)通識課程的教學(xué)實(shí)踐

自2015年秋季學(xué)期起，我們在南開大學(xué)采用3A5S模式，開始了面向全校非計(jì)算機(jī)專業(yè)大學(xué)生的大學(xué)計(jì)算機(jī)通識課程教學(xué)改革實(shí)踐。全校的計(jì)算機(jī)公共必修課包括“計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（理）”“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”等。

1.具體方法

關(guān)于“能想”，我們?yōu)槊恳婚T課程都建設(shè)了MOOC/SPOC課程，采用線上線下混合式教學(xué)。關(guān)于“能用”，我們發(fā)掘了幾十個計(jì)算機(jī)與專業(yè)緊密結(jié)合的應(yīng)用案例[8-9]。學(xué)生需要完成老師根據(jù)學(xué)生專業(yè)特點(diǎn)選擇的部分案例以及根據(jù)個人興趣選擇的部分案例，最后由老師或助教進(jìn)行面對面檢查。關(guān)于“能創(chuàng)新性解決問題”，我們采用的是在教師或助教指導(dǎo)下的CPBL學(xué)習(xí)方式，最終通過提交研究成果、科技論文并進(jìn)行成果展示完成的。

我們針對教學(xué)中的每一個知識點(diǎn)和能力目標(biāo)進(jìn)行基于BOPPPS的教學(xué)設(shè)計(jì)[10]，圖2所示的教學(xué)流程包括問題導(dǎo)入（Bridge-in）、學(xué)習(xí)目標(biāo)（Objective/Outcome）、前測（Pre-assessment）、參與式學(xué)習(xí)（Participatory Learning）、后測（Post-assessment）和總結(jié)（Summary）六個教學(xué)環(huán)節(jié)。在具體實(shí)施上，主要包括如下環(huán)節(jié)：① 課前利用SPOC進(jìn)行在線學(xué)習(xí);② 課上進(jìn)行在線自主學(xué)習(xí)效果測試、教師重點(diǎn)難點(diǎn)講解、學(xué)生基于問題的翻轉(zhuǎn)課堂;③ 學(xué)生在實(shí)踐課上進(jìn)行上機(jī)實(shí)踐（包括程序設(shè)計(jì)練習(xí)、案例練習(xí)）;④ 課后完成章節(jié)測試、小組問題求解等內(nèi)容;⑤ 教師對課程內(nèi)容、案例復(fù)現(xiàn)和項(xiàng)目求解情況進(jìn)行總結(jié)和評價。

2.教學(xué)成效

（1）目標(biāo)達(dá)成度的分析

課程采用了多維度形成性考核方法來評價目標(biāo)達(dá)成情況。表2是各過程評價及其與表1相對應(yīng)的育人目標(biāo)。

我們對課程育人目標(biāo)的達(dá)成度定義如下：

其中：

Oi為目標(biāo)i的達(dá)成度，i=1，2，3;

ωij為目標(biāo)i第j個評價環(huán)節(jié)的權(quán)重，其值經(jīng)過專家和全體教師打分得出;

SASij為全體學(xué)生在目標(biāo)i第j個評價環(huán)節(jié)的平均分;

TSij為目標(biāo)i第j個評價環(huán)節(jié)的總分。

使用上述公式計(jì)算每學(xué)期學(xué)生課程目標(biāo)達(dá)成度，計(jì)算結(jié)果均在83%～85%之間，這說明課程較好地實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的育人目標(biāo)。

（2）問卷調(diào)查

為了進(jìn)一步了解學(xué)生對課程目標(biāo)達(dá)成情況的直觀感受，我們對課程育人效果進(jìn)行了問卷調(diào)查。問卷采用常用的李克特5點(diǎn)自評形式，受訪者可從1分（代表“完全不同意”）到5分（代表“完全同意”）進(jìn)行計(jì)分作答，其中也包含一道反向計(jì)分題目。數(shù)據(jù)處理采用SPSS23.0。

首先對2019年秋季選修了“計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（理）”的兩個班級的233名學(xué)生發(fā)放問卷進(jìn)行了初測，得到克隆巴赫系數(shù)α=0.747（>0.7），說明初測問卷具有較好的信度。取樣適當(dāng)性KMO=0.718（>0.5），且Bartletts球形檢驗(yàn)顯著性p=0.000（<0.05），說明初測問卷具有合理的結(jié)構(gòu)效度。經(jīng)過初測后，通過問卷星向2019年秋季選修了“計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（理）”課程的1440名大一新生進(jìn)行了問卷調(diào)查，問卷題目與初測問卷完全一致，采用完全匿名、自愿參加的方式，最終收回有效問卷753份，問卷數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)結(jié)果見表3。正式發(fā)放的問卷數(shù)據(jù)克隆巴赫系數(shù)α=0.769（>0.7），說明問卷具有較好的信度。取樣適當(dāng)性KMO=0.751（>0.5），且Bartletts球形檢驗(yàn)顯著性p=0.000（<0.05），說明問卷具有合理的結(jié)構(gòu)效度。

① 關(guān)于3A的目標(biāo)達(dá)成情況

問卷題目：通過課程的學(xué)習(xí)，和高中相比，確實(shí)使我在“能想”“能用”和“能創(chuàng)新性解決問題”等能力方面有明顯提高。

問卷結(jié)果：57.3%的學(xué)生認(rèn)為在3A方面有明顯提高，35.7%的學(xué)生認(rèn)為在3A方面有所提高，只有6.2%的學(xué)生認(rèn)為在3A方面沒有明顯提高。因此，約有93.8%的學(xué)生有不同程度的提高。

② 關(guān)于5S的目標(biāo)達(dá)成情況

問卷題目：通過課程采用的研究性學(xué)習(xí)方法，使我基本了解了科學(xué)研究的基本過程和方法，對我未來解決學(xué)業(yè)和生活中的問題會有很大幫助。

問卷結(jié)果：58.3%的學(xué)生認(rèn)為在“五會”方面有明顯提高，35.1%的學(xué)生認(rèn)為在“五會”方面有所提高，只有6.7%的學(xué)生認(rèn)為在“五會”方面沒有明顯提高。因此，約有93.3%的學(xué)生有不同程度的提高。

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[本文得到了天津市普通高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革研究計(jì)劃項(xiàng)目（B201005507）以及教育部2020年產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目（202002021004、202002030008）的支持]

[責(zé)任編輯：余大品]