徐奕奕　唐培和　秦福利　劉永娟（、廣西科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通訊工程學(xué)院，廣西 柳州 545006　、廣西科技大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)與信息中心，廣西 柳州 545006）

計(jì)算思維類課程以MOOC為中心的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐*

徐奕奕1唐培和1秦福利1劉永娟2
（1、廣西科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通訊工程學(xué)院，廣西 柳州 5450062、廣西科技大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)與信息中心，廣西 柳州 545006）

計(jì)算思維改革目前進(jìn)入了教育界普遍認(rèn)可的新常態(tài)。計(jì)算思維類課程作為大學(xué)生接觸的第一層次的計(jì)算機(jī)教育課程，在教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容上都面臨著全面革新。文章提出的具體做法是“以MOOC形式引導(dǎo)課堂教學(xué)、以翻轉(zhuǎn)課堂激勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、以作品檢驗(yàn)實(shí)踐能力”為理念，來構(gòu)建基于Mooc為中心的教學(xué)方案。經(jīng)過三年的實(shí)踐檢驗(yàn)，取得了明顯成效。這一實(shí)踐與探索對(duì)于高校進(jìn)一步深化計(jì)算思維教學(xué)具有重要的借鑒和推廣價(jià)值。

計(jì)算思維；MOOC；教學(xué)方案

一、背景

目前，計(jì)算思維為導(dǎo)向的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程在國內(nèi)外都有了較深入的研究［1］，且被認(rèn)為是和大學(xué)物理、大學(xué)數(shù)學(xué)同等地位的課程。在第四屆“計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)改革研討會(huì)”上，陳國良院士認(rèn)為“毋庸質(zhì)疑，計(jì)算思維的改革進(jìn)入了教育界普遍認(rèn)可的新常態(tài)”。然而，“計(jì)算思維”如何教仍然存在很多問題［2］。

首先，計(jì)算思維類課程是各類普通高校都需開設(shè)的基礎(chǔ)課。它的受眾相對(duì)于其他課程來說人數(shù)多，層次不同，跨域跨專業(yè)。而同時(shí)計(jì)算思維本身也期待著其教育能面向所有人、所有領(lǐng)域，使得計(jì)算思維不僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)家所需掌握的，而是一類普遍的技能和方法。

其次，文章認(rèn)為課程的改革應(yīng)該圍繞挖掘隱藏在技術(shù)與知識(shí)背后、計(jì)算機(jī)科學(xué)家思考問題的艱辛過程，深入淺出地去呈現(xiàn)經(jīng)典計(jì)算思維。而如何讓學(xué)生理解計(jì)算幫助我們解決問題的限制和能力、理解計(jì)算在延伸人的想象力、創(chuàng)造力以及理解力方面蘊(yùn)藏的巨大作用與延展空間，用傳統(tǒng)的知識(shí)提取、結(jié)果展示、老師歸納總結(jié)的方法來教學(xué)顯然有其局限。

此外，計(jì)算思維強(qiáng)調(diào)引導(dǎo)學(xué)生“清晰描述問題的表達(dá)能力；有效捕捉細(xì)節(jié)，全面思考的能力；透過表面深入本質(zhì)分析問題的能力；構(gòu)建模型，將現(xiàn)實(shí)問題抽象化的能力；綜合歸納，篩選最優(yōu)解決辦法的能力；利用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的知識(shí)與方法解決其他相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域問題的遷移能力”等等，希望學(xué)生自覺地將計(jì)算思維的思想、方法貫穿于今后的專業(yè)學(xué)習(xí)與研究過程之中。而這一目標(biāo)需要非?？茖W(xué)、完整的教學(xué)方案。

文章正是在此次背景下，基于《計(jì)算思維與計(jì)算文化》課程，引入流行的MOOC（大型開放在線課程）理念［3］，以期有效推進(jìn)計(jì)算思維教學(xué)改革更好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)、優(yōu)化教學(xué)實(shí)踐。

二、MOOC設(shè)計(jì)

文章所提“全面重構(gòu)式”教學(xué)思路，不僅僅將大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程簡單更名為《計(jì)算思維與計(jì)算文化》，而是其教學(xué)內(nèi)容完全圍繞“計(jì)算思維”能力提升進(jìn)行全面的重構(gòu)。教學(xué)設(shè)計(jì)分兩大主線展開：一是“面向計(jì)算”的問題，讓學(xué)生理解通過計(jì)算，能解決什么樣自然和社會(huì)的問題；二是“基于計(jì)算”的問題，計(jì)算思維雖然無處不在，但是只有計(jì)算學(xué)科才能最典型地體現(xiàn)計(jì)算思維。梳理計(jì)算學(xué)科，特別是計(jì)算機(jī)學(xué)科中的典型問題。理解計(jì)算問題是如何解決的。前者是圍繞自然和社會(huì)迭代進(jìn)步中，計(jì)算是如何幫助解決問題的。后者挖掘計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域計(jì)算機(jī)科學(xué)家思想火花，用深入淺出的案例來讓學(xué)生了解計(jì)算學(xué)科中的典型問題和解決方法。具體教學(xué)方案，以MOOC教學(xué)內(nèi)容為核心來展開。

（一）專題設(shè)計(jì)

經(jīng)過反復(fù)分析、提煉和與專家考證，我們重組了傳統(tǒng)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程的教學(xué)內(nèi)容，以故事化、生活化的方式切入，以典型案例的形式組織。具體內(nèi)容如圖1所示。

（二）精細(xì)化選題

可見，具體教學(xué)過程本身就以“專題”的方式來進(jìn)行。而在面對(duì)不同專業(yè)是，我們還拓展了“以專業(yè)特色為特色”的選題。旨在相比過去的傳統(tǒng)教學(xué)，以便更精細(xì)化的教學(xué)。

具體內(nèi)容是圍繞學(xué)生所在專業(yè)提出不同的選題，如專業(yè)介紹BIM（建筑信息模型）發(fā)展展望；專業(yè)會(huì)介紹大數(shù)據(jù)的基本原理和思維模式。專業(yè)會(huì)特別介紹數(shù)學(xué)思維與工程思維的互補(bǔ)與融合。在已實(shí)踐的教學(xué)中，我們提出的關(guān)聯(lián)的選題如表1所示。

圖1　MOOC專題知識(shí)點(diǎn)

表1　部分選題

這將最終促進(jìn)學(xué)生從專業(yè)角度的熱愛出發(fā)，更好地激發(fā)對(duì)計(jì)算的興趣，培養(yǎng)思維火花；反過來掌握計(jì)算思維能力，就能用自己的智慧去解決那些之前不敢嘗試的問題，就能建造那些其功能僅僅受制于我們想象力的系統(tǒng)。

（三）“Follow me”式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

經(jīng)過多年的實(shí)踐，文章認(rèn)為基于計(jì)算思維的改革不能完全擯棄在原來大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的基本技能部分。但同時(shí)，如何使得學(xué)生在最短時(shí)間最有效的獲得他所需要的知識(shí)。需要首先把技能案例化，用一個(gè)完整的、實(shí)用的案例將需要的技能串起來，并將其拍成可以step by step按步驟分離的視頻供學(xué)生隨時(shí)參考是一種簡單有效的方法。

遵循該思路，我們?cè)诰唧w實(shí)踐中推出了Word Excel PowerPoint網(wǎng)頁制作四個(gè)經(jīng)典的案例，如圖2所示。

三、基于MOOC的教學(xué)模式

綜上所述，在理解計(jì)算思維內(nèi)涵，遵循高等教育規(guī)律的基礎(chǔ)上，我們提出“以MOOC形式引導(dǎo)課堂教學(xué)、以翻轉(zhuǎn)課堂激勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、以作品檢驗(yàn)實(shí)踐能力”的教學(xué)改革方案，其中：

1.以MOOC形式引導(dǎo)課堂教學(xué)。其意義不僅在于MOOC是典型的“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的體現(xiàn)，更是因?yàn)樵谟?jì)算思維改革的初期，部分教師對(duì)計(jì)算思維的內(nèi)涵不清晰，對(duì)改革有畏難情緒。因而挑選了具備一定厚度的積累、一定寬度的視野的教師進(jìn)行教學(xué)，并以MOOC形式錄制了核心的九個(gè)單元。這不僅是為了樹立標(biāo)桿，也節(jié)約了群體授課的平均化教學(xué)的時(shí)間。

2.以翻轉(zhuǎn)課堂激勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。翻轉(zhuǎn)課堂的“翻轉(zhuǎn)”主要是體現(xiàn)在從怎樣“教教材”翻轉(zhuǎn)變到怎樣“用教材”；從注重“教”翻轉(zhuǎn)到注重“學(xué)”，這樣老師少講學(xué)生多學(xué)，實(shí)現(xiàn)師生間、生生間的合作共贏。

3.以作品檢驗(yàn)實(shí)踐能力。對(duì)部分同學(xué)來說，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課上的技能也不能完全摒棄不講。但教學(xué)方式上需突破傳統(tǒng)的教師一步步演示模式，以“Follow me”案例+學(xué)生作品檢驗(yàn)來進(jìn)行。本部分的考核內(nèi)容減少了需要記憶的認(rèn)知型內(nèi)容，而是根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，由完整的“作品”組成。對(duì)學(xué)生來說，沒有比作品本身、比作品的創(chuàng)作過程，更大的獎(jiǎng)勵(lì)。

因而，較之傳統(tǒng)教學(xué)，本教學(xué)方案有其特別的優(yōu)勢(shì)，歸納為表3所示。

這樣的改革，旨在用興趣去勾引學(xué)生，用互動(dòng)跟學(xué)生纏綿，用考核讓學(xué)生享受，用新穎的方式激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力，能較好地考核學(xué)生對(duì)基本概念的掌握、對(duì)某一專題的理解能力；另一方面也培養(yǎng)了學(xué)生查閱文獻(xiàn)、制作PPT、組織和協(xié)調(diào)能力。其中，討論的選題不僅要有一定的挑戰(zhàn)性，老師也要求根據(jù)計(jì)算機(jī)學(xué)科不斷變化和計(jì)算內(nèi)涵的不斷升華進(jìn)行更新。

表2　實(shí)驗(yàn)案例

表3　傳統(tǒng)教學(xué)模式與改革模式對(duì)比

四、問題與展望

在計(jì)算思維教學(xué)的破冰期，面對(duì)學(xué)時(shí)有限、且很多一線教師都未能很好地理解和準(zhǔn)確把握計(jì)算思維的本質(zhì)的情況下，以MOOC的方式來組織教學(xué)是一種非常有效的方法。它圍繞明星老師、精選專題、精細(xì)輔導(dǎo)、學(xué)生自覺的方式展開，使得計(jì)算思維類課程的教師，重新審視自身特長和職責(zé)，是新的挑戰(zhàn)也是新的機(jī)遇。

文章提出的圍繞MOOC展開的全面革新式的計(jì)算思維教學(xué)方案首先在校內(nèi)面向10級(jí)、11級(jí)開設(shè)了《計(jì)算思維與計(jì)算文化》公共選修課，接著在14級(jí)計(jì)算機(jī)學(xué)院軟件工程專業(yè)、國際教育學(xué)院軟件工程專業(yè)、電控學(xué)院各專業(yè)展開計(jì)算思維課程教學(xué)，效果良好。之后，推廣到了全校，全面鋪開［4］。教學(xué)實(shí)踐表明，這樣的改革從課程的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方式來看，兩者互補(bǔ)相融、亮點(diǎn)很多。改革不僅僅就知識(shí)而知識(shí)、就技術(shù)而技術(shù)地研討教學(xué)，而是很好地結(jié)合了高等教育的前沿思想等，把計(jì)算思維與零碎時(shí)間學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)、興趣驅(qū)動(dòng)、集體自豪感與榮譽(yù)感等要素結(jié)合起來。借助于MOOC現(xiàn)代教學(xué)方法和手段，確實(shí)為推進(jìn)計(jì)算思維教學(xué)上水平、促發(fā)展打開了全新思路。目前我們?cè)瓌?chuàng)的教材被全國二十多所院校使用，而真正加入我們的MOOC平臺(tái)的僅區(qū)內(nèi)2所。下一步的目標(biāo)是開放平臺(tái)、共享資源，從而推廣到每一個(gè)人、每一個(gè)領(lǐng)域，達(dá)成計(jì)算思維教育的真正本質(zhì)，為中國培養(yǎng)更多的具備計(jì)算思維素養(yǎng)的人才。

［1］陳國良，張龍，董榮勝，等.大學(xué)計(jì)算機(jī)素質(zhì)教育：計(jì)算文化、計(jì)算科學(xué)和計(jì)算思維［J］.中國大學(xué)教學(xué)，2015（6）.

［2］李廉.計(jì)算思維——概念與挑戰(zhàn)［J］.中國大學(xué)教學(xué)，2012（1）：7-12.

［3］譚紅葉，王文劍，李茹.計(jì)算思維和MOOC理念下的計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程［J］.計(jì)算機(jī)教育，2015（15）.

［4］唐培和，徐奕奕，李威龍，等.關(guān)于計(jì)算思維教學(xué)改革面臨的思考［J］.工業(yè)和信息化教育，2013（6）.

Reform of computational thinking has entered the new normal that is widely accepted by the educational circle currently.As the basic course of the basic computer education for college students，the courses about computational thinking are facing total production innovation in teaching aims，teaching model，teaching contents. The paper proposes the specific method that is taking"MOOC is used to lead classroom teaching，flipped class to hearten students to do self-study，works to examine the practical ability"as the guided theory to construct the teaching scheme based on MOOC as a center.Through three years'practical examination，the obvious effectiveness has been achieved.The practice and exploration provides important reference and value to spread for further deepening education of computational thinking in colleges and universities.

computational thinking；computing culture；sub-topics

G642

A

2096-000X（2016）17-0050-03

廣西高等教育教學(xué)改革工程重點(diǎn)項(xiàng)目（2015JGZ137、2014JGZ133）；廣西科技大學(xué)“計(jì)算思維教學(xué)團(tuán)隊(duì)”。

徐奕奕，女，副教授，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育，計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)與云存儲(chǔ)。唐培和，男，教授，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)教育，軟件工程，智能算法。