吳 寧，閆相國，崔舒寧

（1.西安交通大學 電子與信息工程學院，陜西 西安 710049；2. 西安交通大學 生命科學與技術(shù)學院，陜西 西安 710049）

0 引 言

2012年，大規(guī)模開放在線課程（MOOCs）開始在全球興起。作為在線開放課程，MOOC在提高教育質(zhì)量、促進教育公平、加快教育現(xiàn)代化等方面都起到了重要的推動作用。

教育部吳巖司長在2017年的第十屆“中國大學教學論壇”上提出：新時代高等教育的任務(wù)是實現(xiàn)內(nèi)涵式發(fā)展。一流本科和一流本科教學，是內(nèi)涵式發(fā)展的應(yīng)有之義。培養(yǎng)一流人才，基礎(chǔ)和核心是一流本科[1]。作為既是一門獨立學科又是其他學科研究基礎(chǔ)的計算機科學，在各學科人才培養(yǎng)方案中正在變得越來越重要[2]。計算機基礎(chǔ)教育承擔著所有非計算機專業(yè)本科生的計算機能力培養(yǎng)，因此，其教學質(zhì)量和效果不僅直接影響到學生的計算機應(yīng)用能力，在一定程度上也影響到本科教學質(zhì)量。

各學科專業(yè)都有包括完整課程體系的培養(yǎng)方案，學生通過一系列不同層次課程的學習和最終的畢業(yè)設(shè)計實踐達到專業(yè)培養(yǎng)要求。雖然大學計算機課程教指委在發(fā)布的“計算機基礎(chǔ)教學基本要求”中提出了完整的計算機基礎(chǔ)課程體系，但受學時等各種因素所限，現(xiàn)實中并未得到完整實施。

計算機基礎(chǔ)教學中的另一大糾結(jié)是教材更新與技術(shù)發(fā)展之間存在的時間差異。計算機是20世紀以來發(fā)展最為迅速的技術(shù)之一。受編寫周期限制，紙質(zhì)教材內(nèi)容很難完全跟上信息技術(shù)的發(fā)展，從而不可避免地使學生課堂所學知識與信息技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀存在一定的脫節(jié)。

MOOC的興起使推進信息技術(shù)與教育教學深度融合成為高校教學改革的重要方向。MOOC突破了傳統(tǒng)課堂時空束縛，使教學和學習過程得以延伸，從而使計算機基礎(chǔ)的體系化教學成為可能。在MOOC建設(shè)基礎(chǔ)上，我們分別在兩門課程中開展了“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的混合教學改革探索，并取得了良好的效果[3]，對線上線下相融合的教學模式有了較深入的認識和體會；同時，也為解決因?qū)W時不足引起的學生計算機能力和培養(yǎng)需求間存在的差異、教材內(nèi)容難以跟上信息技術(shù)發(fā)展這兩大困惑提供了新思路和新途徑。

1 計算機基礎(chǔ)系列在線開放課程群建設(shè)

計算機基礎(chǔ)教育的主要目標是“普及計算機文化、培養(yǎng)專業(yè)應(yīng)用能力、訓練計算思維能力”[4]。針對計算機基礎(chǔ)課程教學內(nèi)容，我們在2012年曾提出建設(shè)計算機基礎(chǔ)精品資源共享課程群的設(shè)想。圍繞6門核心課程，從課程群的角度，開展了知識體系設(shè)計、優(yōu)質(zhì)資源建設(shè)和共享模式探索[5]。

基于對計算機基礎(chǔ)課程群知識體系的研究，借助MOOC優(yōu)勢，以在Coursera平臺運行兩年的“.Net平臺軟件開發(fā)”專項課程建設(shè)經(jīng)驗為基礎(chǔ)，我們建設(shè)了以培養(yǎng)學生對計算機的認知能力、編程能力和問題求解能力為目標的面向理工類專業(yè)的計算機基礎(chǔ)系列在線開放課程群。課程群由從基礎(chǔ)到進階的不同層次、內(nèi)容有效銜接的6門課程及最終的綜合設(shè)計實踐環(huán)節(jié)組成，形成了一個相對獨立的計算機基礎(chǔ)課程培養(yǎng)體系。

在線課程群結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，大學計算機基礎(chǔ)課程為基點，承擔著普及計算機文化的重任。該課程也是目前多數(shù)高校的必修課程。

圖1 計算機基礎(chǔ)系列在線開放課程群結(jié)構(gòu)

長期的一線教學實踐表明，學生只有經(jīng)歷了編程學習（即使是最基本的學習），才能真正對計算機原理有所理解，也才真正談得上計算思維能力訓練。因此，在基礎(chǔ)知識學習之上，可以設(shè)計入門級的C語言程序設(shè)計課程，幫助學生掌握基本的程序設(shè)計方法。

在此基礎(chǔ)上，分別通過3門課程，從高質(zhì)量程序設(shè)計能力、面向?qū)ο蟮目梢暬幊谭椒ê虸/O接口控制系統(tǒng)設(shè)計等3個方向，培養(yǎng)學生利用程序語言求解問題的能力或初步的I/O接口控制系統(tǒng)設(shè)計能力。最后，利用軟硬件綜合設(shè)計指導課程，以項目驅(qū)動方式，指導學習者自主完成1～2個微型項目設(shè)計。通過類似于畢業(yè)設(shè)計的項目設(shè)計實踐，幫助學習者達到對所學理論知識的融會貫通，培養(yǎng)學習者的問題求解能力。各在線課程的主要教學目標及教學視頻容量見表1。

表1 各在線課程的主要教學目標及教學視頻容量

2 融合在線課程資源的計算機基礎(chǔ)新形態(tài)系列教材策劃思路

（1）教材與系列MOOC同步規(guī)劃、建設(shè)。書網(wǎng)一體化教材的特點是教材與在線開放課程同步設(shè)計[6]。教材更多地體現(xiàn)知識的體系化和完整性，MOOC則更強調(diào)重要知識點的講解。計算機基礎(chǔ)教學涉及基礎(chǔ)理論和軟硬件設(shè)計。教材中的知識體系描述可以通過MOOC教學視頻展示，同時系列MOOC中可以加入大量教材難以完全涵蓋的編程和系統(tǒng)設(shè)計案例詳解、測驗、作業(yè)解析等，從而在總體教學內(nèi)容一致的基礎(chǔ)上，形成教材與MOOC內(nèi)容的互補。

（2）教材與線上課堂雙向關(guān)聯(lián)。MOOC教學視頻都為短視頻，這一特征為教材與視頻的關(guān)聯(lián)提供了便利的條件。在教材的每一段關(guān)鍵知識點描述中嵌入二維碼，通過掃描二維碼，可以從教材直接跳轉(zhuǎn)到線上課堂，使學生在文字閱讀的同時能方便地從視頻中獲得教師對知識點的講解。將教材中與視頻內(nèi)容對應(yīng)的知識描述數(shù)字化，通過在線上課堂中加入地址鏈接，實現(xiàn)在視頻學習過程中可以同步閱讀到詳細的文字描述，實現(xiàn)從線上課堂到教材的跳轉(zhuǎn)。教材每章后的作業(yè)練習是對該章內(nèi)容掌握程度的檢驗，限于篇幅，通常情況下教材中不會附帶對作業(yè)題目的解析，但這些解析可以借助MOOC實現(xiàn)，并通過二維碼進行關(guān)聯(lián)。

（3）相對穩(wěn)定的紙質(zhì)教材與動態(tài)更新的數(shù)字課堂相融合，形成新理論和技術(shù)快速更新的新形態(tài)教材。課堂教學是以原理講授為主，并不強調(diào)，事實上也難以追蹤到學科最前沿（特別是發(fā)展迅猛的計算機學科）。教材是教學過程中的主要資源，編寫需要一定的時間周期，其內(nèi)容的更新無法緊隨技術(shù)的發(fā)展，但采用“互聯(lián)網(wǎng)+”思路，在MOOC課堂中可以動態(tài)調(diào)整和加入能夠體現(xiàn)新技術(shù)發(fā)展的數(shù)字文檔（如近年迅速興起的大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)等）或某些特定專題的闡述（如什么是機器學習），作為紙質(zhì)教材的擴充，實現(xiàn)教材內(nèi)容的相對穩(wěn)定，與教材鏈接的數(shù)字課堂資源隨時更新，由此就能極大縮短教材內(nèi)容與技術(shù)發(fā)展的差距。

3 面向校園的應(yīng)用方案設(shè)計

信息技術(shù)與教育教學的深度融合是高等教育的重要發(fā)展方向。建設(shè)在線開放課程群是希望在構(gòu)建相對獨立的計算機基礎(chǔ)知識領(lǐng)域的同時，能夠通過線上線下相融合的學習方式來平衡專業(yè)研究需求與學時有限之間的矛盾，使學生具備一定的計算思維能力；研發(fā)與MOOC課堂一體化設(shè)計的新形態(tài)教材，可以縮短教材內(nèi)容與技術(shù)發(fā)展的差距，便于學習并促進資源共享?？傊?，在線課程群建設(shè)和新形態(tài)教材研發(fā)的目的都是為了更好地服務(wù)于實際教學，服務(wù)于人才培養(yǎng)。

以我校機械類和生命科學類專業(yè)為例，目前的計算機基礎(chǔ)類課程總學時多為104學時。完成學習后，多數(shù)學生能夠編寫簡單控制臺程序，但對包括經(jīng)典算法設(shè)計、可視化編程等則存在較大欠缺。同時，由于計算機基礎(chǔ)類課程多數(shù)安排在本科一年級或二年級第一學期，加之課程學習過程中因?qū)W時原因缺乏足夠的設(shè)計實踐，導致在四年級需要做畢業(yè)設(shè)計時很多知識都已忘記，也影響到了后期的專業(yè)研究。

為此，我們設(shè)計了面向校園、線上線下相融合的體系化計算機基礎(chǔ)學習環(huán)境。

（1）通過開設(shè)與系列在線開放課程群結(jié)合的選修課，幫助學生完成對軟硬件知識的進一步學習，實現(xiàn)計算機基礎(chǔ)教學體系化。

（2）利用小學期實訓，或在必修課程中加入大作業(yè)等方式，從軟硬件綜合設(shè)計MOOC中選擇1～2個項目進行自主設(shè)計實踐；對接口控制系統(tǒng)設(shè)計有需求的專業(yè)，可以在微機原理與接口技術(shù)教學過程中或結(jié)束后，結(jié)合物理實驗環(huán)境，開展硬件接口控制系統(tǒng)設(shè)計訓練。

這樣，通過104學時課內(nèi)學習+融合系列MOOC的選修課+綜合項目設(shè)計實踐，可以使學生達到初級程序設(shè)計或簡單接口設(shè)計水平。

（3）利用在線學習平臺，借助二維碼和超鏈接技術(shù)實現(xiàn)視頻學習與教材的雙向跳轉(zhuǎn)；通過輔助文獻閱讀實現(xiàn)教材內(nèi)容的擴充和動態(tài)更新；設(shè)置在線自測練習、論壇答疑交流等環(huán)節(jié)延伸教學過程；在課程群知識體系設(shè)計基礎(chǔ)上，構(gòu)建可點擊操作的可視化在線課程群知識地圖，幫助學生了解課程群中各課程知識點間的相關(guān)性和課程間知識的關(guān)聯(lián)性，以及各知識點所包含的核心概念及其概念描述。

由此，構(gòu)建出包括實驗、作業(yè)、答疑、考試等多個環(huán)節(jié)的立體化、系列化計算機基礎(chǔ)課程學習環(huán)境。

（4）計算機基礎(chǔ)課程多為大班教學。利用系列MOOC資源，在已有實踐基礎(chǔ)上，進一步探索如何通過線上線下教學的有效結(jié)合，提高大班教學環(huán)境下的混合教學效果。

4 結(jié) 語

隨著人工智能、虛擬現(xiàn)實、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的發(fā)展，計算機在各學科研究中的重要性和人才培養(yǎng)的必要性愈加凸顯，計算機基礎(chǔ)教育的質(zhì)量也在一定程度上影響著本科教育的質(zhì)量，完善的課程體系是學生實現(xiàn)知識有效掌握的基礎(chǔ)。MOOC的興起及線上線下相融合的教學模式探索，為實現(xiàn)計算機基礎(chǔ)課程體系化教學提供了可能。借助學校、高等教育出版社和“愛課程”平臺的支持，我們已完成了計算機基礎(chǔ)系列在線開放課程群建設(shè)，已在當年度秋季學期上線發(fā)布；結(jié)合MOOC教學，我們啟動了計算機基礎(chǔ)系列教材編寫，設(shè)計了紙質(zhì)教材與在線課堂雙向關(guān)聯(lián)、教學內(nèi)容動態(tài)更新的新形態(tài)教材建設(shè)策略。試圖通過線上線下教學資源的深度融合，構(gòu)建出體系化、獨立領(lǐng)域的計算機基礎(chǔ)學習環(huán)境，使學生通過“理論學習+設(shè)計實踐”，初步具備一般計算機軟硬設(shè)計能力，滿足專業(yè)研究的需求。