鐘 琦，杜春濤，嚴(yán)深海，尹 華

(1.贛南師范大學(xué) 數(shù)學(xué)與計算機(jī)科學(xué)學(xué)院，江西 贛州 341000；2.北方工業(yè)大學(xué) 信息學(xué)院，北京 100144)

1 引言

教育部《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計劃》中提出要推進(jìn)新一代信息技術(shù)與專業(yè)課程的交叉融合，加強(qiáng)人工智能領(lǐng)域?qū)I(yè)建設(shè)，并在中小學(xué)階段引入人工智能普及教育.在人工智能浪潮的沖擊下，大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程隨著時代的發(fā)展需求也進(jìn)行著快速地變革，大學(xué)計算機(jī)課程改革要始終圍繞“質(zhì)量”這一目標(biāo)展開，追蹤國內(nèi)外計算機(jī)領(lǐng)域的前沿技術(shù)(含物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能和區(qū)塊鏈等)，基于“四新”(新工科、新農(nóng)科、新醫(yī)科和新文科)思想和理念；以賦能為目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生操作計算機(jī)的能力，使用計算機(jī)工具解決一般問題的能力，應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)解決專業(yè)問題的能力[1].

工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中要求學(xué)生具備能夠應(yīng)用信息技術(shù)對復(fù)雜工程問題進(jìn)行預(yù)測、模擬和求解的能力，要求大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)類的課程內(nèi)容能夠培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用信息技術(shù)解決復(fù)雜問題的能力[2].我國中小學(xué)計算機(jī)教育也普遍存在基礎(chǔ)薄弱，頂層設(shè)計不足，信息技術(shù)課程地位低下且不受重視的問題，很難實現(xiàn)與高等教育階段計算機(jī)基礎(chǔ)課程的有效銜接.這也倒逼著大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程改革，在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式方面進(jìn)行有針對性的研究和改進(jìn).

2 新工科背景下課程改革思路

在信息化社會越來越高的要求下，大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教育具有越來越重要的地位.但是，高校取消大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課或壓縮課程學(xué)時的趨勢與其重要性形成了鮮明對比，大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程正受到前所未有的挑戰(zhàn).我國計算機(jī)基礎(chǔ)教育相對薄弱，不同區(qū)域的教育教學(xué)資源不均、生源的知識基礎(chǔ)等差異巨大；隨著新技術(shù)、新軟件的層出不窮，大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程承載的內(nèi)容越來越多，課程容量也越來越大，課程的教學(xué)內(nèi)容及設(shè)計很難在有限的教學(xué)學(xué)時內(nèi)全面兼顧.因此，課程的教學(xué)體系和教學(xué)模式改革要適應(yīng)新工科背景下的新要求[3].

2.1 明確“一體化實踐能力培養(yǎng)”為目標(biāo)制定教學(xué)改革方案

在前期調(diào)研和探索的基礎(chǔ)上，立足贛南師范大學(xué)(以下簡稱本校)實際，以學(xué)生為中心，借力各MOOC在線課程平臺的優(yōu)質(zhì)資源服務(wù)本校師生，構(gòu)建“重實踐，求創(chuàng)新”的課程體系框架.課程體系框架主要分3個層面：開設(shè)大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程(2學(xué)分，48學(xué)時)，主要面向全校非計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生；開設(shè)高級程序設(shè)計語言課程(3學(xué)分，64學(xué)時)，提供C語言、Python語言、Java語言等課程由開課學(xué)院根據(jù)培養(yǎng)方案任選，主要面向理工類專業(yè)；開設(shè)專題形式的創(chuàng)新培訓(xùn)類選修課程，面向全校所有學(xué)生.以“實踐、創(chuàng)新”能力為培養(yǎng)目標(biāo)的新型課程體系框架，突出培養(yǎng)學(xué)生形成對計算機(jī)系統(tǒng)的認(rèn)知和計算思維、培養(yǎng)學(xué)生問題求解能力和系統(tǒng)設(shè)計能力、加強(qiáng)學(xué)生的研究能力和創(chuàng)新意識等[4].

2.2 設(shè)計以實踐和創(chuàng)新為核心的教學(xué)模式

以實踐和創(chuàng)新為核心，構(gòu)建“新工科”背景下的新型教學(xué)模式，主要體現(xiàn)在因地制宜用好“MOOC”，建好翻轉(zhuǎn)課堂，抓好評價機(jī)制；落實相應(yīng)保障機(jī)制，在師生中創(chuàng)設(shè)良好的教改氛圍；加強(qiáng)教師隊伍建設(shè)和培訓(xùn)，了解課程教學(xué)改革特點(diǎn)，提升教學(xué)能力；構(gòu)建合理有效的評價激勵機(jī)制，激發(fā)學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)潛能，保證教學(xué)改革的實效.課程體系中大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)、程序設(shè)計類、創(chuàng)新培訓(xùn)類3大類課程均可采用基于MOOC的線上線下混合式教學(xué)，在翻轉(zhuǎn)課堂中設(shè)計以解決問題為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)任務(wù)對學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)行跟蹤測試，結(jié)合MOOC平臺提供的學(xué)生學(xué)情數(shù)據(jù)引導(dǎo)學(xué)生開展個性化學(xué)習(xí)，著重對學(xué)生的動手實踐能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，進(jìn)而達(dá)到課程培養(yǎng)目標(biāo)的要求.

3 基于“新工科”工程思維培養(yǎng)的混合式教學(xué)模式

大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程知識點(diǎn)多而雜，從計算思維角度兼顧不同層次學(xué)習(xí)者的需求，重構(gòu)大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容，將面臨有限教學(xué)學(xué)時與課程內(nèi)容較多的矛盾.資源碎片化作為MOOC的重要特性，可以成為課堂教學(xué)的有力補(bǔ)充，易于實現(xiàn)學(xué)科知識學(xué)習(xí)的并行跳轉(zhuǎn)與迭代，而傳統(tǒng)課堂教學(xué)的優(yōu)勢是能夠按串行邏輯對學(xué)科知識進(jìn)行系統(tǒng)化、體系化，兩者似乎是一對很難相容共生的矛盾.基于MOOC的線上線下混合式教學(xué)，有望實現(xiàn)MOOC教學(xué)和課堂教學(xué)的優(yōu)勢互補(bǔ)，學(xué)生通過MOOC資源開展基本知識技能的學(xué)習(xí)，教師則以翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)形式轉(zhuǎn)向以計算思維為核心的系統(tǒng)能力培養(yǎng)上來，通過應(yīng)用案例和工程問題討論，在進(jìn)行問題抽象、求解思路及方法的講授基礎(chǔ)上，使學(xué)生獲取計算機(jī)在不同學(xué)科的應(yīng)用思想，從而提高學(xué)生的計算思維能力[5].

圖1 《大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)》課程混合教學(xué)方案總體設(shè)計

為適應(yīng)課程內(nèi)容改革，滿足學(xué)生發(fā)展需要，本?！洞髮W(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)》課程結(jié)合智慧樹平臺提供的免費(fèi)開放MOOC課程(北方工業(yè)大學(xué)《新編大學(xué)生計算機(jī)基礎(chǔ)》)，實施基于MOOC平臺線上線下混合式教學(xué)改革，探索“以學(xué)生為中心”的課堂教學(xué)方式方法，通過設(shè)計科學(xué)的能力考核方法和評價方式，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成自我管理能力，培養(yǎng)主動學(xué)習(xí)意識，激發(fā)內(nèi)心求知熱情，提高自主學(xué)習(xí)效率和能力.基于MOOC的線上線下混合式教學(xué)，通過MOOC知識資源+翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)形式，實現(xiàn)針對不同專業(yè)、不同班級、不同個體特性的分層次差異化教學(xué)，在高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度3個維度對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有效延展，實現(xiàn)學(xué)科知識快速更新，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和潛能；學(xué)生根據(jù)課程要求可隨時隨地在線上進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，課上重點(diǎn)以專題講解的方式讓學(xué)生全面理解和掌握課程中的難點(diǎn)和重點(diǎn)，實現(xiàn)“讓學(xué)生忙起來、讓教學(xué)活起來、讓管理嚴(yán)起來”的教學(xué)目標(biāo)[6].

3.1 教學(xué)方案總體設(shè)計

課程混合式教學(xué)方案總體設(shè)計如圖1所示.該教學(xué)方案的設(shè)計包括：教學(xué)內(nèi)容體系設(shè)計、學(xué)習(xí)策略設(shè)計、教學(xué)活動設(shè)計以及教學(xué)評價體系設(shè)計.

3.2 混合教學(xué)內(nèi)容體系設(shè)計

混合教學(xué)內(nèi)容體系由課程基本信息、學(xué)習(xí)內(nèi)容和交互活動3個單元組成，如圖2所示.

圖2 《大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)》課程混合教學(xué)內(nèi)容體系設(shè)計

課程基本信息主要包括知識儲備要求、教學(xué)大綱設(shè)計、學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)等內(nèi)容.

學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計包括在線上和線下的學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計，線上內(nèi)容包括MOOC平臺內(nèi)容、虛擬實驗平臺內(nèi)容、網(wǎng)絡(luò)測試平臺內(nèi)容以及社交媒體平臺(微信、QQ等)內(nèi)容，以重要的概念類、知識類、結(jié)構(gòu)性的學(xué)習(xí)內(nèi)容為主；線下內(nèi)容包括翻轉(zhuǎn)課堂內(nèi)容、線下答疑內(nèi)容和線下實驗，這些內(nèi)容以學(xué)習(xí)者獲得良好學(xué)習(xí)體驗為中心，以問題解決、探究、回憶在MOOC/SPOC平臺、虛擬實驗平臺、網(wǎng)絡(luò)測試平臺的知識和知識的個性化意義建構(gòu)、文化體驗等方面為主，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，掌握學(xué)習(xí)技能，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣.

交互活動設(shè)計包括課前、課中和課后交互活動設(shè)計.教師可以根據(jù)學(xué)習(xí)者在不同交互環(huán)境中的學(xué)習(xí)體驗提供針對性和個性化的指導(dǎo)，積極引導(dǎo)教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)習(xí)資源之間的交互活動.

3.3 個性化學(xué)習(xí)策略設(shè)計

設(shè)計學(xué)習(xí)策略的目的是促進(jìn)學(xué)習(xí)者能有效調(diào)控知識加工過程，以便高效存儲和提取學(xué)習(xí)信息，包括：學(xué)習(xí)方式選擇、學(xué)習(xí)路徑選擇、知識網(wǎng)的建立和知識的意義建構(gòu).學(xué)習(xí)者可以利用移動設(shè)備(如智能手機(jī)、PAD等)或臺式機(jī)在MOOC/SPOC平臺上自主選擇學(xué)習(xí)時間、學(xué)習(xí)地點(diǎn)、學(xué)習(xí)進(jìn)度等時空信息，實現(xiàn)隨時隨地的按需學(xué)習(xí).

表1 《大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)》課程混合教學(xué)具體實施過程

由于學(xué)習(xí)個體的知識基礎(chǔ)有較大差異，學(xué)習(xí)者可根據(jù)自己的知識與能力水平，結(jié)合學(xué)習(xí)目標(biāo)，制定并實施個性化的學(xué)習(xí)路徑.收集不同學(xué)習(xí)環(huán)境中獲得的差異化學(xué)習(xí)信息、同伴討論信息和師生交互信息，加工處理后，構(gòu)建原有知識與新學(xué)習(xí)經(jīng)歷之間的連接，建立個性化的知識網(wǎng).依據(jù)自身的學(xué)習(xí)背景、學(xué)習(xí)目的等標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)習(xí)者將獲取的知識信息進(jìn)行重組和意義建構(gòu)，整合、創(chuàng)造成為對自己有用的新知識.

3.4 教學(xué)活動設(shè)計

根據(jù)大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)課程的教學(xué)實際，將整個教學(xué)活動設(shè)計劃分成課前、課中和課后3大模塊，混合式教學(xué)具體實施過程如表1所示.課前，教師可隨時將課程相關(guān)資源上傳到平臺，學(xué)生可下載或在線觀看資源，并根據(jù)自身需求隨時隨地進(jìn)行自主學(xué)習(xí).課中，教師結(jié)合課上簽到、在線投票、搶答、隨機(jī)點(diǎn)名和課堂答疑等現(xiàn)代化教學(xué)手段進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，可迅速了解學(xué)生學(xué)情、提高學(xué)生回答問題的積極性、有效提高學(xué)生到課率并隨時發(fā)現(xiàn)學(xué)生問題.課后，教師可根據(jù)實際教學(xué)情況為學(xué)生布置相關(guān)學(xué)習(xí)、實驗任務(wù)并在平臺發(fā)布，教師可在線批改作業(yè)并做出評價.

3.5 跟蹤式學(xué)習(xí)效果評價

加強(qiáng)學(xué)習(xí)過程管理.加強(qiáng)考試管理、嚴(yán)格過程考核，加大過程考核成績在課程成績中的比重.健全能力與知識考核并重的多元化學(xué)業(yè)考核評價體系，完善學(xué)生學(xué)習(xí)過程監(jiān)測、評估與反饋機(jī)制.主要采用過程性評價(占40%)和總結(jié)性評價(60%)相結(jié)合的跟蹤式學(xué)習(xí)效果評價.過程性評價根據(jù)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)活動中的變量，提取相關(guān)的數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)定性分析，然后根據(jù)學(xué)習(xí)者相似性進(jìn)行定量的聚類分析，最終給予學(xué)習(xí)者、教師和教育管理部門的相關(guān)工作進(jìn)行有效干預(yù)的過程，通過這樣的過程性評價可以促進(jìn)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握與應(yīng)用；總結(jié)性評價則通過對《大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)》各個模塊(計算思維模塊、文字處理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、演示文稿模塊)的在線考試系統(tǒng)測試來實現(xiàn)[7].

4 改革實踐效果分析

結(jié)合在2018級教學(xué)班中采集的教學(xué)數(shù)據(jù)，對2019級開設(shè)大學(xué)信息基礎(chǔ)課程的教學(xué)班有意識地收集對應(yīng)的學(xué)情數(shù)據(jù)，其中部分班級采用的是傳統(tǒng)授課方式，部分班級采用的是基于MOOC的線上線下混合式教學(xué).分析數(shù)據(jù)是教學(xué)班參加在線考試的考試成績，學(xué)生按要求在指定時間內(nèi)完成無紙化考試系統(tǒng)的在線測試.且2018級和2019級學(xué)生使用的是同一個無紙化考試系統(tǒng).

4.1 相同專業(yè)的2018級教學(xué)班與2019級教學(xué)班成績對照

為了驗證教學(xué)改革的效果，提高數(shù)據(jù)的可信度，減少相關(guān)影響因素，對相同任課教師在不同年級相同專業(yè)班級采用不同教學(xué)模式教學(xué)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析.

從表 2中的數(shù)據(jù)可以看出，2019級全?？傮w平均分較2018級僅高出1分左右，及格率提高了3%左右，說明2019級學(xué)生學(xué)習(xí)情況的總體上較2018略有提升，學(xué)生最終成績差異并不顯著.但同時可以看出，相同任課教師對相同專業(yè)不同年級學(xué)生采用不同的教學(xué)模式(混合教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué))，學(xué)生的平均成績和及格率差異較大.二組對照數(shù)據(jù)中，2019級混合教學(xué)班級的平均成績(87.96和87.51)，比2018傳統(tǒng)授課班級平均成績(80.7和81.32)提高了6分左右，且2019級混合教學(xué)班級的及格率均為100%.綜合考慮本課程的實施規(guī)模等因素，學(xué)生平均分6分左右的提升，能充分論證本次教學(xué)改革取得了較好效果.

4.2 同年級相同專業(yè)班級不同授課形式教學(xué)班成績對照分析(2019級)

表2 不同年級、相同專業(yè)班級和任課教師成績對照

表3 同年級同專業(yè)不同教學(xué)班成績對比

本測試數(shù)據(jù)以2019級開設(shè)課程的3352名新生為對象，除部分特殊專業(yè)學(xué)生外，普通專業(yè)班級共有2 499人.為檢驗課程改革實效，本學(xué)期對部分班級仍采用傳統(tǒng)授課模式，少部分班級采用的是基于MOOC的線上線下混合教學(xué)模式，考慮到不同專業(yè)背景學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和基礎(chǔ)水平的差異，數(shù)據(jù)主要對專業(yè)背景相同但教學(xué)模式不同的教學(xué)班間進(jìn)行比較.

從表 3中的數(shù)據(jù)可以看出，開展混合教學(xué)的班級平均分和及格率均高于傳教學(xué)授課模式的教學(xué)班，且混合教學(xué)班的平均成績和及格率均高于全?？傮w平均成績；其中，在普通專業(yè)開展混合教學(xué)改革的效果更為顯著，混合教學(xué)班相對傳統(tǒng)授課班在平均分至少高出5分左右；特殊專業(yè)由于其專業(yè)特性和學(xué)生基礎(chǔ)及整體學(xué)風(fēng)等因素，平均分值普遍偏低，但混合教學(xué)班相對傳統(tǒng)授課班平均分也高出了3分左右；說明同一年級相同專業(yè)不同教學(xué)班，混合教學(xué)班學(xué)生平均分要高出傳統(tǒng)授課班3～5分左右.綜合考慮本課程的實施規(guī)模等因素，對照班學(xué)生平均分達(dá)到3-5分的差異，可以充分論證教學(xué)改革的效果.

綜合上述數(shù)據(jù)分析，說明開展混合教學(xué)改革對課程教學(xué)效果的提升具有較好的促進(jìn)作用.

4.3 以新型教學(xué)模式開展教學(xué)面臨的問題

雖然基于MOOC的線上線下混合式教學(xué)在對學(xué)生實踐、創(chuàng)新能力方面的培養(yǎng)起到了積極的作用，但在具體的教學(xué)實施過程中，仍面臨較多實際困難.部分學(xué)生和家長仍習(xí)慣于以教師為中心的教學(xué)模式，對翻轉(zhuǎn)課堂要求學(xué)生自習(xí)提出質(zhì)疑，覺得這是教師對教學(xué)不負(fù)責(zé)任、沒有備課的放羊式教學(xué)，這些觀念的改變短期內(nèi)很難解決，需要教師以更充分的教學(xué)準(zhǔn)備、更優(yōu)質(zhì)的教學(xué)設(shè)計、更完美的教學(xué)效果來說服大眾.部分一線教師對是否采用新型教學(xué)模式開展教學(xué)存在畏難情緒，要成功的開展教學(xué)改革活動，要求師生具有較高的信息素養(yǎng)的學(xué)習(xí)能力，且課內(nèi)課外的碎片化學(xué)習(xí)活動的開展，會占用師生較多的課余時間，這就需要教師投入更多的個人精力和心血，以提高自身并行處理多事務(wù)的能力，提升利用信息化工具進(jìn)行知識分享與交流協(xié)調(diào)的能力.

因此，在教學(xué)實施過程中要突出以學(xué)生為中心，指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自身的實際情況開展個性化學(xué)習(xí)，教師須充分了解學(xué)生的不同需求，在教學(xué)過程中適當(dāng)關(guān)注并聽取學(xué)生提出意見和建議，不能一味的“不講”或“自學(xué)”，對某些重點(diǎn)和難點(diǎn)問題，學(xué)生普遍反映聽老師講解優(yōu)于看教學(xué)視頻.積極開展多元化的課堂教學(xué)活動，教師應(yīng)專注于課程的教學(xué)設(shè)計以進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情.

5 結(jié)語

構(gòu)建符合現(xiàn)化教育理念的系統(tǒng)化、個性化、多元化課程教學(xué)模式，是高等教育的發(fā)展趨勢，基于MOOC的《大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)》線上線下混合教學(xué)模式改革，能夠充分利用線上優(yōu)質(zhì)MOOC資源，適應(yīng)本校辦學(xué)理念、人才培養(yǎng)目標(biāo)及生源特點(diǎn)，教學(xué)改革效果明顯，方案可行性強(qiáng)，易于在其它高校推廣、應(yīng)用.

依據(jù)教學(xué)改革的實踐跟蹤和效果分析，還存在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計不夠豐富、體驗不夠流暢等問題，下一步有待根據(jù)學(xué)生和教師的教學(xué)反饋進(jìn)行持續(xù)完善和改進(jìn)，另外，因受學(xué)生人數(shù)、師資力量、教學(xué)條件等客觀因素限制，大部分高校的大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)相關(guān)課程仍以大班授課為主，在此背景下，如何更加有效地實施基于MOOC的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，依然是各高校面臨的巨大挑戰(zhàn).