汪宇玲， 陸 玲， 諶洪茂， 鄧伶莉， 賈惠珍

(東華理工大學(xué) 信息工程學(xué)院，江西 南昌 330013)

信息技術(shù)對(duì)社會(huì)進(jìn)步及人民生活帶來(lái)巨大變化，高等教育正不斷向信息化、智能化轉(zhuǎn)變?！靶鹿た啤睉?zhàn)略于2017年初提出，明確了“新工科”建設(shè)關(guān)鍵任務(wù)之一是“學(xué)與教”的變革，目的是培養(yǎng)多樣化的“新業(yè)態(tài)”創(chuàng)新型工程科技人才。教育部“天大行動(dòng)”[1,2]明確指出工程教育模式應(yīng)以學(xué)習(xí)者為中心，并勾畫(huà)了未來(lái)工科生所需的核心素養(yǎng)是自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新思維能力、工程領(lǐng)導(dǎo)能力等，其中“自主學(xué)習(xí)能力”最為重要，它能幫助學(xué)生因時(shí)而動(dòng)、動(dòng)態(tài)發(fā)展，建立已知與未知的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科交叉融合，幫助學(xué)生無(wú)懼未來(lái)日新月異的挑戰(zhàn)。

“計(jì)算機(jī)組成原理”是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)課程體系中重要和核心的基礎(chǔ)課程，學(xué)生通過(guò)這門(mén)課程深入學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的基本工作原理并了解實(shí)際工程應(yīng)用，對(duì)專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)有承前啟后的作用，是深化學(xué)生系統(tǒng)能力非常重要的環(huán)節(jié)。在信息革命和“新工科”戰(zhàn)略背景下，這門(mén)課程只是計(jì)算機(jī)相關(guān)專(zhuān)業(yè)或工程教育中的一門(mén)普通課程，卻有舉足輕重的地位，對(duì)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)能力和素養(yǎng)有決定性作用[3,4]。目前，不同研究者依據(jù)不同條件提出在“計(jì)算機(jī)組成原理”課程中采用啟發(fā)式教學(xué)、案例式教學(xué)等，也不乏使用MOOC實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的翻轉(zhuǎn)課堂。但各校學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊及一些學(xué)生自律性不足，導(dǎo)致大多數(shù)以學(xué)習(xí)者為中心的教學(xué)改革的應(yīng)用實(shí)踐效果帶有局限性甚至不理想。SPOC是一種混合教學(xué)模式，它將線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和線下課堂教學(xué)相結(jié)合，其核心理念在于通過(guò)定制個(gè)性化的高質(zhì)量課堂教學(xué)與優(yōu)質(zhì)MOOC教學(xué)資源，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)和理解[5,6]。

鑒于以上因素，為了提升相關(guān)專(zhuān)業(yè)工科學(xué)生的信息素養(yǎng)和創(chuàng)新思維，提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量，本文深度融合教育教學(xué)方法與現(xiàn)代信息技術(shù)，依托“學(xué)習(xí)通”微課教學(xué)平臺(tái)，以?xún)?yōu)秀MOOC在線教學(xué)資源為輔助，研究以SPOC為主要教學(xué)模式的“計(jì)算機(jī)組成原理”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，探索深度培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、促進(jìn)地方院?！靶鹿た啤比瞬排囵B(yǎng)的有效方法。

1 “計(jì)算機(jī)組成原理”SPOC翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

1.1 “計(jì)算機(jī)組成原理”課程能力目標(biāo)

“計(jì)算機(jī)組成原理”課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的必修課程，該課程從知識(shí)獲取和應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力多個(gè)方面綜合提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)力，在課程教學(xué)過(guò)程中為學(xué)生營(yíng)造自主學(xué)習(xí)情境，以參與式學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)為主要學(xué)習(xí)方法，并以線上線下互聯(lián)、教師聯(lián)動(dòng)為特色。在獲取知識(shí)的能力方面，目標(biāo)是讓學(xué)生掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，不斷地?cái)U(kuò)展知識(shí)面，增強(qiáng)獨(dú)立思考的能力，更新知識(shí)結(jié)構(gòu)；在應(yīng)用知識(shí)能力方面，目標(biāo)是通過(guò)觀察、分析、綜合、歸納等方法培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和提出問(wèn)題的能力，讓學(xué)生能運(yùn)用計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本理論和方法，對(duì)所涉問(wèn)題有一定深度的理解，能初步分析與設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)各主要部件、簡(jiǎn)單CPU及其計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；在創(chuàng)新能力方面，目標(biāo)是讓學(xué)生學(xué)會(huì)應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論和方法，有效進(jìn)行科學(xué)研究的鍛煉，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，提高創(chuàng)新實(shí)踐能力，理解科學(xué)研究范式。而學(xué)生這些能力提升的關(guān)鍵就在于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)力。

1.2 “計(jì)算機(jī)組成原理”SPOC翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計(jì)框架

本研究依照美國(guó)學(xué)者Jensen和Nickelsen提出的深度學(xué)習(xí)路線(Deeper Learning Cycle, DELC)，對(duì)“計(jì)算機(jī)組成原理”SPOC翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)流程進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。擬定的教學(xué)流程包括教學(xué)環(huán)境與資源分析設(shè)計(jì)、教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)和教學(xué)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)三個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生設(shè)定了不同的自主學(xué)習(xí)力提升目標(biāo)，基于DELC的“計(jì)算機(jī)組成原理”SPOC翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計(jì)框架如圖1所示。

圖1 基于DELC的“計(jì)算機(jī)組成原理”SPOC翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計(jì)框架

1.3 教學(xué)環(huán)境與資源分析設(shè)計(jì)

創(chuàng)新教學(xué)流程的第一個(gè)環(huán)節(jié)是教學(xué)環(huán)境與資源分析設(shè)計(jì)，該環(huán)節(jié)以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力為目標(biāo)，重心是為學(xué)生學(xué)習(xí)營(yíng)造出一種自主學(xué)習(xí)情境。自主學(xué)習(xí)情境指導(dǎo)理念是以學(xué)生為主體，以參與式學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)為主要學(xué)習(xí)方法，以線上線下關(guān)聯(lián)、師生互動(dòng)為特色。

首先，要分析教學(xué)環(huán)境及課程特點(diǎn)。“新工科”建設(shè)行動(dòng)路線及相關(guān)政策和制度是研究工作的政策基礎(chǔ)，現(xiàn)代信息技術(shù)與高等教育的深度融合是技術(shù)基礎(chǔ)。依據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生的專(zhuān)業(yè)水平，教師要將必須掌握的教學(xué)知識(shí)重點(diǎn)作為線上SPOC教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)輔以大數(shù)據(jù)平臺(tái)推薦的優(yōu)質(zhì)MOOC作為線下教學(xué)與輔助教學(xué)內(nèi)容；選擇MOOC時(shí)，以邏輯嚴(yán)密、貼近實(shí)踐、含啟發(fā)性教學(xué)設(shè)計(jì)為必備條件。其次，結(jié)合自身院校學(xué)生特點(diǎn)，教師要對(duì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)或篩選的SPOC教學(xué)資源進(jìn)行事先評(píng)估，考量課程知識(shí)量、難度、興趣性、前沿性等。最后，主講教師讓學(xué)生預(yù)先了解SPOC的基本要求，實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂前的學(xué)情分析，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)以適應(yīng)新的SPOC翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，激活預(yù)備知識(shí)，在學(xué)習(xí)方法上給出建議，以達(dá)到翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的效果。

上述過(guò)程的主要目的在于營(yíng)造自主學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)啟自主學(xué)習(xí)的大門(mén)。自主學(xué)習(xí)情境是SPOC翻轉(zhuǎn)課堂的先決條件，需要教師引導(dǎo)，學(xué)生配合來(lái)共同營(yíng)造此情境。由于學(xué)生更易適應(yīng)主講教師的教學(xué)習(xí)慣，在SPOC教學(xué)資源中，主講教師必須增添自己的微課短視頻，線上線下拉近師生距離及降低學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷，并采用參與教學(xué)、分組討論、提問(wèn)解答等教學(xué)方法和手段，豐富師生互動(dòng)的內(nèi)容和形式，利用移動(dòng)互聯(lián)平臺(tái)來(lái)加強(qiáng)師生互動(dòng)渠道，以建立優(yōu)良的師生關(guān)系，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)教師的信任，進(jìn)而建立學(xué)生自主學(xué)習(xí)的信心。

1.4 教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

創(chuàng)新教學(xué)流程的第二個(gè)環(huán)節(jié)是教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)，此環(huán)節(jié)以學(xué)生自主學(xué)習(xí)力的綜合提升為目標(biāo)。教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)是“計(jì)算機(jī)組成原理”SPOC翻轉(zhuǎn)課堂的核心環(huán)節(jié)，如圖2所示，它體現(xiàn)在獲取新知識(shí)和深度加工知識(shí)兩個(gè)方面。

圖2 SPOC翻轉(zhuǎn)課堂核心模塊設(shè)計(jì)

獲取新知識(shí)的主體是學(xué)生，學(xué)生通過(guò)“學(xué)習(xí)通”微課視頻及教師篩選好的MOOC，實(shí)現(xiàn)新知識(shí)的主動(dòng)學(xué)習(xí)，參與MOOC的在線問(wèn)答、討論，完成階段性作業(yè)，實(shí)現(xiàn)新知識(shí)的自主培養(yǎng)與提高。

深度加工知識(shí)過(guò)程主要發(fā)生在課堂上，分為理論課堂和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課堂。理論課堂部分，教學(xué)方法以“參與教學(xué)法”為主，分組學(xué)習(xí)討論和教師總結(jié)補(bǔ)充為輔助。如圖3所示，“參與教學(xué)法”以學(xué)生為主體，圖中虛線箭頭指向?yàn)樵黾拥膶W(xué)生活動(dòng)，通過(guò)角色互換，讓學(xué)生以師者的角度參與到課程教學(xué)活動(dòng)中，再結(jié)合仿真教學(xué)等教學(xué)手段，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課堂同樣以學(xué)生參與教學(xué)為主，以深度提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)力為主要目標(biāo)，并以培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生的研發(fā)能力為重要目的，從夯實(shí)基礎(chǔ)到能力提升，再到創(chuàng)新思路，形成遞進(jìn)式三層實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。

圖3 “參與教學(xué)法”圖示

1.5 教學(xué)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

創(chuàng)新教學(xué)流程的第三個(gè)環(huán)節(jié)是教學(xué)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)，同樣是SPOC翻轉(zhuǎn)課堂的核心部分，此環(huán)節(jié)以學(xué)生自主學(xué)習(xí)力的反思與改進(jìn)為目標(biāo)，包括學(xué)生學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)和教師教學(xué)評(píng)價(jià)兩個(gè)方面。學(xué)生學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)包括過(guò)程性評(píng)價(jià)、總結(jié)性評(píng)價(jià)，它體現(xiàn)在SPOC翻轉(zhuǎn)課堂的整個(gè)教學(xué)過(guò)程中。過(guò)程性評(píng)價(jià)由課堂出勤率、作業(yè)與實(shí)驗(yàn)的完成度、課堂互動(dòng)等組成，教師和學(xué)生都參與評(píng)價(jià)。總結(jié)性評(píng)價(jià)主要是由期末考試結(jié)果和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐考核結(jié)果組成，MOOC課程證書(shū)也是總結(jié)性評(píng)價(jià)的重要參考依據(jù)。教師教學(xué)評(píng)價(jià)則包括各類(lèi)學(xué)生評(píng)教活動(dòng)及課程調(diào)查問(wèn)卷，學(xué)生可以參與問(wèn)卷設(shè)計(jì)，問(wèn)卷也是創(chuàng)新教學(xué)研究的一個(gè)亮點(diǎn)。

2 課程教學(xué)實(shí)踐實(shí)例

目前的“計(jì)算機(jī)組成原理”課程實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀多呈現(xiàn)“低層”和“簡(jiǎn)單”的屬性，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)實(shí)踐指導(dǎo)要求機(jī)械地按步驟接線及運(yùn)行仿真軟件，學(xué)生對(duì)知識(shí)的接受是被動(dòng)的，其沒(méi)有對(duì)知識(shí)的深度加工和處理，也就是沒(méi)有理解消化的過(guò)程，增加的實(shí)踐比重只是增加了實(shí)踐的“量”，并沒(méi)有增加實(shí)踐的“質(zhì)”，學(xué)生往往沒(méi)有深刻理解實(shí)驗(yàn)工作原理[7,8]。

本研究以深度培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)力為目標(biāo)，將實(shí)踐教學(xué)與創(chuàng)新項(xiàng)目相結(jié)合，并將“參與教學(xué)法”引入實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程改革中，發(fā)揮優(yōu)秀學(xué)生的帶動(dòng)作用，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，如圖4所示。這種實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)方式能激發(fā)學(xué)生自學(xué)自練的積極性和主動(dòng)性，更有利于學(xué)生培養(yǎng)自己的經(jīng)驗(yàn)和完善知識(shí)體系，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力、分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力及創(chuàng)新能力的目的。同時(shí)，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)和不同學(xué)生的差異性，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課堂教學(xué)重新設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合課程教學(xué)需求，將實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容分為遞進(jìn)的三個(gè)層次：“基礎(chǔ)篇”實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、“提升篇”實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)和“創(chuàng)新篇”實(shí)踐項(xiàng)目環(huán)節(jié)?！盎A(chǔ)篇”主要是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，注重學(xué)生培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際操作能力及學(xué)習(xí)能力；“提升篇”主要是設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，注重學(xué)生綜合實(shí)踐能力的培養(yǎng)，挖掘?qū)W生潛能；“創(chuàng)新篇”注重學(xué)生研究與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，與教師指導(dǎo)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽項(xiàng)目相結(jié)合，為深度構(gòu)建學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力提供平臺(tái)，以滿(mǎn)足“新工科”對(duì)人才素養(yǎng)的需求。

圖4 實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)模式

實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)的“創(chuàng)新篇”實(shí)踐項(xiàng)目包含兩部分：一個(gè)是創(chuàng)新設(shè)計(jì)，另一個(gè)是創(chuàng)新項(xiàng)目。創(chuàng)新設(shè)計(jì)為不在課堂內(nèi)講授的設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)新項(xiàng)目則是參與到教師指導(dǎo)的學(xué)科項(xiàng)目或競(jìng)賽中，這兩者是相輔相成的，創(chuàng)新設(shè)計(jì)可以申報(bào)創(chuàng)新項(xiàng)目，創(chuàng)新項(xiàng)目也能構(gòu)思新的創(chuàng)新設(shè)計(jì)?！皠?chuàng)新篇”實(shí)踐項(xiàng)目初步方案設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 實(shí)踐教學(xué)與創(chuàng)新項(xiàng)目相結(jié)合示意圖

在配備軟硬件資源方面，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室及學(xué)院開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室提供各種軟硬件開(kāi)發(fā)設(shè)備及研發(fā)環(huán)境，歷屆獲獎(jiǎng)的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目資料及優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)資料。

在深度構(gòu)建學(xué)生自主學(xué)習(xí)力與學(xué)生研發(fā)能力方面，項(xiàng)目指導(dǎo)教師著重對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力進(jìn)行深度構(gòu)建，從而進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的研發(fā)能力。鍛煉兩個(gè)重點(diǎn)為“模仿能力”和“創(chuàng)新能力”。其主要原因是“創(chuàng)新”從來(lái)不是憑空的，一定是在參考已有技術(shù)和方法的基礎(chǔ)上，再通過(guò)“模仿”與“嘗試”才可能有的，但是“創(chuàng)新”可以從最小、最簡(jiǎn)單的做起。因此，首先培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料，學(xué)習(xí)優(yōu)秀科技項(xiàng)目資料，以及理解別人如何發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題進(jìn)而設(shè)計(jì)實(shí)施實(shí)踐方案或項(xiàng)目計(jì)劃。學(xué)生讀懂了現(xiàn)有科技項(xiàng)目材料，教師可以根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)目標(biāo)，再讓學(xué)生思考分析可改進(jìn)性能的方法，并引導(dǎo)學(xué)生查閱最新文獻(xiàn)資料尋求新的方法，最后讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)與提煉新需求，學(xué)習(xí)新技術(shù)，自主提出新的想法進(jìn)行“嘗試”，逐步參與到創(chuàng)新項(xiàng)目的研發(fā)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)力的深度構(gòu)建，從而提升自己的創(chuàng)新能力。

3 結(jié)語(yǔ)

SPOC教學(xué)資源更有利于強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)深度，而在線的優(yōu)質(zhì)MOOC資源更有利于強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)寬度與系統(tǒng)性，有利于掃除學(xué)生的知識(shí)疑點(diǎn)和知識(shí)盲點(diǎn)，更容易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。學(xué)生熟悉現(xiàn)場(chǎng)主講教師的教學(xué)習(xí)慣，更能理解主講教師的語(yǔ)言表達(dá)，對(duì)于關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，采用主講教師的SPOC教學(xué)素材，有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的深刻理解及運(yùn)用，而優(yōu)質(zhì)的MOOC在線課程能彌補(bǔ)教師個(gè)體的教學(xué)片面性問(wèn)題，亦有利于平衡重復(fù)的課程建設(shè)工作與教師繁重的教研科研任務(wù)之間的矛盾。

構(gòu)建自主學(xué)習(xí)情境是提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在“計(jì)算機(jī)組成原理”SPOC翻轉(zhuǎn)課堂中，教師從單純的知識(shí)講授延展到對(duì)教學(xué)環(huán)境分析、建設(shè)教學(xué)資源、設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)和創(chuàng)新教學(xué)流程各環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都有對(duì)應(yīng)的自主學(xué)習(xí)力目標(biāo)，以提高學(xué)生專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)、綜合實(shí)踐能力，從而構(gòu)建出工科生工程素養(yǎng)核心能力的有效培養(yǎng)路徑。