安向明,屈成亮

(1.吉林化工學(xué)院 教務(wù)處，吉林 吉林 132022；2.吉林化工學(xué)院 石油化工學(xué)院，吉林 吉林 132022)

2020年初爆發(fā)的新冠狀肺炎極大程度影響了全球各級(jí)學(xué)校的正常教學(xué)，為應(yīng)對(duì)疫情危機(jī)，各地出現(xiàn)不同程度的停課停學(xué)，隨之陸續(xù)開(kāi)展大規(guī)模的在線教學(xué)[1-3]。疫情過(guò)后，傳統(tǒng)課堂與在線課堂將長(zhǎng)期共存并深度融合[4]。教育部吳巖司長(zhǎng)提出了混合式課程教學(xué)的建設(shè)應(yīng)遵循“四性”，即內(nèi)容的前沿性、互動(dòng)的高效性、方法技術(shù)的創(chuàng)新性及知識(shí)能力素質(zhì)相結(jié)合的有效性，以達(dá)到“五度”，即培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成度、社會(huì)需求適應(yīng)度、技術(shù)條件支撐度、質(zhì)量保障有效度、學(xué)生學(xué)習(xí)滿意度。

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程是面向高等學(xué)校非計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心通識(shí)課程[5]，非計(jì)算機(jī)專業(yè)的大學(xué)生通過(guò)本課程學(xué)習(xí),掌握計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念、基本原理和基本方法，以及利用計(jì)算思維來(lái)解決本專業(yè)實(shí)際問(wèn)題的能力，該課程基本決定了現(xiàn)代大學(xué)生未來(lái)的基本信息素養(yǎng)。因此，增強(qiáng)該課程的教學(xué)效果，對(duì)提高學(xué)生運(yùn)用信息技術(shù)分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力有重要意義。本文在“四性五度”指導(dǎo)下，以大學(xué)計(jì)算機(jī)課程為例，構(gòu)建了層次認(rèn)知模型，應(yīng)用到“SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的混合教學(xué)中，凝練出“資源整合、內(nèi)容融合、環(huán)境混合、活動(dòng)混合、評(píng)價(jià)混合”的多元混合教學(xué)思路，最終達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

一、大學(xué)計(jì)算機(jī)課程現(xiàn)狀

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程偏重于培養(yǎng)學(xué)生利用信息手段開(kāi)展專業(yè)技術(shù)學(xué)習(xí)的能力，增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維分析問(wèn)題以及啟發(fā)學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟硬件解決本專業(yè)實(shí)際問(wèn)題的能力。隨著混合式課堂教學(xué)的廣泛開(kāi)展，綜合考慮課程特征、學(xué)時(shí)限制、知識(shí)時(shí)新性、共享名校師資等因素，很多高校大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程采用混合式教學(xué)模式授課[6-8]。

通過(guò)混合式學(xué)習(xí)，學(xué)生初步掌握了使用計(jì)算機(jī)獲取信息、處理信息、傳遞信息的基本能力，當(dāng)前的課程教學(xué)在學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、基本操作技能方面有著良好的表現(xiàn)，但是缺乏應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決綜合問(wèn)題的能力以及使用現(xiàn)代信息技術(shù)手段進(jìn)行自主學(xué)習(xí)與協(xié)作學(xué)習(xí)的能力。課程教學(xué)過(guò)程中也體現(xiàn)了諸多問(wèn)題：首先，仍然存在“狹義工具論”的傾向，認(rèn)為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)就是讓學(xué)生學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)工具的使用，教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)相脫離，培養(yǎng)技術(shù)技能型人才的課程目標(biāo)難以落實(shí)；其次，教學(xué)內(nèi)容“常規(guī)化”，未能充分挖掘網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)等新理念、新知識(shí)和新技術(shù)資源的內(nèi)在價(jià)值，適合學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的優(yōu)質(zhì)資源匱乏；最后，教學(xué)評(píng)價(jià)形式化，對(duì)多元評(píng)價(jià)中自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、表達(dá)交流和同伴互評(píng)等過(guò)程性評(píng)價(jià)落實(shí)不到位，難以發(fā)揮教學(xué)評(píng)價(jià)的反饋、激勵(lì)、調(diào)節(jié)和導(dǎo)向功能。

綜上，探索建立知識(shí)和技能并重，與“四性五度”需求相適應(yīng)的課程體系，使學(xué)生通過(guò)教師講授、協(xié)作學(xué)習(xí)、自學(xué)習(xí)等手段更好地掌握信息處理技術(shù)，達(dá)到應(yīng)用計(jì)算思維解決本專業(yè)相關(guān)應(yīng)用問(wèn)題的目的，進(jìn)而提高課程教學(xué)質(zhì)量，是本課程改革需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。

二、基于層次認(rèn)知模型的課程設(shè)計(jì)

參考WING[9]的計(jì)算思維理論，根據(jù)從知識(shí)到能力轉(zhuǎn)變的遞進(jìn)過(guò)程，本文創(chuàng)建了認(rèn)知層、應(yīng)用層、設(shè)計(jì)層三層次認(rèn)知模型應(yīng)用于教學(xué)，以此加強(qiáng)深度學(xué)習(xí)，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。見(jiàn)圖1。

圖1 大學(xué)計(jì)算機(jī)層次認(rèn)知模型

教學(xué)設(shè)計(jì)從課程設(shè)計(jì)、資源設(shè)計(jì)和教學(xué)方法設(shè)計(jì)三方面進(jìn)行闡述。

(一) 課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)包括前期分析、課程標(biāo)準(zhǔn)、總體方案、教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、考核評(píng)價(jià)方案設(shè)計(jì)。

1.前期分析

包括學(xué)生特征研究、學(xué)習(xí)基礎(chǔ)調(diào)查、課程目標(biāo)制定、混合式學(xué)習(xí)環(huán)境分析和職業(yè)崗位需求定位，最終得到課程開(kāi)展深度學(xué)習(xí)視域下混合式教學(xué)的可行性報(bào)告。

2.課程標(biāo)準(zhǔn)制定

對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)編寫原則、教學(xué)大綱進(jìn)行研究，形成課程的總體方案報(bào)告。

3.教學(xué)內(nèi)容制定

為達(dá)到深度學(xué)習(xí)目的，根據(jù)大學(xué)計(jì)算機(jī)課程的授課大綱，對(duì)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的授課內(nèi)容特征進(jìn)行總結(jié)、理論學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)進(jìn)行細(xì)化分配；然后將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)分別歸類到層次模型的認(rèn)知層、應(yīng)用層和設(shè)計(jì)層中；最后，按照各層次模型所對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)的學(xué)時(shí)分配總和，來(lái)確定各認(rèn)知層次的理論授課學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)授課學(xué)時(shí)。各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)、學(xué)時(shí)與層次認(rèn)知模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 知識(shí)點(diǎn)及其所屬模型層次分類

根據(jù)知識(shí)點(diǎn)所屬模型層次的劃分，總結(jié)出不同認(rèn)知層次的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)，見(jiàn)表2。

表2 不同認(rèn)知層次的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)

在各層次的課程內(nèi)容組織上，一是對(duì)層次內(nèi)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行構(gòu)建、選取和確定，形成適合計(jì)算機(jī)通識(shí)教育的最小課程教學(xué)內(nèi)容集合；二是拓展與之相關(guān)的其他教學(xué)內(nèi)容模塊，充分利用信息技術(shù)手段和豐富的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，讓學(xué)生在課外進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)；三是依據(jù)認(rèn)知層、應(yīng)用層和設(shè)計(jì)層的教學(xué)目標(biāo)的不同，在具體的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)不同的教學(xué)方法，并采用不同的評(píng)價(jià)方式進(jìn)行考核。

4.考核評(píng)價(jià)方案

第一，分層分類考核。根據(jù)層次認(rèn)知模型的每一層中各類知識(shí)點(diǎn)的特性，采用不同的評(píng)價(jià)方法；第二，創(chuàng)新評(píng)價(jià)方式。鼓勵(lì)采取分組合作、面試答辯、同伴互評(píng)、實(shí)踐操作、作業(yè)展示等多種靈活評(píng)價(jià)方式，完善“自評(píng)-生評(píng)-師評(píng)-機(jī)評(píng)”四層結(jié)合評(píng)議機(jī)制。具體實(shí)現(xiàn)方法見(jiàn)表3。

表3 分層分類考核方式

(二) 課程資源設(shè)計(jì)

遵循“面向應(yīng)用、突出實(shí)踐”特性，以學(xué)習(xí)活動(dòng)為中心，設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、整合形成立體化優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源。課程資源建設(shè)中，既要注重概念、事實(shí)等陳述性知識(shí)的呈現(xiàn)，又要以適合崗位需求的真實(shí)任務(wù)為導(dǎo)向，通過(guò)模擬現(xiàn)場(chǎng)、合作學(xué)習(xí)、真實(shí)案例分析來(lái)提高解決問(wèn)題能力。從資源的類型、內(nèi)容和形式上進(jìn)行設(shè)計(jì)和組合，達(dá)到“認(rèn)知—應(yīng)用—設(shè)計(jì)”三層次聯(lián)結(jié)的目標(biāo)要求。

(1)內(nèi)容設(shè)計(jì)：包括知識(shí)點(diǎn)的呈現(xiàn)、技能操作步驟、實(shí)踐案例指導(dǎo)和工具類，使其與教學(xué)路徑保持一致，讓學(xué)生在不同階段根據(jù)自身需求選擇使用。

(2)資源分類：分為教材資源、PPT課件類、音視頻資源和動(dòng)畫類，適合學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和小組開(kāi)展探究協(xié)作活動(dòng)。

(3)資源形式：將教材資源、PPT課件、音視頻資源和動(dòng)畫等網(wǎng)絡(luò)資源融為一體，多角度展現(xiàn)事物的各方面，形成“課堂教學(xué)資源-實(shí)驗(yàn)實(shí)踐資源-網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源”三位一體的立體化教學(xué)資源，見(jiàn)圖2。

圖2 “三位一體”立體化教學(xué)資源設(shè)計(jì)思想

(三) 層次化混合式教學(xué)方法

為了提高不同層次上的課程內(nèi)容的教學(xué)質(zhì)量，滿足不同基礎(chǔ)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，擬通過(guò)“教師講授”“案例探究”“平臺(tái)學(xué)習(xí)”“實(shí)時(shí)討論”“論壇交流”“個(gè)別輔導(dǎo)”“調(diào)研分享”等多種教學(xué)手段，“搞活”混合課堂教學(xué)，探索“在線自學(xué)+師講生聽(tīng)+以練促學(xué)+生講生評(píng)”教學(xué)評(píng)價(jià)方式[10]并運(yùn)用到課程教學(xué)中。本文根據(jù)各層次的教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的混合式教學(xué)方法。

1.內(nèi)涵認(rèn)知混合教學(xué)

內(nèi)涵認(rèn)知混合機(jī)教學(xué)應(yīng)用于認(rèn)知層，主要通過(guò)“在線自學(xué)+師講生聽(tīng)”教學(xué)策略，介紹計(jì)算理論、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)語(yǔ)言等知識(shí)的歷史演進(jìn)過(guò)程，重點(diǎn)講解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)如何支持計(jì)算、程序執(zhí)行以及所有軟硬件資源的協(xié)同管理，從而揭示計(jì)算機(jī)內(nèi)涵。教學(xué)過(guò)程中，充分利用學(xué)校SPOC優(yōu)質(zhì)在線教學(xué)資源拓展相關(guān)知識(shí)，彌補(bǔ)學(xué)生個(gè)性化差異，教學(xué)重點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知與興趣。

2.案例應(yīng)用混合教學(xué)

案例應(yīng)用混合教學(xué)主要在應(yīng)用層使用，是指基于案例講解邏輯演算、基本電路原理、軟硬件使用、編程及算法的相關(guān)操作和相關(guān)概念。教學(xué)策略是“以練促學(xué)”。通過(guò)模擬和驗(yàn)證，培養(yǎng)學(xué)生深入思考和廣泛聯(lián)系的思維習(xí)慣，更進(jìn)一步提高人才培養(yǎng)的知識(shí)學(xué)習(xí)與能力提升。

3.演化設(shè)計(jì)混合教學(xué)

演化設(shè)計(jì)混合教學(xué)應(yīng)用于設(shè)計(jì)層，主要在課堂上通過(guò)案例的演化來(lái)介紹軟件綜合應(yīng)用、程序設(shè)計(jì)，適當(dāng)引入翻轉(zhuǎn)式課堂，利用SPOC教學(xué)資源對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行擴(kuò)展研究。教學(xué)策略是“以練促學(xué)+生講生評(píng)”。利用這種探索式的學(xué)習(xí)方式，提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，更深層次地啟發(fā)思維方式與創(chuàng)新意識(shí)。

三、教學(xué)實(shí)施及教學(xué)效果

(一) 教學(xué)實(shí)施

對(duì)于層次認(rèn)知模型中所有知識(shí)點(diǎn)，均采用“課前-課中-課后-反思”四段模式開(kāi)展教學(xué)；同時(shí)根據(jù)知識(shí)點(diǎn)所屬認(rèn)知層、應(yīng)用層和設(shè)計(jì)層的層次特征，酌情調(diào)整課前、課中、課后和反思四段式教學(xué)階段的側(cè)重點(diǎn)。在教學(xué)過(guò)程中，靈活創(chuàng)設(shè)教學(xué)交互環(huán)境，設(shè)計(jì)多樣化教學(xué)活動(dòng)，改變傳統(tǒng)課堂教學(xué)以“教師-教材-案例”為中心的知識(shí)傳授模式，形成以“學(xué)生-問(wèn)題-活動(dòng)-資源”為中心的應(yīng)用能力培養(yǎng)模式，見(jiàn)圖3。

圖3 四段式教學(xué)活動(dòng)

1.課前在線學(xué)習(xí)階段

首先，準(zhǔn)備課程材料，發(fā)布PPT、微課視頻、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、學(xué)習(xí)案例及其他參考資料，同時(shí)完成在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)的初始化。見(jiàn)圖4。

圖4 吉林化工學(xué)院SPOC平臺(tái)

然后，組織學(xué)生采用“SPOC+微課”的方式，對(duì)教學(xué)案例進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。為了增加授課的趣味性和實(shí)用性，安排了貼近學(xué)生專業(yè)、崗位任職的相關(guān)案例布置任務(wù)。比如，本人授課專業(yè)是電子信息工程專業(yè)，因此設(shè)計(jì)了與或非電路原理、硬件接口、電路設(shè)計(jì)等教學(xué)案例。學(xué)生線下自學(xué)的時(shí)候，通過(guò)拋出問(wèn)題引導(dǎo)他們由淺入深思考問(wèn)題。例如講解可計(jì)算理論，先從計(jì)算發(fā)展史的角度，選取比較有代表性的算盤引出手工計(jì)算方法，再?gòu)臋C(jī)械計(jì)算、電子計(jì)算引出自動(dòng)計(jì)算方法，最后通過(guò)圖靈模型引出可計(jì)算理論。從頭到尾，知識(shí)點(diǎn)環(huán)環(huán)相扣，學(xué)生學(xué)習(xí)了計(jì)算方法的演進(jìn)及可計(jì)算理論一系列知識(shí)點(diǎn)。

最后，學(xué)生在線實(shí)時(shí)討論、反饋學(xué)習(xí)結(jié)果，隨時(shí)解決預(yù)習(xí)中碰到的問(wèn)題，教師也適時(shí)調(diào)整了課堂教學(xué)內(nèi)容、按需備課，師生同時(shí)做好課堂學(xué)習(xí)準(zhǔn)備。

2.課堂教學(xué)

教師在課堂引入知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生回憶課前線下自學(xué)內(nèi)容，教師拋出問(wèn)題組織學(xué)生進(jìn)行交流互動(dòng)，完成新知識(shí)的深度精細(xì)加工。舉例如下：課前，學(xué)生自主學(xué)習(xí)了手工計(jì)算、自動(dòng)計(jì)算的演進(jìn)和圖靈機(jī)模型；課上，教師由計(jì)算方法的演變引出自動(dòng)化計(jì)算的原理，即把現(xiàn)實(shí)問(wèn)題抽象并用0、1表達(dá)，然后對(duì)0、1進(jìn)行邏輯運(yùn)算，最終用電路實(shí)現(xiàn)；通過(guò)圖靈機(jī)模型，重點(diǎn)講解可計(jì)算理論的核心概念、難點(diǎn)以及判斷問(wèn)題的可計(jì)算方法。

教學(xué)過(guò)程中，靈活運(yùn)用小組討論、協(xié)作學(xué)習(xí)、交流互動(dòng)、過(guò)程性評(píng)價(jià)等多種方式，帶動(dòng)學(xué)生課上積極參與互動(dòng)。最后知識(shí)點(diǎn)穿線，引入思維導(dǎo)圖總結(jié)課堂知識(shí)，完成課上任務(wù)。

3.課后知識(shí)應(yīng)用與創(chuàng)新

課后，引入平臺(tái)測(cè)試以及平臺(tái)資源進(jìn)一步豐富和拓展學(xué)習(xí)內(nèi)容，進(jìn)行知識(shí)的遷移應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)知識(shí)創(chuàng)新思維。例如，在講完0和1與電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)之后，拓展學(xué)習(xí)如何用電子原件實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算？如何用已實(shí)現(xiàn)的基本邏輯運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的運(yùn)算?

4.反思評(píng)價(jià)

該階段主要通過(guò)學(xué)生自評(píng)價(jià)、組內(nèi)評(píng)價(jià)、組間互評(píng)、教師評(píng)價(jià)等學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)的結(jié)果，結(jié)合教師在授課過(guò)程中意識(shí)到的問(wèn)題進(jìn)行教學(xué)反思，修正或改進(jìn)教學(xué)案例、翻轉(zhuǎn)課堂、學(xué)生分組、課程內(nèi)容分配、資源組織等，應(yīng)用到下一個(gè)教學(xué)周期。

(二) 教學(xué)效果

為驗(yàn)證本文提出的教學(xué)方法的可行性及有效性，對(duì)2020級(jí)電子信息工程專業(yè)實(shí)施了本文提出的分層混合式教學(xué)方法。課程完成后，針對(duì)授課內(nèi)容組織、講解效果、學(xué)習(xí)興趣、專業(yè)結(jié)合度、滿意度等情況對(duì)2020級(jí)和2019級(jí)本專業(yè)學(xué)生以及課程組教師開(kāi)展問(wèn)卷調(diào)查，并對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂參與度、線上測(cè)試達(dá)成度、期末考核結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 教學(xué)調(diào)查及考核結(jié)果

從圖5中可以看出，2020級(jí)利用本文提出的教學(xué)方法比2019級(jí)傳統(tǒng)教學(xué)方法的教學(xué)效果好，學(xué)生對(duì)大學(xué)計(jì)算機(jī)課程更感興趣，課堂學(xué)習(xí)氣氛比較活躍，與老師互動(dòng)較多，期末考核結(jié)果測(cè)評(píng)優(yōu)于2019級(jí)專業(yè)，課程目標(biāo)達(dá)成度較高，見(jiàn)圖6。更重要的，2020級(jí)學(xué)生滲透了專業(yè)教學(xué)案例，學(xué)生利用計(jì)算機(jī)思維解決本專業(yè)問(wèn)題的綜合能力更強(qiáng)，在以后的工作過(guò)程中的表現(xiàn)更會(huì)讓人滿意。綜上，說(shuō)明分層混合式教學(xué)方法是可行的，并且具有良好的教學(xué)效果。

圖6 課程目標(biāo)達(dá)成度散點(diǎn)圖

四、結(jié) 語(yǔ)

在“四性五度”指導(dǎo)下，重新梳理了課程方案、課程內(nèi)容和課程資源，構(gòu)建了層次化認(rèn)知模型并應(yīng)用于多元化混合式教學(xué)，最后以調(diào)查問(wèn)卷的方式進(jìn)行了教學(xué)效果的評(píng)估，得出以下結(jié)論：第一，將層次認(rèn)知模型應(yīng)用到大學(xué)計(jì)算機(jī)課程的混合式教學(xué)中去，一方面教師在課程內(nèi)容、教學(xué)方法應(yīng)用上更加清晰明了，另一方面，符合學(xué)生的認(rèn)知邏輯，加上與專業(yè)、崗位和場(chǎng)景相結(jié)合的案例教學(xué)，更有效的調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)興趣；第二，教學(xué)中以“學(xué)生-問(wèn)題-活動(dòng)-資源”為中心，突出學(xué)生主體地位，以解決問(wèn)題為導(dǎo)向，靈活應(yīng)用拓展資源，隨時(shí)開(kāi)展自主學(xué)習(xí)，做到學(xué)以致用，更加重視對(duì)學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)，為將來(lái)開(kāi)展信息技術(shù)相關(guān)工作打下良好基礎(chǔ)。