梁 靜

（成都工業(yè)學(xué)院 計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，四川 成都 610031）

0 引言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校教學(xué)體系的重要組成部分，是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》中明確提出要發(fā)展中國(guó)特色世界先進(jìn)水平的優(yōu)質(zhì)教育，強(qiáng)化實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)［1-2］。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程是理工科非計(jì)算機(jī)專業(yè)大學(xué)生的信息化入門(mén)必修課，其理論知識(shí)廣、實(shí)踐要求高。

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程線上線下混合教學(xué)模式的展開(kāi)，以及MOOC等線上教學(xué)資源的進(jìn)一步豐富，一種泛在式學(xué)習(xí)環(huán)境逐漸形成，在線實(shí)驗(yàn)資源匱乏的缺憾也逐步凸顯，尤其是新冠疫情襲來(lái)之時(shí)，課程可以在線、實(shí)驗(yàn)只能擱淺的現(xiàn)象頻有發(fā)生［3］。在《教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)實(shí)施意見(jiàn)》落地階段，實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為金課建設(shè)中不可忽視的短板［4］。

1 泛在學(xué)習(xí)理念與實(shí)驗(yàn)教學(xué)

近年來(lái)，教育部大力推進(jìn)示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，鼓勵(lì)高校探索個(gè)性化、智能化、泛在化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，積極開(kāi)展與線上線下教學(xué)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革［5］。泛在學(xué)習(xí)（U-Learning）是一種利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)任何人、任何地方、隨時(shí)使用手邊可以取得的科技工具來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)活動(dòng)的4A（Anyone、Anytime、Anywhere、Any Device）學(xué)習(xí)模式［6］。2006年，第十屆全球華人計(jì)算機(jī)教育應(yīng)用會(huì)議的“泛在計(jì)算技術(shù)、移動(dòng)通訊技術(shù)”與“無(wú)所不在教育”專題拉開(kāi)了國(guó)內(nèi)教育技術(shù)界對(duì)泛在學(xué)習(xí)的關(guān)注［7］，國(guó)內(nèi)學(xué)者也對(duì)泛在學(xué)習(xí)對(duì)教材、教法、教學(xué)管理等方面的影響，泛在學(xué)習(xí)如何構(gòu)建環(huán)境，如何基于泛在學(xué)習(xí)開(kāi)展教學(xué)改革等問(wèn)題進(jìn)行了廣泛研究［8-11］。泛在學(xué)習(xí)的發(fā)展為高校教學(xué)改革提供了契機(jī)，就實(shí)驗(yàn)教學(xué)而言，基于泛在學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ讲粌H為日常教學(xué)提供了多樣化的學(xué)習(xí)方式補(bǔ)充，可滿足學(xué)生在常規(guī)教學(xué)基礎(chǔ)上的多樣化學(xué)習(xí)需求，也為突發(fā)事件情況下的教學(xué)提供了保障。

泛在學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革受實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)技術(shù)等因素影響，而地方應(yīng)用型高校師資力量薄弱、生源質(zhì)量參差不齊，優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)資源無(wú)法完全照搬，因此借鑒國(guó)內(nèi)先進(jìn)教學(xué)手段的同時(shí)結(jié)合自身實(shí)際進(jìn)行改革十分必要。本研究以成都工業(yè)學(xué)院開(kāi)設(shè)的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)改革為例，研究泛在學(xué)習(xí)模式中實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)資源、教學(xué)流程等建設(shè)中的具體問(wèn)題，探索地方應(yīng)用型高校開(kāi)展線上線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的道路。

2 地方應(yīng)用型高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

成都工業(yè)學(xué)院作為一所地方應(yīng)用型高等學(xué)校，在線上線下混合教學(xué)模式中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨如下問(wèn)題。

2.1 在線實(shí)驗(yàn)資源不足

成都工業(yè)學(xué)院大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程采用線上線下混合教學(xué)，以MOOC為主的線上教學(xué)平臺(tái)中理論資源居多，實(shí)驗(yàn)資源相對(duì)匱乏，且已有在線實(shí)驗(yàn)資源形式和內(nèi)容較為傳統(tǒng)，多為實(shí)驗(yàn)課件和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，形式上以文本和PPT為主，缺少視頻、動(dòng)畫(huà)、圖片；內(nèi)容上以操作步驟和要求為主，缺少原理解說(shuō)和過(guò)程展示。

2.2 在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)功能有限

成都工業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用課內(nèi)線下、課外線上的模式，課外實(shí)驗(yàn)主要依托MOOC學(xué)習(xí)平臺(tái)進(jìn)行，但這類平臺(tái)以課程教學(xué)為主，實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能有限。以中國(guó)大學(xué)MOOC平臺(tái)為例，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的在線實(shí)驗(yàn)多只提供OFFICE題目下載，C語(yǔ)言課程的在線實(shí)驗(yàn)也僅增加結(jié)果上傳和OJ評(píng)分，幾乎沒(méi)有實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的交互和反饋，也缺少對(duì)在線實(shí)驗(yàn)的輔導(dǎo)和監(jiān)管。西部應(yīng)用型高校的學(xué)生計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)水平參差不齊，學(xué)習(xí)主動(dòng)性也較為欠缺，基于該類平臺(tái)開(kāi)展的在線實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到教學(xué)效果。

2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)置需要調(diào)整

現(xiàn)階段大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)與理論教學(xué)在時(shí)間、空間上相互獨(dú)立。實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容上偏向于軟件操作和語(yǔ)法使用，與理論知識(shí)脫離較多，不利于學(xué)生理解計(jì)算思想和方法；時(shí)空上盡管通過(guò)線上手段進(jìn)行了拓展，但在線實(shí)驗(yàn)往往形同虛設(shè)，學(xué)生實(shí)踐訓(xùn)練不足，難以運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)支持和幫助專業(yè)學(xué)習(xí)。

3 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程泛在化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

總結(jié)前期線上線下的工作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我校西部新工科的定位和學(xué)生特點(diǎn)，擬定改革思路為以實(shí)驗(yàn)環(huán)境為依托，淡化實(shí)驗(yàn)、理論界限，開(kāi)展線上線下泛在學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，具體做法包括線上搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境，拓展專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；線下開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境使用；創(chuàng)建理實(shí)一體化實(shí)驗(yàn)環(huán)境，重塑教學(xué)流程，配套教學(xué)輔導(dǎo)和考核方案。

3.1 線上搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境，拓展專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

開(kāi)展在線實(shí)驗(yàn)需要豐富的在線實(shí)驗(yàn)資源和專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。將課程知識(shí)模塊的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容數(shù)字化、碎片化，開(kāi)發(fā)成數(shù)字化實(shí)驗(yàn)資源，融入教學(xué)案例庫(kù)、討論題庫(kù)、測(cè)試題庫(kù)、實(shí)驗(yàn)題庫(kù)中。鑒于成都工業(yè)學(xué)院在虛擬仿真技術(shù)方面的不足，采用校企合作方式引進(jìn)虛擬實(shí)驗(yàn)工場(chǎng)的仿真實(shí)驗(yàn)資源和在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。秉承“再造實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源、用好虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”的目的，結(jié)合學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)實(shí)情，內(nèi)化優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)資源，完成在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建。

優(yōu)質(zhì)資源內(nèi)化采用知識(shí)點(diǎn)對(duì)標(biāo)—實(shí)驗(yàn)分類—資源再造的步驟。首先根據(jù)課程教學(xué)需求將引進(jìn)的優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)資源進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)對(duì)標(biāo)；然后按照演示、交互、驗(yàn)證等類別進(jìn)行歸類，按照基礎(chǔ)認(rèn)知、綜合設(shè)計(jì)、創(chuàng)新研究進(jìn)行分層；最后將實(shí)驗(yàn)資源融入到課程已有教學(xué)案例庫(kù)、討論題庫(kù)、測(cè)試題庫(kù)、實(shí)驗(yàn)題庫(kù)等本土資源中，完成資源再造，建設(shè)一套包含典型實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、線下實(shí)驗(yàn)、虛擬實(shí)驗(yàn)的多層次數(shù)字化實(shí)驗(yàn)資源體系。圖1展示了大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的資源內(nèi)化步驟。

Fig.1 Resource internalization steps for college computer fundamentals圖1 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程資源內(nèi)化步驟

構(gòu)建實(shí)驗(yàn)在線平臺(tái)，采用中國(guó)大學(xué)MOOC課程學(xué)習(xí)平臺(tái)和虛擬實(shí)驗(yàn)工場(chǎng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)雙模式，其中中國(guó)大學(xué)MOOC平臺(tái)可供教師發(fā)布演示性和基礎(chǔ)認(rèn)知性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以通過(guò)該平臺(tái)觀看實(shí)驗(yàn)視頻，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)原理理解；虛擬實(shí)驗(yàn)工場(chǎng)平臺(tái)可供教師發(fā)布驗(yàn)證性和綜合性實(shí)驗(yàn)，也可發(fā)布一些交互性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過(guò)程反饋，學(xué)生通過(guò)該平臺(tái)完成交互、驗(yàn)證和設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，強(qiáng)化知識(shí)應(yīng)用，從而達(dá)到實(shí)踐訓(xùn)練的效果。圖2展示了大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程在虛擬實(shí)驗(yàn)工場(chǎng)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課堂管理的界面。虛擬實(shí)驗(yàn)工場(chǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在中國(guó)大學(xué)MOOC課程學(xué)習(xí)平臺(tái)中加入鏈接，學(xué)生可以由課程學(xué)習(xí)迅速跳轉(zhuǎn)至實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，一些有難度的虛擬實(shí)驗(yàn)也可根據(jù)提示通過(guò)瀏覽器下載安裝相應(yīng)插件后在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上得以開(kāi)展。

Fig.2 Virtual experimental workshop experimental classroom management圖2 虛擬實(shí)驗(yàn)工場(chǎng)實(shí)驗(yàn)課堂管理

3.2 線下開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境使用

由于大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的大部分實(shí)驗(yàn)為軟件操作，實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要為計(jì)算機(jī)，危險(xiǎn)系數(shù)不高，為實(shí)驗(yàn)室的課余開(kāi)放提供了可能性。成都工業(yè)學(xué)院的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室配備了云計(jì)算桌面、學(xué)習(xí)測(cè)評(píng)系統(tǒng)，可進(jìn)行中國(guó)大學(xué)MOOC課程平臺(tái)、虛擬實(shí)驗(yàn)工場(chǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、萬(wàn)維考試平臺(tái)的學(xué)習(xí)和測(cè)試，方便教師開(kāi)展課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)。為滿足學(xué)生的個(gè)性化自主學(xué)習(xí)需求，拓展在校學(xué)生的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，提供泛在學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境線下保障，該實(shí)驗(yàn)室會(huì)在課余開(kāi)放，學(xué)生可在課余時(shí)間完成課堂上未完成的任務(wù)，也可進(jìn)行個(gè)性化自主練習(xí)。同時(shí)，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室還配備有值班老師，擁有規(guī)范的值班制度，在保證實(shí)驗(yàn)室安全的同時(shí)也為自主實(shí)驗(yàn)的學(xué)生提供答疑服務(wù)。

3.3 創(chuàng)建理實(shí)一體實(shí)驗(yàn)環(huán)境，重塑教學(xué)流程，配套輔導(dǎo)方案

強(qiáng)化基于實(shí)驗(yàn)的知識(shí)運(yùn)用型教學(xué)，將教學(xué)環(huán)境轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，淡化理論課與實(shí)驗(yàn)課的界限，在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一開(kāi)展理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在理實(shí)一體的教學(xué)環(huán)境下，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容成為了課堂教學(xué)中必不可少的環(huán)節(jié)。課堂教學(xué)中按知識(shí)點(diǎn)所開(kāi)展的教學(xué)流程由原來(lái)的“SPOC預(yù)習(xí)—老師講解—學(xué)生討論—線上測(cè)試”增加為“SPOC預(yù)習(xí)—老師講解—學(xué)生討論—虛擬實(shí)驗(yàn)—實(shí)驗(yàn)報(bào)告—線上測(cè)試”（見(jiàn)圖3）。通過(guò)及時(shí)增加實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力，實(shí)現(xiàn)基于實(shí)驗(yàn)的知識(shí)運(yùn)用型教學(xué)。

Fig.3 Teaching process based on knowledge points圖3 按知識(shí)點(diǎn)所開(kāi)展的教學(xué)流程

在新的教學(xué)模式下重新進(jìn)行課程教學(xué)設(shè)計(jì)，使其既包含理論知識(shí)講解，又包含實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)計(jì)劃，同時(shí)加強(qiáng)過(guò)程監(jiān)控、過(guò)程性評(píng)價(jià)，增加實(shí)驗(yàn)考核的比重，完善基于泛在學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)習(xí)能力指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生按期完成學(xué)習(xí)。教學(xué)改革后的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程授課任務(wù)計(jì)劃如表1所示。

Table 1 College computer fundamentals teaching task plan表1 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程授課任務(wù)計(jì)劃

4 教學(xué)實(shí)施效果

成都工業(yè)學(xué)院在宜賓校區(qū)2021級(jí)11個(gè)專業(yè)1 539名學(xué)生的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中進(jìn)行線上線下泛在學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，通過(guò)平臺(tái)數(shù)據(jù)反饋來(lái)看，93%以上的學(xué)生達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，其中有72%的實(shí)驗(yàn)題目被反復(fù)多次練習(xí)，說(shuō)明與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ较啾?，學(xué)生在課外花了更多時(shí)間精力去學(xué)習(xí)，學(xué)生具有更高的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。學(xué)生總體實(shí)驗(yàn)質(zhì)量較高，優(yōu)秀、良好、及格、不及格的占比分別為31%、45%、21%、3%。

考察大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的思維訓(xùn)練目標(biāo)達(dá)成度和實(shí)踐訓(xùn)練目標(biāo)達(dá)成度。設(shè)課程目標(biāo)i共有n項(xiàng)考核項(xiàng)目，第j項(xiàng)所占的比例系數(shù)記作kij，第j項(xiàng)應(yīng)有的分?jǐn)?shù)記作pscoreij，第j項(xiàng)學(xué)生實(shí)際獲得的分?jǐn)?shù)記作rscoreij，則課程目標(biāo)i的達(dá)成度achi計(jì)算公式為式（1）。

通過(guò)比較2020-2021年度和2021-2022年度學(xué)生課程目標(biāo)達(dá)成度發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在新的教改模式下實(shí)踐訓(xùn)練目標(biāo)的達(dá)成度明顯提高，且思維訓(xùn)練目標(biāo)的達(dá)成度也略有提升，詳見(jiàn)圖4。

Fig.4 Comparison of course goal achievement圖4 課程目標(biāo)達(dá)成度比較

5 結(jié)語(yǔ)

成都工業(yè)學(xué)院結(jié)合地方應(yīng)用型高校的定位和學(xué)生特點(diǎn)，在前期工作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出線上線下泛在學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，開(kāi)展基于實(shí)驗(yàn)的知識(shí)傳遞性教學(xué)改革。通過(guò)實(shí)驗(yàn)資源、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、教學(xué)流程、輔導(dǎo)考核制度等建設(shè)，探索了一條符合自身需求的泛在學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革道路，同時(shí)也為地方應(yīng)用型高校開(kāi)展計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程線上線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。就地方應(yīng)用型高校而言，基于泛在學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革還任重道遠(yuǎn)，后續(xù)計(jì)劃在實(shí)驗(yàn)教學(xué)專業(yè)結(jié)合度和智能化程度上進(jìn)行更深入的研究。