计算机基础在线开放课程群及新形态教材建设

吴 宁，闫相国，崔舒宁

（1.西安交通大学 电子与信息工程学院，陕西 西安 710049；2. 西安交通大学 生命科学与技术学院，陕西 西安 710049）

0 引 言

2012年，大规模开放在线课程（MOOCs）开始在全球兴起。作为在线开放课程，MOOC在提高教育质量、促进教育公平、加快教育现代化等方面都起到了重要的推动作用。

教育部吴岩司长在2017年的第十届“中国大学教学论坛”上提出：新时代高等教育的任务是实现内涵式发展。一流本科和一流本科教学，是内涵式发展的应有之义。培养一流人才，基础和核心是一流本科[1]。作为既是一门独立学科又是其他学科研究基础的计算机科学，在各学科人才培养方案中正在变得越来越重要[2]。计算机基础教育承担着所有非计算机专业本科生的计算机能力培养，因此，其教学质量和效果不仅直接影响到学生的计算机应用能力，在一定程度上也影响到本科教学质量。

各学科专业都有包括完整课程体系的培养方案，学生通过一系列不同层次课程的学习和最终的毕业设计实践达到专业培养要求。虽然大学计算机课程教指委在发布的“计算机基础教学基本要求”中提出了完整的计算机基础课程体系，但受学时等各种因素所限，现实中并未得到完整实施。

计算机基础教学中的另一大纠结是教材更新与技术发展之间存在的时间差异。计算机是20世纪以来发展最为迅速的技术之一。受编写周期限制，纸质教材内容很难完全跟上信息技术的发展，从而不可避免地使学生课堂所学知识与信息技术发展现状存在一定的脱节。

MOOC的兴起使推进信息技术与教育教学深度融合成为高校教学改革的重要方向。MOOC突破了传统课堂时空束缚，使教学和学习过程得以延伸，从而使计算机基础的体系化教学成为可能。在MOOC建设基础上，我们分别在两门课程中开展了“MOOC+SPOC+翻转课堂”的混合教学改革探索，并取得了良好的效果[3]，对线上线下相融合的教学模式有了较深入的认识和体会；同时，也为解决因学时不足引起的学生计算机能力和培养需求间存在的差异、教材内容难以跟上信息技术发展这两大困惑提供了新思路和新途径。

1 计算机基础系列在线开放课程群建设

计算机基础教育的主要目标是“普及计算机文化、培养专业应用能力、训练计算思维能力”[4]。针对计算机基础课程教学内容，我们在2012年曾提出建设计算机基础精品资源共享课程群的设想。围绕6门核心课程，从课程群的角度，开展了知识体系设计、优质资源建设和共享模式探索[5]。

基于对计算机基础课程群知识体系的研究，借助MOOC优势，以在Coursera平台运行两年的“.Net平台软件开发”专项课程建设经验为基础，我们建设了以培养学生对计算机的认知能力、编程能力和问题求解能力为目标的面向理工类专业的计算机基础系列在线开放课程群。课程群由从基础到进阶的不同层次、内容有效衔接的6门课程及最终的综合设计实践环节组成，形成了一个相对独立的计算机基础课程培养体系。

在线课程群结构如图1所示。其中，大学计算机基础课程为基点，承担着普及计算机文化的重任。该课程也是目前多数高校的必修课程。

图1 计算机基础系列在线开放课程群结构

长期的一线教学实践表明，学生只有经历了编程学习（即使是最基本的学习），才能真正对计算机原理有所理解，也才真正谈得上计算思维能力训练。因此，在基础知识学习之上，可以设计入门级的C语言程序设计课程，帮助学生掌握基本的程序设计方法。

在此基础上，分别通过3门课程，从高质量程序设计能力、面向对象的可视化编程方法和I/O接口控制系统设计等3个方向，培养学生利用程序语言求解问题的能力或初步的I/O接口控制系统设计能力。最后，利用软硬件综合设计指导课程，以项目驱动方式，指导学习者自主完成1～2个微型项目设计。通过类似于毕业设计的项目设计实践，帮助学习者达到对所学理论知识的融会贯通，培养学习者的问题求解能力。各在线课程的主要教学目标及教学视频容量见表1。

表1 各在线课程的主要教学目标及教学视频容量

2 融合在线课程资源的计算机基础新形态系列教材策划思路

（1）教材与系列MOOC同步规划、建设。书网一体化教材的特点是教材与在线开放课程同步设计[6]。教材更多地体现知识的体系化和完整性，MOOC则更强调重要知识点的讲解。计算机基础教学涉及基础理论和软硬件设计。教材中的知识体系描述可以通过MOOC教学视频展示，同时系列MOOC中可以加入大量教材难以完全涵盖的编程和系统设计案例详解、测验、作业解析等，从而在总体教学内容一致的基础上，形成教材与MOOC内容的互补。

（2）教材与线上课堂双向关联。MOOC教学视频都为短视频，这一特征为教材与视频的关联提供了便利的条件。在教材的每一段关键知识点描述中嵌入二维码，通过扫描二维码，可以从教材直接跳转到线上课堂，使学生在文字阅读的同时能方便地从视频中获得教师对知识点的讲解。将教材中与视频内容对应的知识描述数字化，通过在线上课堂中加入地址链接，实现在视频学习过程中可以同步阅读到详细的文字描述，实现从线上课堂到教材的跳转。教材每章后的作业练习是对该章内容掌握程度的检验，限于篇幅，通常情况下教材中不会附带对作业题目的解析，但这些解析可以借助MOOC实现，并通过二维码进行关联。

（3）相对稳定的纸质教材与动态更新的数字课堂相融合，形成新理论和技术快速更新的新形态教材。课堂教学是以原理讲授为主，并不强调，事实上也难以追踪到学科最前沿（特别是发展迅猛的计算机学科）。教材是教学过程中的主要资源，编写需要一定的时间周期，其内容的更新无法紧随技术的发展，但采用“互联网+”思路，在MOOC课堂中可以动态调整和加入能够体现新技术发展的数字文档（如近年迅速兴起的大数据、人工智能技术等）或某些特定专题的阐述（如什么是机器学习），作为纸质教材的扩充，实现教材内容的相对稳定，与教材链接的数字课堂资源随时更新，由此就能极大缩短教材内容与技术发展的差距。

3 面向校园的应用方案设计

信息技术与教育教学的深度融合是高等教育的重要发展方向。建设在线开放课程群是希望在构建相对独立的计算机基础知识领域的同时，能够通过线上线下相融合的学习方式来平衡专业研究需求与学时有限之间的矛盾，使学生具备一定的计算思维能力；研发与MOOC课堂一体化设计的新形态教材，可以缩短教材内容与技术发展的差距，便于学习并促进资源共享。总之，在线课程群建设和新形态教材研发的目的都是为了更好地服务于实际教学，服务于人才培养。

以我校机械类和生命科学类专业为例，目前的计算机基础类课程总学时多为104学时。完成学习后，多数学生能够编写简单控制台程序，但对包括经典算法设计、可视化编程等则存在较大欠缺。同时，由于计算机基础类课程多数安排在本科一年级或二年级第一学期，加之课程学习过程中因学时原因缺乏足够的设计实践，导致在四年级需要做毕业设计时很多知识都已忘记，也影响到了后期的专业研究。

为此，我们设计了面向校园、线上线下相融合的体系化计算机基础学习环境。

（1）通过开设与系列在线开放课程群结合的选修课，帮助学生完成对软硬件知识的进一步学习，实现计算机基础教学体系化。

（2）利用小学期实训，或在必修课程中加入大作业等方式，从软硬件综合设计MOOC中选择1～2个项目进行自主设计实践；对接口控制系统设计有需求的专业，可以在微机原理与接口技术教学过程中或结束后，结合物理实验环境，开展硬件接口控制系统设计训练。

这样，通过104学时课内学习+融合系列MOOC的选修课+综合项目设计实践，可以使学生达到初级程序设计或简单接口设计水平。

（3）利用在线学习平台，借助二维码和超链接技术实现视频学习与教材的双向跳转；通过辅助文献阅读实现教材内容的扩充和动态更新；设置在线自测练习、论坛答疑交流等环节延伸教学过程；在课程群知识体系设计基础上，构建可点击操作的可视化在线课程群知识地图，帮助学生了解课程群中各课程知识点间的相关性和课程间知识的关联性，以及各知识点所包含的核心概念及其概念描述。

由此，构建出包括实验、作业、答疑、考试等多个环节的立体化、系列化计算机基础课程学习环境。

（4）计算机基础课程多为大班教学。利用系列MOOC资源，在已有实践基础上，进一步探索如何通过线上线下教学的有效结合，提高大班教学环境下的混合教学效果。

4 结 语

随着人工智能、虚拟现实、物联网等信息技术的发展，计算机在各学科研究中的重要性和人才培养的必要性愈加凸显，计算机基础教育的质量也在一定程度上影响着本科教育的质量，完善的课程体系是学生实现知识有效掌握的基础。MOOC的兴起及线上线下相融合的教学模式探索，为实现计算机基础课程体系化教学提供了可能。借助学校、高等教育出版社和“爱课程”平台的支持，我们已完成了计算机基础系列在线开放课程群建设，已在当年度秋季学期上线发布；结合MOOC教学，我们启动了计算机基础系列教材编写，设计了纸质教材与在线课堂双向关联、教学内容动态更新的新形态教材建设策略。试图通过线上线下教学资源的深度融合，构建出体系化、独立领域的计算机基础学习环境，使学生通过“理论学习+设计实践”，初步具备一般计算机软硬设计能力，满足专业研究的需求。