“课堂支撑—主题驱动—竞赛进阶”式大学计算机基础教学改革与实践

2020-04-03吕海燕周立军

计算机教育 2020年3期

吕海燕，周立军，赵媛，张杰

（海军航空大学航空基础学院，山东烟台 264001）

0 引言

2017 年6 月训管部下发了新的《大学计算机基础》课程教学大纲，大纲提出课程教学理念以计算思维培养为牵引，突出军事应用特色，面向不同专业要求分类指导。要求课程教学应注重强化创造性思维过程的培养，采用灵活多样的教学手段，改革考试方式，突出能力考核。新大纲实施后，国防科大走在大基课程教学改革的前列，在出版新教材的基础上，按照全新的教学内容和教学要求，构建了“创新源于实践”在线课程教学平台，并在平台上上线了一套全新的在线实训项目，实现了“课堂教学+在线教学+课外技能训练”“线上线下”混合式教学改革与实践，课程考核结果、课程课后反馈等多方面表明，课程取得了较好的教学效果。

对于课程教学的方式方法，大纲还提出要鼓励学员积极参加学科竞赛和俱乐部活动等“内驱式”创新实践活动，以提高学员学习积极性、主动性、创新性，更好地实现学员信息素养和计算思维能力的培养[1]。注重培养学员的计算思维是新大纲要求的课程教学目标主旨，而计算思维培养需要学员具备实践能力强、逻辑性强和团队合作意识强的能力特点。因此，课程改革的重点是在充分有效地调动学员的主动性和积极性，使其自觉主动地用好课内外时间，基于课堂教学支撑，在掌握课程基础知识的基础上，发挥他们作为“网生代”的先天优势，充分利用新型学习环境（MOOC、微课等在线学习方式），按个体需求进行自主学习，“内趋式”提升自身的实践能力、创新能力[2-4]。

1 “课堂支撑—主题驱动—竞赛进阶”式课程教学模式

大基课程教学改革的重点是充分有效地调动学员的主动性和积极性，使其自觉主动地利用好课内外时间，去不断提升实践创新能力[5-6]。计算思维的“落地”需要充分体现和肯定学员的主体地位，使学员真正参与到实践创新活动中，提升学员使用计算机解决实际问题的能力。学校大基课程教学改革在围绕教学大纲这个核心，抓好“课堂教学”这一基石的基础上，充分发挥俱乐部主题活动（每周二、周四晚上利用第二课堂时间开展）“内趋式”驱动作用，丰富教学方式方法，并以学科竞赛为进阶，“赛学结合，以赛促学”，扩充优化教学内容，以实现课程教学模式的整体、协调优化，见图1。

图1 课堂教学—主题活动—学科竞赛教学关系模式

具体来讲，围绕以计算思维培养为核心的课程教学目标，以学员信息素养为起点，以python语言为工具，以俱乐部主题活动为驱动，以学科竞赛创新应用为进阶，对课程体系进行优化，构建了“课堂支撑—主题驱动—竞赛进阶”式三层课程教学模式，通过“信息素养—思维训练—创新进阶”式学员能力的螺旋式上升培养，实现学员计算思维的“生根发芽—茁壮成长—开花结果”见图2。课堂支撑主要实现学员信息素养的培养，是计算思维的生根发芽阶段；俱乐部的主题活动主要驱动实现学员在掌握具备基本信息素养基础上的计算思维训练，是计算思维的茁壮成长阶段；而参与各项学科竞赛则是学员创新应用能力的体现，是计算思维的进阶，是计算思维的开花结果阶段。

图2 “课堂支撑—主题驱动—竞赛进阶”式课程教学模式

2 “课堂支撑—主题驱动—竞赛进阶”式课程教学设计

“活动主题的确定可以通过学员自主立题，教员指定主题和随机抽取式等方式确定。主题一旦确定之后，学员就可以以此驱动有目的、有选择地去学习相关的知识和技术，进而有效地完成活动的实施。

2.1 基于课程内容特点和计算思维能力需求的主题活动设计原则

1）讲座类——计算机发展、信息安全等普及性的计算机科学基础文化性内容的主题活动设计。

以“计算机的前世、今生与未来”主题讲座为例，这一主题主要是针对课程“第1 章计算与社会 ”和“第9 章计算机发展新技术”，这两章内容的教学实施，采取学员讲座方式，学员变被动为主动，主动查阅、学习、发掘、思考、整理与计算机的各个发展阶段相关的内容、知识、相互关系，能够结合自身的岗位特点，进行了深入的思考和设想，并且能够在内化理解的基础上表达、交流、沟通出来，讲座效果反应良好。

2）角色扮演、情景游戏类——图灵机、CPU工作过程等抽象性的重难点内容的主题活动设计。

以俱乐部为依托的主题活动的开展，对于教学重点、难点等内容的实施发挥了良好的驱动作用，如教学重点、难点中的图灵机、捉狐狸问题、CPU 的工作过程等，通过情景游戏、角色扮演等主题活动的开展，学员能够较好地理解、掌握、乃至灵活应用，设计出了很多好的案例。

3）服务类——软硬件系统、网络等认知性的计算机工作原理性内容的主题活动设计。

以计算机硬件系统部分为例，通过举办笔记本购买服务活动“‘本’该如此，Let's‘购’”，学员不再是迷失在各种高配参数的宣传、选择中，进而导致资源、金钱的浪费，而是要结合自身的需求进行合理地选择。

4）知识竞赛类——信息的表示、算法分析与设计等实践性强的内容的主题活动设计。

目前学校主要参加的计算机类学科竞赛有：ACM 程序设计竞赛、中国大学生计算机设计大赛、山东省人工智能大赛、各类数学建模比赛等。除了各组织、机构举办学科竞赛外，学校还结合课程内容特点组织了校内赛，结合各类比赛的特点及其与课程内容的关联度、耦合度，课程组将竞赛分解融合到各章节的教学设计中，实现与课程内的全程化渗透，有效激发学员学习和参赛的兴趣。

2.2 基于计算思维主线的典型主题活动、计算思维映射及竞赛耦合设计

计算思维能力培养目标不需要也不可能涉及计算思维的方方面面，而应该面向各专业特点、需求，培养学生基本的计算思维能力[7]。为方便学员有目的性、针对性地学习，课程组以“计算思维意识培养—计算思维方法培养—计算思维能力培养”为课程级计算思维培养主线，围绕计算思维的42个核心概念[8]，结合课程内容特点及大纲要求，建立了计算思维在课程内容中对应的表达体系，将其融入和映射到课程章节乃至具体的知识点之中，构建“章节—知识点”计算思维主线，实现“计算思维”的多维度落地[9-15]，详细设计见表1。

表1 基于计算思维主线的典型主题活动、计算思维映射及竞赛耦合设计

（续）表1

3 改革实施效果及意义

“课堂支撑—主题驱动—竞赛进阶”式教学改革的探索与实践，从课堂教学效果看，学员实践创新能力、团队合作能力培养等方面都取得了一定的教学效果。

1）课堂教学支撑作用凸显，学员课程考核成绩稳步提升，信息素养提升显著。

从课堂教学实施情况看，学员的主动参与度提高，表现欲增强，课堂活跃程度有了较大提高，绝大部分学员能够积极参与到课前自主学习、课中讨论、分享、交流和课后拓展评价各个教学环节中。实验任务和作品完成效果好，在满足基本实验要求的基础上，体现出了学员的个性化特色。学员课程考核成绩稳步提升，计算机基础知识的理解、应用能力，Office 办公软件的使用、多媒体信息处理能力等信息素养提升显著。

2）主题活动驱动作用凸显，学员参与主题活动积极主动，计算思维训练效果显著。

课后我们对主题驱动活动的效果进行了问卷调查，调查主要从大学计算机基础课程对学员计算思维能力培养的3 方面定位进行，分别是计算机的认知能力提升，具有判断和选择计算机工具与方法的能力（包括运用信息技术的学习能力等）以及运用计算机解决问题（学习、专业、岗位等）的能力，调查结果见表2。

3）学科竞赛进阶作用凸显，学员参与学科竞赛屡创佳绩，创新应用能力提升显著。

课堂教学的支撑和主题活动的驱动，使学员具备了基本的信息素养，并形成了一定的计算思维能力，为参加学科竞赛打下了良好的基础。学科竞赛是对学员创新应用能力的进一步提升，也是学员计算思维培养开花结果的有效体现形式之一。目前学员主要参加的计算机类学科竞赛有：ACM 程序设计竞赛、中国大学生计算机设计大赛、山东省人工智能大赛等。其中设计大赛每年参加人数最多，2017 年、2018 年每年约有60 余名学员参加，而今年学员参与积极性最高，有180 余名学员参加，共提交了人工智能类、大数据应用系统开发类、移动应用开发类等11 类60多个作品（截至论文截稿还有12 个进入国赛的作品决赛还未进行）；ACM 程序设计竞赛参加学员人数较少，参与获奖情况见表3。

表2 “主题驱动”计算思维效果训练问卷调查结果 %

4 结语

为实现新大纲要求的以培养学员计算思维为主旨的教学目标，大学计算机基础课程的教学改革理念迫切需要从“知识输出”向“能力导向”的转型。学校探索实践的“课堂支撑—主题驱动—竞赛进阶”式教学模式，围绕“能力导向”的教学理念进行的改革探索与实践，取得了一定的教学效果。如何紧跟大数据、云计算、人工智能等新技术发展，以“能力导向”为牵引，实现学员信息素养和计算机应用能力的持续提升，课程教学改革仍需整体推进、协调发展、总体规划，进而实现培养适应未来信息化、智能化海上战争需求的高素质新型军事人才的目标。