多种教学方式混合的计算机基础教学改革与实践

黄旭　林加论

摘  要： 根据教育部制定的培养学生计算思维能力教学要求，结合课程现状分析，提出基于不同教学平台、线上/线下混合教学的改革策略，并从虚拟实验、移动教学、自主学习等方面进行了大学计算机基础课程教学实践。通过实施效果分析，证明采用多种方式混合的教学模式，可以提高课程教学效率、激发学生学习兴趣和主动性，同时达到培养学生自主学习能力及计算思维意识的教学目标。

关键词： 计算机基础教学; 计算思维; 混合教学模式; 虚拟实验; 移动教学; 自主学习

中图分类号：G642          文献标识码：A     文章编号：1006-8228（2020）06-95-04

Abstract： According to the teaching requirements of cultivating students' computational thinking ability formulated by the Ministry of Education， combined with the analysis of the current situation of the course， this paper puts forward the reform strategies based on different teaching platforms and online/offline blended teaching， and carries out the teaching practice of computer basic course from the aspects of virtual experiment， mobile teaching， autonomous learning， etc. Through the implementation effect analysis， it is proved that the blended teaching mode can improve the teaching efficiency， stimulate students' interest and initiative in learning， and achieve the teaching goal of cultivating students' autonomous learning ability and computational thinking consciousness.

Key words： basic computer teaching; computational thinking; blended teaching mode; virtual experiment; mobile teaching; autonomous learning

0 引言

计算机基础教学在我国高等教育中已有30多年历史，已经历过两次重要的改革。如今的第三次教学改革始于2010年，九校联盟提出计算机基础教学的核心任务是计算思维能力的培养，国内一些知名教授也开始通过各种形式探索计算思维概念的落地问题[1-3]，为大学计算机教育发展起到了重要的推动作用。

2016年，教育部高教司编制了《大学计算机基础课程教学基本要求》，提出“宽、专、融”三个层次的计算机基础课程体系，同时明确计算思维能力的培养将成为今后大学计算机基础教学的新常态[4]。

为了适应不断变化的形势，我校计算机基础课程也相应进行了多次教学改革，从最早的“计算机文化基础”到“计算机基础与应用”，再到目前的“大学计算机基础”，教学目标由原来的掌握工具软件操作调整为培养计算思维能力。

1 课程现状分析

大学计算机基础是我校面向所有专业开设的一门通识教育课程，近年来，在课程教学条件方面，一直存在机房使用紧张、教师教学任务繁重等突出问题。在学生层面，通过课前问卷调查，分析匯总如下。

⑴ 学生课前计算机水平参差不齐。虽然国内中小学校已普遍开设了信息技术课程，但依然存在2%“零起点”的学生，其余有69%的学生能进行网页浏览、聊天等简单应用，而29%的学生已掌握Office基本操作技能。

⑵ 学生自主学习意识一般。学生的学习依赖性较大，有将近一半的学生偏向于中小阶段传统的授课方式，需要在教学中加强自主学习引导。

⑶ 学生对课程学习期望较高。几乎所有的学生希望通过课程学习来提高自己的计算机应用水平，88% 的学生有考取计算机等级证书的打算，还有不少学生建议学校另外开设其他一些与医学专业相关的计算机课程，学生学习计算机的热情较高。

⑷ 学生移动设备使用情况良好。学生基本都拥有个人智能手机，且对各种网络应用操作比较熟悉，这将有利于线上教学模式的开展。

2 教学改革策略

课程教学改革首先需考虑如何缓解或解决教学中存在的各种问题，整体思路为：①针对机房使用紧张、教师教学任务繁重的问题，通过理论大班授课方式来缓解，同时采用虚拟实验方法，帮助学生适时消化理论知识;②针对学生水平参差不齐的问题，通过增加学生课外自主学习来弥补，同时为学生配套提供适合的数字化学习环境及相应的学习引导;③针对计算思维培养的问题，得从“基于计算机求解问题”的主线重新梳理教学内容，将计算思维的理念渗透其中，以期学生在课程内容的学习过程中逐步建立起计算思维意识;④充分结合学生移动设备及网络使用情况良好等有利条件，通过现代教育技术，采用多种方式混合的教学模式，来提高课程教学效率及教学质量。

根据教学改革整体思路，将课程教学设置为自主学习、理论教学和实验教学三大板块，分别安排在课前、课中和课后三个时间段来实施，同时明确过程中教师和学生的角色任务。此外，将网络课程与传统课堂做整合设计，基于不同教学平台、通过线上/线下的方式开展教学，混合教学模式实施流程如图1所示。

3 混合模式教学实践

根据教学改革策略，采用不同教学方式，开展以计算思维培养为导向的混合教学模式实践。

3.1 以虚拟实验方法辅助教与学

虚拟实验方法[5-6]具有抽象问题具体化、复杂问题直观化的特点，运用虚拟实验方法对理论内容中涉及到的基本原理、重要概念等进行形象表达及深刻诠释，可以帮助学生更好、更快地理解并掌握理论知识点。本课程自2017年开始实施由北京理工大学提出的“理论+概念+方法”教学方案，方案包括一套面向计算思维培养的教材和一款配套了29个虚拟实验、可实现无纸化实验管理的虚拟实验教学平台。结合医学院校特色和课程教学要求，理论环节只选取涉及重点难点内容的虚拟实验用于辅助教学;而实践环节则融入更多的虚拟实验，用于辅助学生加深概念理解及应用延展。在理论教学中加入虚拟实验演示，课堂讲授效果显著提升，特别是在介绍计算机中数据的表示与编码、图灵机模型、计算机的工作原理等难点内容时，通过虚拟实验演示，将抽象的概念变成具体的画面、将文字描述变成可视化的动态过程，极大激发了学生的学习兴趣，继而更加主动参于到学习中来，然后在接下来的实践环节中，通过自己动手操作验证，进一步加深概念的理解，最终达到教与学的双重目标。

以“一条指令的执行过程”虚拟实验为例（界面如图2所示），实验形象设计了RAM（存储器）、CPU（中央处理单元）及地址、控制、数据三种逻辑总线，通过取指令、指令译码、取数据及加法计算几个过程，虚拟展示三种信息（地址、控制、数据）在各主要部件间的流动及变化过程。通过“一条指令的执行过程”虚拟实验的操作演示，再加上一些简要的语言描述，学生就能以最直观的方式观察计算机中几大主要部件协调工作的过程，加深对指令、微指令以及指令系统的理解，了解指令执行的三个重要阶段：取指令、分析指令、执行指令，从而进一步认识计算机的工作原理。

3.2 以移动教学方式提高授课效率

传统大班授课的难点主要在于：①师生难于得于充分互动;②教师难于实时获知学生掌握情况。如果可以结合学生智能手机普及度高、网络使用方便等有利条件，选用合适的教学软件，将移动教学方法融入到传统教学中，就可以有效解决这一难题。

目前应用较多的移动教学软件有蓝墨云班课、课堂派、雨课堂等等，每款软件都各具特色，适用于不同的教学场景。其中雨课堂是由MOOC平台“学堂在线”与清华大学在线教育办公室共同研发的一款线上混合式教学工具，它将复杂的信息技术融入到教师最熟悉的PPT和微信中，具有简单易操作、课堂互动强、反馈实时等特点，非常适合在课堂中实施[7]。下面以雨课堂应用为例，说明移动教学方法的实施过程。

⑴ 课前阶段。教师通过PPT准备教学材料（如果计划在课堂中进行实时测试，需要通过雨课堂插件在PPT中插入题目，如图3所示）;向学生推送预习材料。

⑵ 课中阶段。教师通过微信连接雨课堂并开启授课，接下来选择虚拟班级（如果是第一次授课，需要创建虚拟班级）、开放二维码，等待学生扫描加入课程学习。授课过程中教师可以开启弹幕功能，鼓励学生表达自己的观点，增加师生互动;可以推送课堂测试，实时检测学生对所讲知识点的掌握情况并及时答疑;可以利用投屏功能，将答题结果及统计详情显示出来，活跃课堂气氛;还可以利用随机点名、课堂红包等功能，吸引学生注意力，提高学生学习积极性。

⑶ 课后阶段。教师向学生推送课后作业或学习资源;查看学生课堂、课外的学习情况和各项统计数据，有针对性的准备下次课的教学内容。

实践证明，雨课堂除了可以实现课堂上教师和学生的实时互动外，还会自动采集课前、课中、课后三个教学阶段中学生所有的学习行为数据，帮助教师快速了解学生的学习效果、及时调整授课进度与侧重点，极大提高了教师授课的效率。

3.3 以课外自主学习巩固教学效果

自主学习的设置，一方面可以帮助学习进度较慢的学生及时消化有限课堂时间中没有理解的知识点或没有掌握的操作技能;另一方面可以帮助基础较好的学生学习更多课堂外的相关知识。自主学习一般安排在课前或课后两个阶段进行，学生课前主要任务是依据教师给定的学习目标及学习要求，观看相应教学视频，或者根据个人需求制定个性化的学习计划，自己查找视频、浏览相关课程资源;课后的主要任务是完成教师布置的测试题，及时巩固所学理论知识，同时根据个人操作掌握情况安排上机操作练习。教师的主要任务则是提供必要的学习资源及学习引导，并解答学生的疑问。

大学计算机基础课程的网络学习资源较为丰富，因此，学生自主学习安排在线上进行，其数字化学习环境主要由Blackboard网络课程、智慧树教学网站、E-learning教学系统等在线教学平台搭建而成，其中：Blackboard网络课程将作为主要的基础平台，起到连结各类课程教学资源的纽带作用，并将全程记录学生课前及课后的学习完成情况，便于教师实时获知学生学习动向;智慧树教学网站提供了更为详细的课程教学视频，学生可根据个人学习需求制定个性化的学习计划，随时、随地灵活学习;E-learning教学系统是相关教材配套的教学软件，其提供的大量的实验题目及操作视频，可用于提高學生的Office操作技能。

3.4 实施效果总结

以计算思维培养为导向的计算机基础课程教学改革在我校已连续实施3年，通过日常教学检查、与老师/学生的访谈交流、课程考核成绩等方面，实施效果总结如下：

⑴ 教学压力得到缓解。采用理论大班授课的教学方式，相较比小机房授课的教学方式，可以缩减70% 左右的理论学时，在一定程度上缓解了因机房紧缺、教师教学任务繁重等突出问题带来的教学压力。

⑵ 学生学习主动性/积极性有所提高。在教学中引入虚拟实验方法，通过形象、直观的操作演示，激发了学生的学习兴趣，再加上灵活的移动教学方式，让课堂气氛更加活跃，学生学习也更加积极主动。

⑶ 学生自主学习能力得到增强。虚拟实验方法的实施，改变了学生以往缺乏独立思考、任何问题都依赖老师辅导的学习状态;加上丰富的教学资源、更便利的资源获取方式，使得学生学习更加自主。

⑷ 学生计算思维意识有所提高。从学生上交的算法设计作业中可以看到，学生给出的答案不再局限于课堂中已经讲授过的经典算法，而是出现了更多、更新颖的解题思路;此外，从学校的统计数据来看，每年学生参与的“互联网+”大赛项目多达上百个，说明已经有越来越多的学生具备了站在计算机的角度去解决现实问题的计算思维意识。

⑸ 学生课程成绩达到教学目标。虽然课程教学中弱化了Office操作内容的讲解，考核题量及难度也较往年有所增加，而学生的考核平均分、及格率和优秀率等仍然有所提高，已经达到预期的教学目标。

4 结束语

引入虚拟实验方法，采用多种方式混合的教学模式，是我校又一次新的课程教学尝试，从实施的效果来看，已经达到缓解教学压力、提高学生学习主动性，同时培养学生自主学习能力和计算思维意识的教学目标，接下来需要从计算机的医学应用方面增加课程内容的深度和广度，在现有实验的基础上开展以问题为驱动的拓展学习，训练学生的思维，提高学生利用计算机解决本专业具体问题的实践动手能力。

参考文献（References）：

[1] 何钦铭，陆汉权，冯博琴.计算机基础教学的核心任务是计算思维能力的培养[J].中国大学教学，2010.9：5-9

[2] 冯博琴.对于计算思维能力培养“落地”问题的探讨[J].中国大学教学，2012.9：6-9

[3] 李凤霞，奚春雁，彭远红.计算思维广泛落地于大學计算机基础课程教学的有效途径[J].计算机教育，2014.11：1

[4] 教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会.大学计算机基础课程教学基本要求[M].高等教育出版社，2016.

[5] 赵霞，李凤霞，蔡强等.计算机导论课程的教学改革探索[J].计算机教育，2015.17：13-16

[6] 陈宇峰，李凤霞.大学计算机基础与程序设计“两课合一”教学探索与实践[J].计算机教育，2019.11：24-27

[7] 李祁，杨玫，韩秋枫.基于雨课堂的智慧教学设计与应用[J].计算机工程与科学，2019.A1：139-143