智能时代高校计算机公共课混合教学模式研究

房 媛，赵秀岩，王美航，王伟珍

（1.大连工业大学 信息科学与工程学院，辽宁 大连 116034；2.日本北陆先端科技大学院大学 信息科学学部，日本 石川县能美 923-1211；3.大连工业大学 服装学院，辽宁 大连 116034）

0 引言

人类社会正在迈入智能时代，互联网、大数据和人工智能的运用日益普及，人们的生活、学习和工作环境正发生着革命性的变革。与此同时，智能时代的教育形态也在改变，基于移动互联的信息技术正在改变着教育环境、教育模式[1]。我国高等教育改革也从形式改革到质量革命的阶段不断推进，提高高等教育的管理质量和管理水平是推进高等教育治理体系和治理能力现代化建设的关键和重点，全面打赢“质量革命”攻坚战，就要打好“结构优化”攻坚战、“模式创新”攻坚战、“学习技术”攻坚战、“质量体系”攻坚战。对于高校本科生来说，计算机公共课是最重要的公共基础课之一，其主要教学目的是使不同专业的学生通过掌握计算机的基础知识和操作技能，掌握计算机程序设计的方法，培养计算思维，以此来提高非计算机类大学生的信息素养，从而辅助学生对本专业知识的深入学习和灵活运用。伴随着信息社会技术的飞速发展，目前的大学生对于信息技术的了解和掌握能力与以往大学生的认知特点，学习能力大有不同，这也对计算机公共课的教学提出了新的课题。如何利用最新的教学技术方法提升教学质量？如何培养符合信息社会需求的人才的信息素养和信息处理能力？这也是智能时代的计算机公共课程共同的课题。

MOOC （Massive Open Online Course）即慕课，在其出现的短短几年时间发展迅猛，截止到2018 年的不完全统计，全球超过900 所大学宣布推出慕课课程总量达到114 万门，各大慕课门户注册用户数累计超过1 亿人[2]。我国慕课发展迅猛，2013 年由清华大学开发的学堂在线发布，截止到目前，我国已有十余个慕课平台提供了超过12 500 门慕课课程。与传统课堂授课方式相比，慕课实现了优质教学资源的共享，受众面广泛，远程异地和特殊情况下的教与学，提供了异步教学环境，学习者可以自主决定学习进度和学习方式。慕课也存在着明显的缺点，学生的学习热情因为没有互动和监督容易怠倦，学生需具备较高的自主管理能力才可能完成课程学习[3]。2013 年，SPOC （Small Private Online Course）即“小规模在线课程”的出现被认为是慕课的延伸和发展。SPOC 是面向特定人群的、面向“线上线下结合”的集管理、网络媒体教学环境和网络媒体教学工具于一身的辅助教学手段[4-5]。高校计算机公共基础课程有着涉及专业广泛，人数众多，涉及科目多，师资数量薄弱等突出特点。可是，对于高校计算机公共课的课程讲授和考核来讲，无论是MOOC 还是SPOC 模式都存在着无法监督到个人的诚信行为，对于学习者学习效率的把握也是参差不齐[6]。

1 计算机程序设计课程教学现状

计算机程序设计是高校开设历史较长的计算机类公共基础课。其教学手段和考核方式相对比较单一。教师一般都采用的是大班教学，虽然面授但是很少互动，久而久之，无法在同一时间满足不同学习能力的学生需求，教学效果不佳。因此如何面向不同学习基础和不同专业的学生，切实提高教育质量，增强学生学习兴趣，是深化计算机程序设计课程改革的重要问题，尤其是在智能时代如何更好地利用线上教学手段和方法提升教学质量。

以大连工业大学为例，面向非计算机专业的计算机公共课包括大学计算机基础和计算机程序设计两类。计算机程序设计课程包括面向理工科的计算机程序设计（C 语言） （以下简称计算机程序设计）和面向文管科的数据库应用技术（Visual FoxPro），其课程目标是培养计算思维能力，培养编程能力以及提升学生的计算机操作能力。计算机程序设计课程的学时是64 学时，其中包括48 学时理论和24 学时上机实践，采用学生每人一台电脑，师生“教—练一体化（Teaching Practice Integration,TPI）”全机房授课形式。

计算机程序设计课程经过近几年的教学改革，对比教室教学模式，改成“教—练一体化”授课后，确实激发了学生学习的兴趣，提升了课堂的关注度和教学效率，但是仍然存在着“教—练一体化”的学时相对偏少，难以开展与专业结合项目案例的教学需求。此外，计算机公共课程存在着一部分不能够达到考核要求的学生，如果跟班进行重修则面临着教学资源严重不足的问题。

2 “SPOC教学+机考”混合教学模式

2.1 优势突出的混合教学模式

面向非计算机专业的计算机程序设计课程，不仅需要知识传授和能力训练，更重要是的通过课程的学习对于计算思维的理解，以便解决与专业结合的实际问题。由于非计算机专业涉及学生异构性强，基础参差不齐，对于学习需求不一致。虽然通过TPI 教学模式改革已经提升了学生的学习兴趣，在同一时间同一空间实时因材施教还明显存在不足。在课程可持续、模式自由度、学生异构、教学效率、身份验证和出勤率进度等方面对于TPI 和“SPOC+机考”混合模式的教学特色在表1 中进行了对比。从中不难发现，基于“SPOC 教学+机考”的混合教育教学模式，融合了MOOC 思想和SPOC 的灵活教学方法并规避它们的缺陷，能进一步推进以学习者为中心的教育教学理念，兼顾教师的主导作用，融合线上线下多种教学方法，结合多种教学资源，采用多层次的评价指标，构建同步和异步学习交叉呼应的混合教育教学模式。“SPOC 教学+机考”的方式在学生测试的身份验证、学生异构、因材施教、课程可持续等多个方面体现了突出的优越性。

基于辽宁省优秀资源共享课基础的计算机程序设计“SPOC 教学+机考”的混合教学模式，如图1 所示。教师在课前阶段制订教学大纲、设计教学知识点、录制教学视频、布置作业、规划测试等。课中阶段教师主要负责督促进度、互动答疑和反馈课堂信息。课中阶段学生进行视频学习、完成作业、参加线上课程随机测试。在课后阶段，系统平台收集学生在学习过程中产生的信息数据，例如知识点学习时间、测试结果、作业情况等汇总存储在平台管理系统中。教师可以根据学生课程学习过程中的信息数据生成评价结果和分析报告。课后阶段的数据直接反馈给课前阶段的教师角色，以备教师及时调整下一步的教学规划。

表1 不同教学模式特点对比

2.2 丰富完善的课程资源

计算机程序设计课程包括56 个课程视频知识点，视频时间累积1 084 分钟（约18 个小时）。各章节时间分配点、作业、测试情况等信息如表2 所示。知识点数量前三位的分别是第3 章运算符和表达式，第9 章指针，第2 章数据类型和第8 章函数。视频讲解时间排在前三位的是第3 章运算符和表达式，第8 章函数，第6 章循环结构程序设计。另外，课程规划设计3 次作业，开放时间是授课全程开放。作业的题目类型有基础知识单项选择题、程序类选择题和填空题。根据网络学习特征进行的本课程规划4 次测试，题型均为选择题和填空题，方便作答。作业和测试的课程知识点覆盖比较全面，重点突出。

图1 “SPOC 教学+机考”主要教学过程示意图

表2 计算机程序设计课程SPOC 视频、作业和测试分布情况

2.3 全程全回溯的课程评价

计算机程序设计课程TPI 模式下的课程评价由两部分组成，课堂平时成绩占40%，上机考试占60%。课堂平时成绩的给出标准由考勤10%，提问10%，作业30%，测试50%组成。平时成绩的给出全部依靠教师主客观结合给出，全课堂学生是统一标准的受众，教师难以在课堂上做到分层次不同地给予个别定制的评价方案。计算机程序设计SPOC 课程评价经过几期的不断反馈修正，目前包括SPOC 课程学习评价和机考评价两部分组成。其中，SPOC 课程学习评价占课程总成绩的40%，其中由视频知识点学习评价30%，作业评价30%和测试评价40%共同组成。机考评价则占课程总成绩的60%。同时，也形成了本课程的“SPOC 教学+机考”的融合评价模式，既保证了教学的灵活，又保证课程考核的公平与公正。

3 “SPOC教学+机考”效果分析

选取2019—2020 学年度的参与“计算机程序设计”课程“SPOC 教学+机考”的来自不同专业、不同年级的330 名同学作为研究对象，从教师的教学时间、学生的学习时间、学习成效等多个方面进行翔实的数据分析。

3.1 教师的教学时间

“教—练一体化”与“SPOC 教学+机考”模式的教师所用时间对比如表3 所示。对开展计算机程序设计的10 位教师开展了关于“教—练一体化”教学时间的问卷调查。该门课程的学时是64 学时，备课时间128 学时，按照教学16 周计算，每周教师安排的答疑时间2 学时，每周处理作业、平时成绩给定等时间2 学时，粗略算在一起，完成计算机程序设计一门一个教学班（1 个机房的最大容纳数量是120 人）的教学任务教师总共需要256 学时的时间。

在应用“SPOC 教学+机考”的教学模式后，一个教学班（人数不多于300 人），教师课前阶段的课程规划、资源整理、课件制作、视频录制等按照1:15 的比例，1 小时的视频资源、作业资源和测试资源则总体需要15 小时的课前阶段准备，本门课程共录制视频共计18 小时，则需270小时，折合成学时约360 学时。课程视频重复利用3 个批次的话，平均每个批次120 学时。教师线上答疑时间，由于是非面对面的授课形式，所以答疑时间有所增加，每周4 学时；作业布置、测试布置、批改分析等教学环节，每周2 学时。通过“SPOC 教学+机考”教学模式则完成一次本课程教学需168 学时。

表3 不同教学方式教师所用时间对比

3.2 学生的学习时间

学生的学习时间自己把握，更为灵活，视频观看也可以进行反复学习，对于难点和重点也会有更多的时间进行学习。图2 和图3 所示分别呈现了100 位完成了所有视频知识点学习的学生的访问次数，以及获得的平时成绩。学生的访问次数与学习时长的正相关系数为0.241 1。学生的学习时长与平时成绩的分值分布的相关系数为0.020 2。也就是说，学生通过多次访问才能学习完视频的全部内容，而不是采用突击完成视频学习的方法。学生学习视频的时长与成绩的高低相关性不明显，这也与学生的学习基础，课后的巩固练习等多方因素相关。

3.3 学生的学习成效

330 名参与本门课程的学生在测试1 和测试2的学习成效对比结果如表4 所示，完成测试人数增加了22 人，测试持续天数增加1 倍，通知数量均为8 次，平时成绩满分10 分的条件下，由7 分增至7.7分，优良率提升了16%，不及格率下降了1%。

在发送通知与完成次数的关系上，如图4 和图5 所示。大部分学生集中到测试的后面几天完成。测试1 从发布到结束共经历11 天，其中3 天为周末，8 天为工作日。测试2 共持续22 天，其中6 天为周末，16 天为工作日。从完成测试的数量来分析，工作日完成比为17.875，周末完成比为18.111，周末时间完成数略高。周末时间发出的通知为4 次，其余均在工作日发出。

图2 访问次数与视频学习时长关系

图3 平时成绩与视频学习时长关系

图4 测试1 的发布通知数量与完成人数

图5 测试2 的发布通知数量与完成人数

表4 学生测试成效分析

4 结语

“SPOC 教学+机考”是紧跟智能时代人才培养需求的符合高校人才培养目标的混合教学模式的形式之一。智能时代的混合教学模式的理论和实践研究都在不断完善中，“SPOC 教学+机考”模式对于不同年级、不同专业的计算机公共课的授课和管理有着突出的优点，且在一定程度上缓解了师资数量不足，课程学时少，内容困难的突出问题，同时也充分利用了学生的课外时间，增强了学生的学习兴趣与动力。从学习成果分析结果来看，学生的成绩在显著提升。作为TPI 教学模式的有效补充，“SPOC 教学+机考”能够切实减轻教师负担，让教师更专注课程内容的创新，切实提高程序类设计课程的教学质量。虽然“SPOC 教学+机考”在成绩评价方面做到了公平和普适原则的统一，但其中也存在着坚守诚信学习的问题，这为日后混合教学模式的课程思政改革提出了新的课题。