结合思科网院的大学生《计算机实用基础》课程教学改革与实践

2023-01-30孙璐荣姜楠楠于晓婷

山西青年 2023年1期

孙璐荣姜楠楠于晓婷

哈尔滨华德学院，黑龙江哈尔滨 150025

一、《计算机实用基础》课程的重要性

为应对全球科技革命与产业变革，更好地支持国家“中国制造2025”战略，教育部积极推进高校进行“新工科”建设［1］。通过与传统工科专业交叉融合进行新工科建设，助力传统工科转型创新，可见计算科学在高校落实“新工科”建设中的重要性。美国总统信息技术咨询委员会（PITAC）在2005年6月曾提交报告并明确阐述应利用计算科学促进其他学科更好发展。报告提出，21世纪科学上、经济上最重要、最具前沿性的研究都需要通过运用计算技术和计算科学解决。那么，大学《计算机实用基础》课程对培养非计算机专业学科学生的计算思维和利用计算机技术求解问题的能力显得非常重要。

立足应用型本科高校，人才培养目标的设定、培养方式的选择和师资队伍的建设等方面均与普通高校有显著区别［2］。应用型本科院校的人才培养定位面向生产和服务一线，以应用为核心培养具有扎实理论基础、广阔专业知识视野、熟练应用能力和综合实践素质高的高层次应用型人才。国际上知名应用技术大学的办学宗旨也培养高层次应用型人才，强调课程的设计要突出实践性和应用性，将专业理论知识与实践技能有效结合，从而培养学生利用所学理论与实践技能解决实际问题的能力。计算机实用基础教学也受限于传统教学内容和教学方案，存在知识面广而杂、理论讲授深度不够、理论练习实践不紧密、缺乏个性化思维能力培养和利用计算思维求解问题的训练等不足。显然，“新工科”的建设给计算机实用基础教学在提高学生计算思维解决实际问题和工程实践能力的培养方面提出新的挑战。

二、新时代对计算机实用基础教育提出的能力培养需求

计算思维是《计算机实用基础》课程的核心思维，是实现“新工科”建设的有效执行途径。计算思维是解决问题时求解解决方案的思维过程，解决问题的方式需要利用信息化手段完成。不同专业都可以利用适合的计算模型解决专业领域的问题，计算模型的建立就是计算思维与专业融合的开端，是进行学科交叉融合的契合点。

专业领域的问题需要利用计算模型解决，而计算模型的建模的重点是将问题计算化处理，掌握将问题计算化处理的能力，再结合丰富的专业理论知识和实践训练就可获得计算建模的能力，所以问题的计算化处理是《计算机实用基础》课程针对“新工科”建设提炼出具有普适性的第一层基本能力。学生获得问题计算化处理的能力后，还需要具有将计算模型程序化的需求，针对求解问题编译出一个具有特定需求的可执行程序，至少掌握某种程序语言编码能力以便将计算化处理的问题结果运行出来，即《计算机实用基础》课程需要培养学生的第二层计算求解能力。问题计算化能力和计算求解能力的培养是计算机思维培养和求解能力培养的基石，结合这两种能力已经可以解决大部分专业领域的简单问题。在此基础上，结合专业领域知识求解复杂问题即获得学科交叉融合解决问题的第三层能力。

当然，这三层能力的培养往往需要经过更加复杂化和专业化的训练，因此引导学生将复杂问题简单化也是这一阶段注重培养的能力之一。计算机实用基础教育的人才培养以计算思维为核心不断向着求解问题的目标动态推进。

三、《计算机实用基础》课程面临的教学痛点

（一）教育观念和教学方式上的局限

传统的计算机实用基础教学依赖教师课堂讲授，往往授课过程中以教材和教师为核心展开教学，课程忽视了以学生为中心的教学理念。许多投身一线教学的教师长期沉浸在传统教学理念中，不接受新的教学模式、理念，技术能力也不能及时跟上计算机技术的更迭速度。因《计算机实用基础》课程不是专业课，学生对课程的重视程度不足，陈旧的教学内容、落后的教学手段将会导致学生出现厌学、弃学等现象。

（二）学时不足，理论实践分配不均

计算机科学是一门复杂学科，具有技术繁杂、知识密集、应用面广、更新速度快等特性。有研究显示自20世纪90年代以来，计算机相关知识每3到5年以成倍的速度更新。即使提取这门学科的常用知识和实用技能，凝集成一门具有普适性的基础课程也仍存在知识点庞杂的特点。而大部分高校计算机基础课程的总学时普遍仅有32学时或24学时。在有限的学时限制下，教师在授课过程中常为了覆盖到知识点而重理论传授轻动手实践。

（三）因材施教落地实施难

由于各地区初高中对计算机课程教学重视程度的不同，造成学生对计算机技能的了解掌握出现差异化。有一小部分学生可能很少使用计算机甚至从未接触过计算机，而另一部分学生已经可以熟练使用计算机进行网上聊天、电子游戏，亦可简单使用Office办公软件。但随着智能手机的普及，大部分学生逐渐习惯用手机完成许多操作，对计算机的兴趣和操作能力呈现下降趋势。

（四）考试模式落后，成绩评价单一

计算机实用基础是必修的公共基础课，课堂人数普遍在70到120人之间，无论是课堂管理还是作业批改都面临着基数大的问题，教师很难及时批改作业、精准管理学生，学生的学习效果也难以保证。利用传统的考核方式，学生的课程成绩单凭教师对学生上课表现和一纸试卷决定。即使了解学生对计算机理论知识的掌握情况，也不能合理体现学生对计算机技术的实际操作能力。

四、《计算机实用基础》课程体系重构方案

为了更好体现教学效果，课程引入基于学习产出的教育模式（Outcomes-based Education，OBE），从《计算机实用基础》课程的教学内容、教学模式和考评方式等方面以OBE为导向构建以学生为中心，以学习成效为验证展开教学改革［3］。

（一）《计算机实用基础》课程教学内容

为解决上课学时的限制，体现OBE教学模式效果，课程引入思科公司的产学合作协同育人项目，构建与企业需求接轨的计算机课程体系。根据不同专业需求开设思科网院提供的在线学习课程，以“专业融合，能力提升”为目的，重构《计算机实用基础》课程体系，提升课程的实践训练和自主学习占比，使学生的学科融合能力和自主学习能力都得到提升。计算机实用基础教学内容结合国家二级计算机考试科目要求，不断更新迭代。经过几番实践，主要包含主流Windows操作系统和Office办公软件中的文字编辑、表格处理和电子演示文稿等部分。

在非计算机专业的《计算机实用基础》课程内容改革中，根据专业性质选择适配的思科学习平台优质在线资源开设ITE（IT Essentials：PC Harware and Softwate）、IOT（Introduction to IoT）和ITC（Introduction to Cybersecurity）三门课程及几个典型仿真实验融入教学内容。从而在已有计算机实用基础知识结构基础上对课程内容进行课后的补充拓展。

（二）计算机实用基础教学模式

引入超星学习通和思科网院教学资源，围绕课前、课中、课后构建混合教学模式，课前利用学习通或思科资源进行线上预习；课中通过教师的理论讲授、学生分享的翻转课堂、分小组问题讨论进行线下教学，在实训室利用思科仿真实验进行实操练习。并将课上讲授的内容和练习实操录制成视频上传至超星学习通。课后学生可以根据知识掌握情况选择利用超星进行复习或利用思科平台进行知识扩展。在实践操作环节中设计了大量的综合性实验和应用练习。无论是课前、课中、课后还是实践操作环节都引入了思科网院的资源，见图1。

图1 教学模式与教学环节设计

（三）课程考核评价方式

为减少人为因素影响，课程采用教、考分离方式，更加注重对学生学习过程的考核。在课堂考勤、实践操作和期末考试等基础考核方式之上，加入对思科网院在线学习和考试的考核评价。期末引入自动评测系统进行期末测验，系统自动组卷，学生进行随机抽题，试题库不对教师、学生开放。《计算机实用基础》课程构建能反映学生计算思维、网络素养、实操应用等多元化能力测评体系，注重收集的学生学习过程数据从而科学合理地评价学生的综合素养。课程综合成绩除占比10%的实验报告是教师进行批阅以外，其他过程成绩均由对应系统自动评分。过程考核成绩占比如表1所示。课程鼓励学生积极完成思科在线学习，思科网院将给完成ITE、IOT、ITC课程考试，且每章节考试成绩在75以上的学生颁发对应课程的结业证书。

表1 过程考核成绩占比

五、教学改革效果验证

为验证本次教学改革的成效，在2018至2021年度分别抽取一个自然班的学生样本，并对教学效果进行比较分析。其中，第一组为传统教学方式，样本数120人；第二组为第一次加入思科在线学习资源组，教学样本数113人；第三组为结合超星学习平台与思科网院资源组，教学样本113人；第四组是基于前三组持续进行改进的样本组，教学样本数115人。第一组样本的平均分75.07，及格率96.67%，优秀率2.50%；第二组样本的平均分77.45，及格率97.34%，优秀率2.65%；第三组样本的平均分76.50，及格率99.11%，优秀率0.89%；第四组样本的平均分78.83，及格率100%，优秀率13.04%。与前三组样本相比，第四组样本的平均成绩分别提高了3.76、1.37和2.33，优秀率分别提高了10.54%、10.39%和12.15%。可见基于OBE教学模式，结合思科网院教学资源的计算机实用基础教学改革效果显著。