基于计算思维的大学计算机基础课程混合教学改革实践

时间:2017-12-01 作者:博学论文网
  摘 要:分析计算思维的重要作用,强调大学计算机基础课程对计算思维培养的基础作用,厘清大学计算机基础课程的计算思维分布,针对军队院校特点,提出基于 SPOC+ 翻转课堂的混合教学模式,引入实时的教学全过程评价机制并介绍该教学模式的试点应用情况.
 
  关键词:计算思维;SPOC;翻转课堂;军队院校;全过程评价机制

  0 引 言
 
  随着科技信息产业的不断发展,军队信息化建设呈现出装备更新速度加快的明显趋势,要适应装备应用信息化建设需求,就必须建立一支接受能力强、综合素质高、知识结构全面的军队信息化人才队伍.信息素质是新型军事人才的必备条件之一,其培养工作已成为一项战略性任务.计算思维作为运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为的一系列思维活动,是一个解决问题的有效工具,由计算机科学领域总结提炼产生,但不局限于该领域,不仅是现代信息社会中重要的思维方式和基础能力 [1],还是打赢信息化战争的军事人才必要的素质.
 
  大学计算机基础课程作为大学生入校第一门信息类课程,对于建立和培养学生计算思维具有不可取代的重要意义.教学实践表明,建立"SPOC+翻转课堂"的混合教学模式,更新教学评价,实施实时的课堂全过程评价机制并通过多种信息化手段和方式的配合,才能有效提升教学效果.
 
  1 培养计算思维,明确课程知识点
 
  计算思维是大学计算机基础课程的主要培养目标之一,教师可基于计算思维的培养,明确课程思维分布;通过知识点的讲解,分 3 步完成计算思维的讲解培养.
 
  按照教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会(以下简称"教指委")制定的《高等学校计算机基础教学发展战略研究报告暨计算机基础课程教学基本要求》(以下简称《基本要求》),大学计算机基础课程设计有 3 种教学方案,即操作、理论和思维.其中,方案三的特点是将计算思维理念贯穿整个课程教学,从应用角度,用通俗易懂、深入浅出的方式,探索性地介绍计算机的本质内容,着重介绍计算机的原理和思维,以启发大学生的创造性思维 [2-4].
 
  我们根据现行国防科技大学陈跃新主编的教材《大学计算机基础》及教学内容,基于"计算思维"培养,分析整理各章节内容的知识点及其思维点,具体见表 1.
 
  教学过程中,按照以下步骤进行计算思维点的教学:第 1 步,学习计算机分析处理某一类问题的方法;第 2 步,总结提炼该思维方法,分析其适用环境;第 3 步,研究计算思维在生活中的具体案例或军事领域应用,研究能灵活应用计算思维对实际问题进行分析和处理的方法.通过以
 
 
  上 3 步,可以基本达到掌握计算思维具体含义和应用方法的目标,实现计算思维的讲授与培养.
 
  2 引入"SPOC+翻转课堂"混合教学模式
 
  传统课堂中教与学活动都在课堂上完成,翻转课堂则是先学后教,即学员先在课堂外学习基本内容,课堂上主要开展教员与学员、学员与学员之间的教学互动,通过互动方式对学员课下的难点和疑点问题进行答疑解惑、研讨分析、讲解知识运用等.翻转课堂教学模式的核心是以学员为中心,让学员感受到课堂教学具有极强的针对性.学员带着问题学,能够更好地加深他们对内容的理解和掌握.
 
  实施翻转课堂需要具备两个前提,一是学员应当具备一定的基础知识,能够参与课堂研讨互动;二是教员应当充分了解学员的知识结构和学习情况,能够针对性地提出翻转知识点.
 
  教师可采用 SPOC(small private online course)教学平台,即"小众私有在线课程"."私有"是指只对"小规模"满足准入条件的申请者完全开放课程,而对旁听者仅限于部分开放,故具有一定的私有性,因此,文献 [5] 将 SPOC 译为"私播课".SPOC 的受众主要包括围墙内的大学生,因此维基百科将 SPOC 解释为"在校学生在本地使用的MOOC 版本"[6].
 
  我们应用 SPOC 的视频结合教材和教学内容,将网络上知名计算机 MOOC 视频和海军工程大学教员自录视频相结合,使学习视频贴合教学内容.在大学计算机基础课程教学中,教师可采用翻转课堂形式.军队院校由于其特殊性,对学员管理严格,导致学员自主上机时间偏少,因此可在实验课中借助"好大学在线平台",安排 1 学时,由学员通过 SPOC 自学下次课程内容.理论课堂上,教师应针对本次教学内容的重点、难点和思维点进行讨论,使学员深入理解需要学习掌握的计算思维方法.原课程 40 学时的"20 学时理论+20 学时实验"的学习分布调整为"20 学时理论+10 学时自学 +10 学时实验",具体实施方案如图 1 所示.

 
 
  3 建立全过程评价机制
 
  建立课堂全过程评价机制的目的在于:一是适应计算思维培养目标要求,以学员平时表现作为考核内容的主要参考;二是为教员提供学员学习的实时情况,提高课程翻转及改革针对性;三是提高学员的课堂参与积极性,提高 SPOC 学习完成度.
 
  对于传统课堂教学,教员要想了解学员的学习情况,一般采用让学员回答问题和完成课堂作业的形式进行抽样检查,这样不能全面了解情况;或者采用作业和课程小考相结合的形式,但是由于教员精力有限,对作业的批改讲解难以深入且难以避免抄袭情况,考核检验效果不佳.
 
  我们在课程教学改革实践中,充分利用多种技术手段,建立课程全过程评价机制,从课前SPOC 学习、课堂学习、课后作业和开放研讨的课程学习全过程的 4 方面建立评价方法.
 
  (1)课前 SPOC 自测.学员在 SPOC 课程视频自学过程中,每学完一个知识点,通过完成教员设置的测试题目,在 SPOC 平台中对知识点的理解和掌握程度进行自测,测试结果记入课程平时成绩;教员通过后台统计分析,了解学员对知识点的掌握程度,为课堂教学提供依据.
  (2)课堂实时评价.通过引入课堂无线表决器(包括 1 个发射器和 40 个客户机),为每名学员配备一个端点的方式,建立课堂实时评价机制.教员可根据班级全部学员答题(包括单选、多选、判断和排序)的实时统计分析情况,及时调整课堂教学进度和内容组织,有利于提高教学效果.
  (3)课后作业互评.针对教员网上布置的作业题目,学员可通过课程平台中由教员设置的互评功能进行作业互评,互评结果记入课程平时成绩.
  (4)开放讨论.学员可利用课程平台的问题讨论机制,教员则可设置讨论题目,由学员阐述自己的观点,该过程也一并记入学员的课程平时成绩.
 
  4 试点教学改革效果
 
  我们于 2015-2016 年度上学期在 2015 级某新生班次进行教学改革试点,改革整体教学效果良好,达到预期改革目标.
 
  4.1 课堂教学效果及分析
 
  利用新的教学方法,课堂上呈现出两个特点.
 
  (1)学员精神饱满,注意力集中.由于课堂教学中,交流互动多、参与性强,学员普遍精神饱满,注意力集中,杜绝了打瞌睡现象.
  (2)学员"有备而来",主动研讨.教员在课堂上主要对课程重点、难点和思维点进行讲解,基本概念知识则由学员在 SPOC 中自学,实现了学员"有备而来".因此,课堂提问交流时,学员能主动举手回答或研讨,不需要教员点名.
 
  4.2 课程考核情况及分析
 
  试点班次期末考试的学员平均分高达 86.1分,平时成绩(SPOC 学习和课堂评测)平均分为 71.6 分,总平均分 82.8 分,比 2015 级其他班级该课程卷面考试的平均分 72 分高出 10.8 分.
 
  通过对课程考核情况分析,可以看出:
 
  (1)考试中,学员在分值高的难点题和综合题上得分率高,基础题上失分率极低,体现出扎实的知识基础并能对重、难点深刻理解掌握.
  (2)在思维拓展题中,大部分学员能够按照计算思维方法对问题进行简单分析并提出个人观点.
 
  当然,也存在一些学员对 SPOC 平台学习还不适应,导致 SPOC 自学分数较低;部分学员由于自觉性差,在实验课上不看 MOOC,导致平时成绩较低的情况.这些都需要教员加以帮助和引导.
 
  4.3 学员反馈效果及分析
 
  本学期课程结束后,我们组织学员填写教学改革试点调查问卷,共发放和回收问卷 38 份,有效问卷 38 份,其主要结果统计见表 2.
 
 
  从表 2 中可以看出,绝大部分学员对教学改革满意,并且都期望能够继续参加其他类教学改革;对于实验课中的基本操作应用学习,大部分学员感觉时间不够,需要在以后的教学改革中调整好时间比例.
 
  4.4 存在问题通
 
  过综合分析,我们认为本学期教学改革试点还存在以下几个问题.
 
  (1)MOOC 与课程不配套.此次教学改革使用的 SPOC 课程视频主要由教员自己录制和从国内知名高校摘录,学员普遍反映摘录的课程视频与课程教材不配套.
  (2)实验课学习时间不足.由于教学改革将课程实验时间压缩了 40%,部分学习基础差的学员感觉实验完成效果差.
  (3)计算思维内容融入性不够.目前,计算思维的讲解是作为单独部分进行,部分章节的计算思维引入还不够自然流畅.
 
  5 结 语
 
  推动基于计算思维培养的教学改革逐步成为计算机教育工作者的共识,必须对现行的教学内容、方法及考核机制进行改革.我们研究基于计算思维培养的教学目标,厘清现行课程的思维点及知识点,调整了教学内容;引入 SPOC+ 翻转课堂的混合教学模式,优化了教学方法;建立教学全过程的评价机制,更新评价方法,形成了一整套教学改革方案.
 
  通过 2015 级某班次试点改革,我们发现课堂教学效果好,学生参与积极性高,各级评价优秀,考核成绩较高且方案适应军队院校实际,贴近目前课程教学要求和学员管理实际,具有很好的推广价值和实用意义.
 
  参考文献:
 
  [1] 陈国良, 董荣胜. 计算思维与大学计算机基础教育[J]. 中国大学教学, 2011(1): 7-11.
  [2] 战德臣, 聂兰顺. 大学计算机--计算思维导论[M]. 北京: 电子工业出版社, 2013: 1-2.
  [3] Wing J M. Computational thinking[J]. Communications of ACM, 2006, 49(3): 33-35.
  [4] 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--《九校联盟(C9)计算机基础教学发展战略联合声明》解读[J]. 中国大学教学, 2010(9): 5-9.
  [5] 祝智庭. "后慕课"时期的在线学习新样式[N]. 中国教育报, 2014-05-21(11).
  [6] Wikipedia. Small private online course[EB/OL]. [2016-04-06]. 
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