新工科背景下VisualBasic程序设计教学改革与探索

王春霞

[摘 要]为了满足新工科背景下对人才培养的需求，文章提出以计算思维为基础，结合MOOC+SPOC，改革Visual Basic程序设计教学模式，设计工程领域教学案例，探索信息技术与工程教育的深度融合，提高工程教育效率和教学效果。

[关键词]新工科；Visual Basic程序设计；计算思维；MOOC；SPOC

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2019）01-0093-03

Visual Basic程序设计是兰州理工大学针对理工类非计算机专业所开设的第一门计算机类公共必修课。近年来，学校一直对该课程的学时数进行压缩，致使教学内容停留在基础知识的讲解和简单的程序设计上，忽略了培养学生运用计算思维去解决专业领域复杂工程问题的能力。另外，学校生源来自全国各地，学生的计算机应用水平参差不齐，按照传统的教学方式，难以满足学生的个性化需求，这直接影响学生的学习兴趣和积极性。再者，该课程中涉及的语法和控件等理论知识丰富，教师在课堂中需花很多学时去讲解，致使学生实践的机会大大缩减，知识不能得到很好内化。然而，该课程除了讲解计算机语言知识外，更应侧重培养学生的计算思维能力，建立正确的计算思维过程、方法和习惯，培养学生利用计算机分析问题、解决问题的能力。

工程教育专业认证是由专业性认证机构组织工程技术专业领域的教育界学术专家和相关行业的技术专家，以该行业工程技术从业人员应具备的职业资格为要求，对工程技术领域相关专业的工程教育质量进行评价、认可并提出意见的过程。为提高我国的工程教育质量，适应国际专业认证趋势，2016年5月，根据《华盛顿协议》要求，我国正式成为《华盛顿协议》成员。兰州理工大学也以此为契机，开始推进工程教育专业认证，促进工科专业的发展，提高人才培养的质量，增强人才行业的适应性。在工程教育认证中，每门课程的开设与否要看它是否对毕业要求有支撑，能否使用现代化的工具解决复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具；学生是否能够运用网络信息查询获取相关信息，掌握计算机编程的基本方法，并将其用于确定复杂工程问题的解决方案[1]。

近年来，高等教育改革的步伐逐步加快，教育部提出了“新工科”路线。探索新工科建设的发展目标和行动路径。新工科的提出，包含了对高等工程教育不断适应和引领新经济发展的深层次变革的期望，对高等工程科技人才的培养提出了新的要求。

一、新工科背景下对人才培养的要求

长期以来，我国高等工程教育存在着目标定位不清晰、工科教学理科化、学生综合素质欠佳、通识教育與实验教学关系模糊，工程教育与行业企业脱节、国际竞争力不强等缺陷。 “新工科”概念的提出，赋予了人才培养新的涵义。

新工科建设旨在培养各层次、各类型的卓越工程科技人才，围绕学生的兴趣和个性改变教学方法和考核方式，更新教学过程、教学内容和课程体系。关注学生的学习成效和未来发展，加大学生的选择空间，充分利用在线开放课程，方便学生跨专业跨校学习，增强师生互动，促进学生全面发展，形成“以学生为中心”的工程教育理念，创新工程教育方式和手段[2]。

在新工科建设的新形势下，我国高校要加快建设和发展新工科，要促进现有工科的交叉复合、工科和其他学科的交叉融合[3]。文章将以新工科为背景，基于计算思维，结合MOOC+SPOC教学，融入专业领域教学案例，改革和探索教学方式方法，改善课堂教学效果，提高学生学习兴趣，提升学生学习水平，以培养学生求解专业领域复杂工程问题的能力。

二、MOOC+SPOC教学模式

随着信息技术的迅猛发展，学生学习方式也在不断发生变化。学生不再满足于课堂教学、“填鸭式”的被动学习，而开始倾向于探索式、研讨式、网络化的学习方式。目前的教学模式仍然以课堂为中心、以教师为中心、以教材为中心，不能适应信息化时代对人才培养的需求。教育部《教育信息化十年发展规划（2010-2020）》中提出信息技术应与教育全面“深度融合”的全新理念，对程序设计类课程教学进行改革，将是一项重要且具有挑战的工作。Visual Basic作为解决学生专业领域复杂工程问题的一种计算机语言，其课程包括从程序设计基础到专业领域的应用的内容，需要培养学生利用计算思维解决问题的能力，并借助MOOC、SPOC等先进的现代化教学手段，改变传统的教学模式。

MOOC（Massive Open Online Courses，大规模开放在线课程）是一种面向大众免费的开放优质学习资源，能满足学生的个性化学习需求，共享优秀的教学资源。MOOC对学习者的身份、人数、基础和学习目标都没有限制，对学习者完全开放，学习者以“自主在线学习”形式学习，教师利用平台启发和引导学习。MOOC的出现极大程度推动了信息技术与教育教学的深度融合，给高校教师开展课程建设提供了有力的工具支撑[4]。然而MOOC的问题也逐步显现出来，如学习者投入高、产出低、学习持续性不强、退学率高、教学管理困难、评价机制单一等。另外，在高校教学过程中，如果照搬MOOC教学模式，忽略学校背景、专业特色、学生基础水平，则将导致MOOC课程流于形式、教学质量难以保障。

为了促进传统课堂与在线教学的有机融合，引导学生充分利用网络信息资源开展自主学习，SPOC（Small Private Open Courses，小范围私有在线课程）渐渐兴起。SPOC于2013年提出，学生通过SPOC平台的教学视频学习新知识、参与在线讨论、完成在线作业和考试等，教师在课堂上通过提问、答疑和讨论，了解学生的学习动态，加深学生对知识的理解。

MOOC+SPOC线上线下混合教学模式，是在现代信息技术的支持下，教师线上提供MOOC教学视频、教学课件、话题讨论、单元测试和单元作业等教学资源，同时可根据学生特点和学习目标修改MOOC资源。学生线上提前自主预习，并与教师、同学线上互动交流讨论，教师根据学生线上学习的反馈数据和讨论的问题，决定线下课堂的教学内容和教学方法，达到线上线下融合。学生线上以学习基础知识为主，线下则以提问、讨论、答疑的方式进行。MOOC+SPOC教学模式，既弥补了传统课堂教学的不足，也融合了MOOC在线、开放的特点，又通过SPOC建立了专有的特色化在线开放课程[5]。

三、基于计算思维的MOOC+SPOC教学模式实践

（一）SPOC资源重构和再建

不同学科、专业对程序设计的需求也不同，教师不能简单地将程序设计定位成通识课程，只讲授编程基础知识则不能满足实际需求。因此，可根据不同专业需求凝练出相关专业案例、作业和习题，将程序设计与专业需求相结合，实现从程序设计知识讲解到程序设计能力培养的升华，最终利用程序设计方法解决复杂工程问题。

兰州理工大学同济大学对MOOC、SPOC进行了试点。在2017年秋季学期，将基于计算思维的MOOC+SPOC教学模式推广到四个Visual Basic程序设计课程班。对MOOC教学资源进行重构，融入专业领域的工程问题，设计相关教学案例，建设适应“本土化”的SPOC专属课程。Visual Basic程序设计课程中所涉及的语法和控件等理论知识多而繁杂，学生将根据教学目标通过SPOC线上自主学习，观看视频、完成线上单元测试和单元作业、并进行线上问题讨论。教师根据学生的学习进度设计线下课堂教学，课上答疑、讨论、并融入专业案例，达到学以致用，提高学生学习积极性，培养学生解决专业领域问题的能力。

（二）基于计算思维的MOOC+SPOC教学模式实施方案

在2017年秋季学期，将基于计算思维的MOOC+SPOC教学模式在四个Visual Basic程序设计课程班进行推广时，其中三个课程班的学生同时学习“无机与分析化学”专业课程。在Visual Basic程序设计教学过程中，“第3章程序设计语言基础”的教学内容多而繁杂，包括了数据类型、常量与变量、运算符和表达式及常用内部函数等，学生借助SPOC平台提前线上自主预习该部分理论知识。在线下课堂教学中，为了让学生体会学以致用，利用所学知识解决专业领域的相关问题，教师设计了求解“无机与分析化学”中的“判断溶液的酸碱性”问题的教学案例。教学环节以任务、活动、小组讨论等形式组织，最终利用Visual Basic程序设计语言编写程序代码求解某溶液的酸碱度。

案例：利用Visual Basic程序设计语言编写程序求解c（HCl）=2.0*10-7mol·L-1的HCl溶液的PH值，并判断酸碱度。

教学活动设计如表1所示：

（1）问题分析：

在题目给定条件下，计算溶液的酸碱度不能忽略水的解离的影响，溶液的PBE（质子平衡数）为 [H+]=[OH-]+c，则[H+]=[12]（[c+c2+4kθW]） （[kθW]表示水的离子积常数），PH=-lg（H+）。

（2）問题求解：

根据上述分析，在VB开发环境中进行界面设计，如图1所示：

（3）程序代码如下：

Dim ch！

Private Sub Command1_Click（） ‘计算H+的浓度

Dim c！， k！， ch！

c = Val（Text1.Text）

k = Val（Text2.Text）

ch = 1 / 2 * （c + Sqr（c ^ 2 + 4 * k））

Label3.Caption = ch

End Sub

Private Sub Command2_Click（） ‘计算PH值

Dim ph！

ph = -Log（Val（ch）） / Log（10）

Label4.Caption = Format（ph， "0.00"）

End Sub

（4）运行结果如图2所示：

（5）案例拓展：

在此案例求解过程中，涉及到计算表达式C^2、Sqr（c ^ 2 + 4 * k）、Log（Val（ch））、Log（10）等，为了方便求解无机及分析化学中的计算问题，可以设计如图3、图4所示的计算器，帮助快速计算结果（图3包含了加减乘除的简单运算器，图4是利用常用内部函数求解问题的计算器）。

在MOOC+SPOC教学模式下，学生通过MOOC获取语法等基础知识，教师从基础知识讲解中解放出来，深入设计与专业相关的案例。通过融合专业领域案例，搭建程序设计与专业之间的桥梁，使所学知识与专业实践相融合。学生明确了学习目标，提高了学习兴趣，从而培养了利用程序设计方法解决专业领域复杂工程问题的能力。

四、结语

在新一轮科技与产业革命快速发展的背景下，世界高等工程教育将面临新的机遇和挑战。我国高等教育也要抓住新技术创新和新产业发展的机遇，大力建设和发展新工科，为服务国家经济转型培养更多工程科技人才。作为高校教师，要研究和改进教学方式方法，运用多种教育手段和方法，尤其是信息化教学手段，结合新的教学模式（如MOOC+SPOC），引导学生从基础理论知识学习向工程实践能力培养过渡。Visual Basic程序设计是实践性很强的一门课程，编程能力的提高需要通过大量的实践逐渐培养。程序设计作为解决专业问题的现代化工具，在工科教育中发挥着重要作用。在程序设计教学中，教师要不断探索钻研，促进程序设计和专业的深度融合，构建全新的、适应新工科建设的程序设计教学体系，培养学生求解复杂工程问题的能力。

[[ 参 考 文 献 ]]

[1] 中国工程教育专业认证标准（2015版）[S]. 北京： 中国工程教育专业认证协会，2015.

[2] 林健. 新工科建设：强势打造“卓越计划”升级版[J]. 高等工程教育研究，2017（3）： 7-14.

[3] 夏建国，赵军. 新工科建设背景下地方高校工程教育改革发展刍议[J]. 高等工程教育研究，2017（3）： 15-19.

[4] 胡静，陈立潮. 基于MOOC+SPOC混合教学的翻转课堂教学研究[J]. 计算机教育，2017（4）：129-138.

[5] 王峥，苏小红. MOOC+SPOC混合式教学实践[J]. 计算机教育，2017（1）： 91-94.

[责任编辑：张 雷]