“互联网+”时代下计算机基础教育的挑战与变革

姜永玲，魏振钢

（中国海洋大学 计算机基础部，山东 青岛266000）

0 引 言

计算机基础教育是大学课程中的重要组成部分，承担着普及信息技术，有效支撑学生专业信息化发展的重任。学生通常在大学一年级修读计算机基础类课程，而大一正是基础教育与高等教育的过渡阶段，肩负着培育良好的学习方式、激发学习兴趣等责任。

近年来MOOC平台发展成熟，国内大学的混合式教学成为常态。移动互联技术的发展催生了如“雨课堂”等的教学交互软件，提供了获取课堂互动实时数据的渠道。数据挖掘与学习分析技术使学生的学习路径透明化。如何设计科学的课程体系，以适合学生的方式开展授课，增强其利用计算机技能解决实际问题的能力，使信息技术有效服务于专业与学科，是计算机基础教育部门面临的重大挑战。

我校计算机基础部是独立于计算机系的教学部门，承担了全校约3 500名非计算机专业学生的计算机公共课程。近年来实施了如下变革。

1 确立以学生为中心的教学范式

1952年，美国人本主义心理学家卡尔•罗杰斯提出了“以学生为中心”的教育理念，体现了人本主义心理学的原理，反映了教育学的内在规律。“以学生为中心”，即以学生的学习和发展为中心，从“传授模式”向“学习模式”转变，从而提高学生的学习质量[1]。

在校大学生是95后、00后，他们熟悉计算机技术，迷恋社交网络，习惯碎片化学习，擅长完成多重任务，习惯于同龄人间的协作，是伴随着互联网成长的一代，被称为“数字原住民”。据果壳网2014年统计，MOOC学习者中有13.8%的用户是中学生[2]。这些学生带着对大学的憧憬来到课堂，对大学课程抱以厚望。

近百年来，脑科学、认知科学、社会学、人类学的发展推动形成了学习科学这一新的学科，加深了对学习过程的理解，教学研究的重点从如何教转向如何学，从结果转向过程，从机械操作转向知识的理解和运行[3]。讲授式是传统计算机基础课程采用的主要形式。研究表明，学生的注意力在上课后15分钟左右开始下降，且计算机类课程具有操作性强的特点，学生在教室中无法迅速提升操作能力。Micheal Prince和Scoot Freeman等在分析文献时发现，科学类课程中应用各种主动学习方法，如协作及合作学习、基于项目的学习，不仅可以提高学生的学习表现，还可以将不及格率降低12%[4]。

计算机基础教育应该将学生的特性及已有的经验作为课程设计之起点，采用学生乐于接受并且匹配计算机课程特性的教学方法，如提前设置课堂任务单，包括个人的阅读、补齐、纠正、编写代码，或者小组合力编程等活动，将学生单纯听讲的时间分隔为多次思维的深度参与，“让学生动起来，在思考和活动中学习，处于主动学习状态[5]”。

2 开发反映当今主流技术的课程体系

鉴于历史及诸多客观原因，国内高校的计算机基础课程设置普通落后，例如多年来程序设计语言以C语言及C/S开发的VB、VFP等语言为主，面向对象的语言教学较少，脚本语言中仅Python于近一、两年纳入部分大学的课程体系，未能反映编程语言的最新发展趋势。

笔者所在部门于2017年初设计了反映当今主流技术的教学体系。在通识必修课中，除了保留C、Java、移动Web开发技术外，培育Python作为文科及部分理工科的必修课。因其语法简洁、拥有数万个第三方库等特性，非计算机专业的学生可在短时间内利用Python编写网络爬虫、制作游戏、进行数据统计及可视化等任务，有效支撑专业学习中的信息化需求。

2017年2月20 日，教育部发布《关于开展新工科研究与实践的通知》。2018年教育部办公厅发布《高等学校人工智能创新行动计划》。这场由技术引发的深刻变革给从事计算机基础教学的教师带来了压力，同时也蕴含着机遇。部门通过支持青年教师参加新技术培训、购买硬件及实验实训平台等举措，鼓励其开发能反映当前主流技术的通识课程，如数据科学、机器学习、虚拟现实等，使非计算机专业的学生也有机会了解这场变革背后的原理及技术，满足好奇心和求知欲，支持其在各自专业学习中有意识地融合现代信息技术，成长为符合新工科要求的、具有创新意识的跨学科复合型人才。

3 设置基于真实世界的学习任务

根据社交建构的理论，聚集于真实任务情景的设计可以达成有助于学生成长与学习的有意义的互动。程序设计课程中通常采用“水仙花”“鸡兔同笼”等传统数学问题作为案例或者作业任务。这些任务远离现实世界，与学生的实际学习与生活没有关联，且过于抽象，不足以激发学生的学习动机，自然无法促进学习投入。

“互联网+”时代颠覆了传统的商业模式，同时催生了许多新行业。教师可以从现实世界的问题出发，指导学生自主发掘身边的任务需求，例如为校园里的咖啡馆建网站，为校园的快递店开发快件管理系统、模拟共享单车及饿了么等生活中常见的应用。无论是课堂案例还是作业设置，均应遵循软件界的项目管理流程：小组首先需要主动发现身边的需求，界定开发任务，然后完成需求分析、系统设计、编码、测试等明晰的阶段任务。项目开发是培养学生建立和发展计算思维的过程，不仅能促进团队合作，强化与团队中不同定位的角色进行沟通的能力，培养职业感，最重要的是让学生在校期间体验凭借自身技术解决真实任务而产生的成就感，从而愿意投入时间和精力开展计算机学习。在课堂之外体验完整的项目开发模拟了软件行业的流程，让学生学会在不熟悉的情境中找出问题和机会，并将过往学到的知识迁移到新的情境，针对问题和机会即兴提出新的现场解决方案，从而形成更全面的观察力和反思性思维模式，在具有挑战性的真实体验中找出知识的意义[6]。

4 寻求数据支持的教与学改进方案

没有技术的介入，课堂教学过程如同黑箱，教师无法及时收集提问、讨论等隐性数据。自2015年起，雨课堂、课堂派等轻量级教学互动工具面世。以雨课堂为例，它不仅可以记录学生的课前预习情况，收集学习疑惑；课堂中可以开展现场投票、答题，互动结果直接投影到屏幕中分享；课后推送测试题目等。便捷的互动方式避免了当场答错的尴尬，减轻了学生的心理压力，强化了任务和反馈之间的联系[7]。借助技术手段，使学生在最短时间知晓了答案，教师则及时获得了学生学习进展、疑问等以往难以收集的学习数据，从而及时洞悉学习过程的全数据，为形成性评价提供依据。

满足学习者、教师和高校的多样化需求，并通过单一平台来支持这些需求本身就是一个巨大的挑战[8]。“互联网+”时代下，混合教学愈发呈现多维度的特性：学生在手机端的社交媒体中查看教师推送的课前预习内容、课堂中开展交互式学习和课后开展复习及巩固，并在学习管理系统中查看资源、完成作业并讨论；学习过程中配合微信课程群获得教师和同伴的帮助。这种学习模式呈现了学习空间（教室内外）、信息呈现方式（桌面设备及手机）和同步及异步的多维度混合特性，形成了相互支持的生态系统。

长久以来，教育系统沿袭着远古教育的范式，主要依靠教师的个人教学经验，对课堂上学生的学习行为进行判断和制定教学决策[9]。混合教学模式下，学习管理系统、移动端交互工具和社交软件的作用不应仅限定于单向的信息传递与分享。教师应建立数据决策的思维，汇集多个平台上累积的学习数据，掌握班级整体学习进展及个别学生遇到的困难，开展数据支持的、基于证据的教学，使平台背后收集的数据体现出对教师和学生的指导价值，使反馈及时、精准、有效。

5 建设研讨型机房

学习空间是指用于学习的场所。从1990年开始，美国就开始了对传统教室的反思及再设计。针对秧苗式布局的传统教室和采用可移动座位布局、配备信息技术装置的新型教室的准实验研究表明，不同的学习空间塑造了不同的教学行为和不同的学习行为，传统教室鼓励教师讲授，而新型教室让学生获得更多的主动学习机会[10]。

计算机是应用性、实践性极为突出的学科，因此必须动手操作才有可能提高实践能力。现实中此类课程的教学安排是先在课堂中听课，然后在机房完成作业。这种割裂式的设计使得教室里的知识传递环节变得非常低效，纸上谈兵式的授课无益于编程技能的提升，同时隔日才开展实验的设计使得提取记忆变得异常困难。因此计算机基础教育面临的重大变革在于打通理论教学、上机实验这种低效的教学模式，建设研讨型机房：可移动组合的桌椅能够根据教学需要自由拼接组合，教师可在传统讲授式与合作学习之间随时切换。桌上提供计算机，学生在教师讲解后可以立即编程验证，实践中学习；小组旁安装投影屏幕，教师和学生都能够通过桌面的切换器来控制LCD屏幕的显示内容，为展示小组学习成果提供条件；同时充分利用教室墙壁安装展示板，为学生创造更多合作、表达与讨论的机会。这类教室常内嵌交互软件，能有效促进师生的互动。

在学校的支持下，笔者部门已经建设了2间研讨型机房，并将多门程序设计课程迁移至新空间。物理空间的变化倒逼教师重新进行教学设计，所有课时均按“讲授-练习-反馈”的模式，使学生现场编码、调试程序、合作与交流的能力得以提升。

6 重视教师教学发展

鉴于历史原因，通常从事计算机基础教学的教师学科专业背景较为薄弱，以硕士学位为主。很多教师毕业后直接到大学工作，缺乏企业中软件开发的实际经验及项目管理的能力，因此无法在教学中进行深层次、实践性的拓展。同时基础课教师的教学任务繁重，一门课重复教，缺少培育学生的成就感，这些因素均导致了严重的职业疲劳。青年教师还面临攻读博士学位、职称晋升、科研压力等诸多因素，严重影响了他们投入教学的热情。同时，计算机学科更新迭代的速度之快、学生对计算机技术的较高期待也给从事计算机基础课的教师带来了巨大的压力与挑战。

大学教师发展是指在学校内外环境的作用下，大学教师个体围绕其职业角色需求在认知、态度、技能、修养和行为等方面所发生的积极变化，具体包括专业发展、教学发展、组织发展和个人发展等内容[11]。目前国内高校几乎均建立了教师发展中心，通过邀请国内外专家、校内优秀教师开展研讨、设立教学发展基金等方式，带动教师进行教学反思，投身到教学变革中。从事计算机基础教育的教师可通过参加此类活动，更新教学理念，获得有效的教学支持。同时应鼓励基础课教师申请国内外访学，了解世界大学计算机基础教育的现状；支持青年教师到企业实践，获得真实的项目开发经验。大学则需在职称评定指标中加大对教学成果的认定，通过区分教学型、研究型考核标准等一系列有效措施，缓解从事计算机基础教育教师的职业疲劳感，重燃其教学热情。

以往的计算机教育教学改革常源于教师的直觉，是主观经验的总结，不易被归纳和分享，难以发表高层次的教研文章。1990年，美国学者欧内斯特•博耶提出了教学学术的概念，强调教学所具有的专业性与学术性。受学位、学科背景等多因素的影响，计算机基础课教师难以开展有彰显度的科研任务，但以教学学术标准开展教学研究是其面临的机遇。教改过程中有意识地应用量化、质性等学术研究方法，发掘学习成效得以改善的证据，不仅能够切实提高教学质量，而且为今后发表高质量的教学学术论文提供了可能。

大学新生的新特征、新工科建设、学习科学、学习空间和教师发展等诸多因素为高等教育带来了巨大的挑战。从事计算机基础教育的从业者应在深入了解学习机制的基础上，更新教学内容及教学空间，变革教学模式，并通过开展教学学术研究获得学习成效得以提升的证据，从而有效支持非计算机专业学生日益增长的计算机学习需求。