新工科驱动下新型教学模式的探索与实践——以大学信息技术课程为例*

钟 琦，杜春涛，严深海，尹 华

(1.赣南师范大学 数学与计算机科学学院，江西 赣州 341000；2.北方工业大学 信息学院，北京 100144)

1 引言

教育部《高等学校人工智能创新行动计划》中提出要推进新一代信息技术与专业课程的交叉融合，加强人工智能领域专业建设，并在中小学阶段引入人工智能普及教育.在人工智能浪潮的冲击下，大学计算机基础课程随着时代的发展需求也进行着快速地变革，大学计算机课程改革要始终围绕“质量”这一目标展开，追踪国内外计算机领域的前沿技术(含物联网、云计算、大数据、人工智能和区块链等)，基于“四新”(新工科、新农科、新医科和新文科)思想和理念；以赋能为目标，培养学生操作计算机的能力，使用计算机工具解决一般问题的能力，应用计算机技术解决专业问题的能力[1].

工程教育专业认证标准中要求学生具备能够应用信息技术对复杂工程问题进行预测、模拟和求解的能力，要求大学计算机基础类的课程内容能够培养学生运用信息技术解决复杂问题的能力[2].我国中小学计算机教育也普遍存在基础薄弱，顶层设计不足，信息技术课程地位低下且不受重视的问题，很难实现与高等教育阶段计算机基础课程的有效衔接.这也倒逼着大学计算机基础课程改革，在教学内容和教学模式方面进行有针对性的研究和改进.

2 新工科背景下课程改革思路

在信息化社会越来越高的要求下，大学计算机基础教育具有越来越重要的地位.但是，高校取消大学计算机基础课或压缩课程学时的趋势与其重要性形成了鲜明对比，大学计算机基础课程正受到前所未有的挑战.我国计算机基础教育相对薄弱，不同区域的教育教学资源不均、生源的知识基础等差异巨大；随着新技术、新软件的层出不穷，大学计算机基础课程承载的内容越来越多，课程容量也越来越大，课程的教学内容及设计很难在有限的教学学时内全面兼顾.因此，课程的教学体系和教学模式改革要适应新工科背景下的新要求[3].

2.1 明确“一体化实践能力培养”为目标制定教学改革方案

在前期调研和探索的基础上，立足赣南师范大学(以下简称本校)实际，以学生为中心，借力各MOOC在线课程平台的优质资源服务本校师生，构建“重实践，求创新”的课程体系框架.课程体系框架主要分3个层面：开设大学计算机基础课程(2学分，48学时)，主要面向全校非计算机专业的学生；开设高级程序设计语言课程(3学分，64学时)，提供C语言、Python语言、Java语言等课程由开课学院根据培养方案任选，主要面向理工类专业；开设专题形式的创新培训类选修课程，面向全校所有学生.以“实践、创新”能力为培养目标的新型课程体系框架，突出培养学生形成对计算机系统的认知和计算思维、培养学生问题求解能力和系统设计能力、加强学生的研究能力和创新意识等[4].

2.2 设计以实践和创新为核心的教学模式

以实践和创新为核心，构建“新工科”背景下的新型教学模式，主要体现在因地制宜用好“MOOC”，建好翻转课堂，抓好评价机制；落实相应保障机制，在师生中创设良好的教改氛围；加强教师队伍建设和培训，了解课程教学改革特点，提升教学能力；构建合理有效的评价激励机制，激发学生的个性化学习潜能，保证教学改革的实效.课程体系中大学计算机基础、程序设计类、创新培训类3大类课程均可采用基于MOOC的线上线下混合式教学，在翻转课堂中设计以解决问题为导向的学习任务对学生学习进行跟踪测试，结合MOOC平台提供的学生学情数据引导学生开展个性化学习，着重对学生的动手实践能力和创新意识的培养，进而达到课程培养目标的要求.

3 基于“新工科”工程思维培养的混合式教学模式

大学计算机基础课程知识点多而杂，从计算思维角度兼顾不同层次学习者的需求，重构大学计算机基础课程的教学内容，将面临有限教学学时与课程内容较多的矛盾.资源碎片化作为MOOC的重要特性，可以成为课堂教学的有力补充，易于实现学科知识学习的并行跳转与迭代，而传统课堂教学的优势是能够按串行逻辑对学科知识进行系统化、体系化，两者似乎是一对很难相容共生的矛盾.基于MOOC的线上线下混合式教学，有望实现MOOC教学和课堂教学的优势互补，学生通过MOOC资源开展基本知识技能的学习，教师则以翻转课堂的教学形式转向以计算思维为核心的系统能力培养上来，通过应用案例和工程问题讨论，在进行问题抽象、求解思路及方法的讲授基础上，使学生获取计算机在不同学科的应用思想，从而提高学生的计算思维能力[5].

图1 《大学信息技术基础》课程混合教学方案总体设计

为适应课程内容改革，满足学生发展需要，本校《大学信息技术基础》课程结合智慧树平台提供的免费开放MOOC课程(北方工业大学《新编大学生计算机基础》)，实施基于MOOC平台线上线下混合式教学改革，探索“以学生为中心”的课堂教学方式方法，通过设计科学的能力考核方法和评价方式，引导学生养成自我管理能力，培养主动学习意识，激发内心求知热情，提高自主学习效率和能力.基于MOOC的线上线下混合式教学，通过MOOC知识资源+翻转课堂的教学形式，实现针对不同专业、不同班级、不同个体特性的分层次差异化教学，在高阶性、创新性和挑战度3个维度对教学内容进行有效延展，实现学科知识快速更新，激发学生学习兴趣和潜能；学生根据课程要求可随时随地在线上进行自主学习，课上重点以专题讲解的方式让学生全面理解和掌握课程中的难点和重点，实现“让学生忙起来、让教学活起来、让管理严起来”的教学目标[6].

3.1 教学方案总体设计

课程混合式教学方案总体设计如图1所示.该教学方案的设计包括：教学内容体系设计、学习策略设计、教学活动设计以及教学评价体系设计.

3.2 混合教学内容体系设计

混合教学内容体系由课程基本信息、学习内容和交互活动3个单元组成，如图2所示.

图2 《大学信息技术基础》课程混合教学内容体系设计

课程基本信息主要包括知识储备要求、教学大纲设计、学习方法指导等内容.

学习内容设计包括在线上和线下的学习内容设计，线上内容包括MOOC平台内容、虚拟实验平台内容、网络测试平台内容以及社交媒体平台(微信、QQ等)内容，以重要的概念类、知识类、结构性的学习内容为主；线下内容包括翻转课堂内容、线下答疑内容和线下实验，这些内容以学习者获得良好学习体验为中心，以问题解决、探究、回忆在MOOC/SPOC平台、虚拟实验平台、网络测试平台的知识和知识的个性化意义建构、文化体验等方面为主，培养学生的学习兴趣，掌握学习技能，养成良好的学习习惯.

交互活动设计包括课前、课中和课后交互活动设计.教师可以根据学习者在不同交互环境中的学习体验提供针对性和个性化的指导，积极引导教师与学生、学生与学生、学生与学习资源之间的交互活动.

3.3 个性化学习策略设计

设计学习策略的目的是促进学习者能有效调控知识加工过程，以便高效存储和提取学习信息，包括：学习方式选择、学习路径选择、知识网的建立和知识的意义建构.学习者可以利用移动设备(如智能手机、PAD等)或台式机在MOOC/SPOC平台上自主选择学习时间、学习地点、学习进度等时空信息，实现随时随地的按需学习.

表1 《大学信息技术基础》课程混合教学具体实施过程

由于学习个体的知识基础有较大差异，学习者可根据自己的知识与能力水平，结合学习目标，制定并实施个性化的学习路径.收集不同学习环境中获得的差异化学习信息、同伴讨论信息和师生交互信息，加工处理后，构建原有知识与新学习经历之间的连接，建立个性化的知识网.依据自身的学习背景、学习目的等标准，学习者将获取的知识信息进行重组和意义建构，整合、创造成为对自己有用的新知识.

3.4 教学活动设计

根据大学信息技术基础课程的教学实际，将整个教学活动设计划分成课前、课中和课后3大模块，混合式教学具体实施过程如表1所示.课前，教师可随时将课程相关资源上传到平台，学生可下载或在线观看资源，并根据自身需求随时随地进行自主学习.课中，教师结合课上签到、在线投票、抢答、随机点名和课堂答疑等现代化教学手段进行教学设计，可迅速了解学生学情、提高学生回答问题的积极性、有效提高学生到课率并随时发现学生问题.课后，教师可根据实际教学情况为学生布置相关学习、实验任务并在平台发布，教师可在线批改作业并做出评价.

3.5 跟踪式学习效果评价

加强学习过程管理.加强考试管理、严格过程考核，加大过程考核成绩在课程成绩中的比重.健全能力与知识考核并重的多元化学业考核评价体系，完善学生学习过程监测、评估与反馈机制.主要采用过程性评价(占40%)和总结性评价(60%)相结合的跟踪式学习效果评价.过程性评价根据学习者学习活动中的变量，提取相关的数据，并对这些数据定性分析，然后根据学习者相似性进行定量的聚类分析，最终给予学习者、教师和教育管理部门的相关工作进行有效干预的过程，通过这样的过程性评价可以促进学习者学习内容的掌握与应用；总结性评价则通过对《大学信息技术基础》各个模块(计算思维模块、文字处理模块、数据处理模块、演示文稿模块)的在线考试系统测试来实现[7].

4 改革实践效果分析

结合在2018级教学班中采集的教学数据，对2019级开设大学信息基础课程的教学班有意识地收集对应的学情数据，其中部分班级采用的是传统授课方式，部分班级采用的是基于MOOC的线上线下混合式教学.分析数据是教学班参加在线考试的考试成绩，学生按要求在指定时间内完成无纸化考试系统的在线测试.且2018级和2019级学生使用的是同一个无纸化考试系统.

4.1 相同专业的2018级教学班与2019级教学班成绩对照

为了验证教学改革的效果，提高数据的可信度，减少相关影响因素，对相同任课教师在不同年级相同专业班级采用不同教学模式教学后的数据进行比较分析.

从表 2中的数据可以看出，2019级全校总体平均分较2018级仅高出1分左右，及格率提高了3%左右，说明2019级学生学习情况的总体上较2018略有提升，学生最终成绩差异并不显著.但同时可以看出，相同任课教师对相同专业不同年级学生采用不同的教学模式(混合教学和传统教学)，学生的平均成绩和及格率差异较大.二组对照数据中，2019级混合教学班级的平均成绩(87.96和87.51)，比2018传统授课班级平均成绩(80.7和81.32)提高了6分左右，且2019级混合教学班级的及格率均为100%.综合考虑本课程的实施规模等因素，学生平均分6分左右的提升，能充分论证本次教学改革取得了较好效果.

4.2 同年级相同专业班级不同授课形式教学班成绩对照分析(2019级)

表2 不同年级、相同专业班级和任课教师成绩对照

表3 同年级同专业不同教学班成绩对比

本测试数据以2019级开设课程的3352名新生为对象，除部分特殊专业学生外，普通专业班级共有2 499人.为检验课程改革实效，本学期对部分班级仍采用传统授课模式，少部分班级采用的是基于MOOC的线上线下混合教学模式，考虑到不同专业背景学生的学习能力和基础水平的差异，数据主要对专业背景相同但教学模式不同的教学班间进行比较.

从表 3中的数据可以看出，开展混合教学的班级平均分和及格率均高于传教学授课模式的教学班，且混合教学班的平均成绩和及格率均高于全校总体平均成绩；其中，在普通专业开展混合教学改革的效果更为显著，混合教学班相对传统授课班在平均分至少高出5分左右；特殊专业由于其专业特性和学生基础及整体学风等因素，平均分值普遍偏低，但混合教学班相对传统授课班平均分也高出了3分左右；说明同一年级相同专业不同教学班，混合教学班学生平均分要高出传统授课班3～5分左右.综合考虑本课程的实施规模等因素，对照班学生平均分达到3-5分的差异，可以充分论证教学改革的效果.

综合上述数据分析，说明开展混合教学改革对课程教学效果的提升具有较好的促进作用.

4.3 以新型教学模式开展教学面临的问题

虽然基于MOOC的线上线下混合式教学在对学生实践、创新能力方面的培养起到了积极的作用，但在具体的教学实施过程中，仍面临较多实际困难.部分学生和家长仍习惯于以教师为中心的教学模式，对翻转课堂要求学生自习提出质疑，觉得这是教师对教学不负责任、没有备课的放羊式教学，这些观念的改变短期内很难解决，需要教师以更充分的教学准备、更优质的教学设计、更完美的教学效果来说服大众.部分一线教师对是否采用新型教学模式开展教学存在畏难情绪，要成功的开展教学改革活动，要求师生具有较高的信息素养的学习能力，且课内课外的碎片化学习活动的开展，会占用师生较多的课余时间，这就需要教师投入更多的个人精力和心血，以提高自身并行处理多事务的能力，提升利用信息化工具进行知识分享与交流协调的能力.

因此，在教学实施过程中要突出以学生为中心，指导学生根据自身的实际情况开展个性化学习，教师须充分了解学生的不同需求，在教学过程中适当关注并听取学生提出意见和建议，不能一味的“不讲”或“自学”，对某些重点和难点问题，学生普遍反映听老师讲解优于看教学视频.积极开展多元化的课堂教学活动，教师应专注于课程的教学设计以进一步激发学生学习的热情.

5 结语

构建符合现化教育理念的系统化、个性化、多元化课程教学模式，是高等教育的发展趋势，基于MOOC的《大学信息技术基础》线上线下混合教学模式改革，能够充分利用线上优质MOOC资源，适应本校办学理念、人才培养目标及生源特点，教学改革效果明显，方案可行性强，易于在其它高校推广、应用.

依据教学改革的实践跟踪和效果分析，还存在教学内容设计不够丰富、体验不够流畅等问题，下一步有待根据学生和教师的教学反馈进行持续完善和改进，另外，因受学生人数、师资力量、教学条件等客观因素限制，大部分高校的大学计算机基础相关课程仍以大班授课为主，在此背景下，如何更加有效地实施基于MOOC的翻转课堂教学，依然是各高校面临的巨大挑战.