姜永玲，魏振鋼

（中國海洋大學(xué) 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)部，山東 青島266000）

0 引 言

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育是大學(xué)課程中的重要組成部分，承擔(dān)著普及信息技術(shù)，有效支撐學(xué)生專業(yè)信息化發(fā)展的重任。學(xué)生通常在大學(xué)一年級修讀計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)類課程，而大一正是基礎(chǔ)教育與高等教育的過渡階段，肩負(fù)著培育良好的學(xué)習(xí)方式、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣等責(zé)任。

近年來MOOC平臺發(fā)展成熟，國內(nèi)大學(xué)的混合式教學(xué)成為常態(tài)。移動互聯(lián)技術(shù)的發(fā)展催生了如“雨課堂”等的教學(xué)交互軟件，提供了獲取課堂互動實(shí)時數(shù)據(jù)的渠道。數(shù)據(jù)挖掘與學(xué)習(xí)分析技術(shù)使學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑透明化。如何設(shè)計(jì)科學(xué)的課程體系，以適合學(xué)生的方式開展授課，增強(qiáng)其利用計(jì)算機(jī)技能解決實(shí)際問題的能力，使信息技術(shù)有效服務(wù)于專業(yè)與學(xué)科，是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育部門面臨的重大挑戰(zhàn)。

我校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)部是獨(dú)立于計(jì)算機(jī)系的教學(xué)部門，承擔(dān)了全校約3 500名非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的計(jì)算機(jī)公共課程。近年來實(shí)施了如下變革。

1 確立以學(xué)生為中心的教學(xué)范式

1952年，美國人本主義心理學(xué)家卡爾?羅杰斯提出了“以學(xué)生為中心”的教育理念，體現(xiàn)了人本主義心理學(xué)的原理，反映了教育學(xué)的內(nèi)在規(guī)律?！耙詫W(xué)生為中心”，即以學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展為中心，從“傳授模式”向“學(xué)習(xí)模式”轉(zhuǎn)變，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量[1]。

在校大學(xué)生是95后、00后，他們熟悉計(jì)算機(jī)技術(shù)，迷戀社交網(wǎng)絡(luò)，習(xí)慣碎片化學(xué)習(xí)，擅長完成多重任務(wù)，習(xí)慣于同齡人間的協(xié)作，是伴隨著互聯(lián)網(wǎng)成長的一代，被稱為“數(shù)字原住民”。據(jù)果殼網(wǎng)2014年統(tǒng)計(jì)，MOOC學(xué)習(xí)者中有13.8%的用戶是中學(xué)生[2]。這些學(xué)生帶著對大學(xué)的憧憬來到課堂，對大學(xué)課程抱以厚望。

近百年來，腦科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、社會學(xué)、人類學(xué)的發(fā)展推動形成了學(xué)習(xí)科學(xué)這一新的學(xué)科，加深了對學(xué)習(xí)過程的理解，教學(xué)研究的重點(diǎn)從如何教轉(zhuǎn)向如何學(xué)，從結(jié)果轉(zhuǎn)向過程，從機(jī)械操作轉(zhuǎn)向知識的理解和運(yùn)行[3]。講授式是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程采用的主要形式。研究表明，學(xué)生的注意力在上課后15分鐘左右開始下降，且計(jì)算機(jī)類課程具有操作性強(qiáng)的特點(diǎn)，學(xué)生在教室中無法迅速提升操作能力。Micheal Prince和Scoot Freeman等在分析文獻(xiàn)時發(fā)現(xiàn)，科學(xué)類課程中應(yīng)用各種主動學(xué)習(xí)方法，如協(xié)作及合作學(xué)習(xí)、基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)，還可以將不及格率降低12%[4]。

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育應(yīng)該將學(xué)生的特性及已有的經(jīng)驗(yàn)作為課程設(shè)計(jì)之起點(diǎn)，采用學(xué)生樂于接受并且匹配計(jì)算機(jī)課程特性的教學(xué)方法，如提前設(shè)置課堂任務(wù)單，包括個人的閱讀、補(bǔ)齊、糾正、編寫代碼，或者小組合力編程等活動，將學(xué)生單純聽講的時間分隔為多次思維的深度參與，“讓學(xué)生動起來，在思考和活動中學(xué)習(xí)，處于主動學(xué)習(xí)狀態(tài)[5]”。

2 開發(fā)反映當(dāng)今主流技術(shù)的課程體系

鑒于歷史及諸多客觀原因，國內(nèi)高校的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程設(shè)置普通落后，例如多年來程序設(shè)計(jì)語言以C語言及C/S開發(fā)的VB、VFP等語言為主，面向?qū)ο蟮恼Z言教學(xué)較少，腳本語言中僅Python于近一、兩年納入部分大學(xué)的課程體系，未能反映編程語言的最新發(fā)展趨勢。

筆者所在部門于2017年初設(shè)計(jì)了反映當(dāng)今主流技術(shù)的教學(xué)體系。在通識必修課中，除了保留C、Java、移動Web開發(fā)技術(shù)外，培育Python作為文科及部分理工科的必修課。因其語法簡潔、擁有數(shù)萬個第三方庫等特性，非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生可在短時間內(nèi)利用Python編寫網(wǎng)絡(luò)爬蟲、制作游戲、進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及可視化等任務(wù)，有效支撐專業(yè)學(xué)習(xí)中的信息化需求。

2017年2月20 日，教育部發(fā)布《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》。2018年教育部辦公廳發(fā)布《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計(jì)劃》。這場由技術(shù)引發(fā)的深刻變革給從事計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的教師帶來了壓力，同時也蘊(yùn)含著機(jī)遇。部門通過支持青年教師參加新技術(shù)培訓(xùn)、購買硬件及實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺等舉措，鼓勵其開發(fā)能反映當(dāng)前主流技術(shù)的通識課程，如數(shù)據(jù)科學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)、虛擬現(xiàn)實(shí)等，使非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生也有機(jī)會了解這場變革背后的原理及技術(shù)，滿足好奇心和求知欲，支持其在各自專業(yè)學(xué)習(xí)中有意識地融合現(xiàn)代信息技術(shù)，成長為符合新工科要求的、具有創(chuàng)新意識的跨學(xué)科復(fù)合型人才。

3 設(shè)置基于真實(shí)世界的學(xué)習(xí)任務(wù)

根據(jù)社交建構(gòu)的理論，聚集于真實(shí)任務(wù)情景的設(shè)計(jì)可以達(dá)成有助于學(xué)生成長與學(xué)習(xí)的有意義的互動。程序設(shè)計(jì)課程中通常采用“水仙花”“雞兔同籠”等傳統(tǒng)數(shù)學(xué)問題作為案例或者作業(yè)任務(wù)。這些任務(wù)遠(yuǎn)離現(xiàn)實(shí)世界，與學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)與生活沒有關(guān)聯(lián)，且過于抽象，不足以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)，自然無法促進(jìn)學(xué)習(xí)投入。

“互聯(lián)網(wǎng)+”時代顛覆了傳統(tǒng)的商業(yè)模式，同時催生了許多新行業(yè)。教師可以從現(xiàn)實(shí)世界的問題出發(fā)，指導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)掘身邊的任務(wù)需求，例如為校園里的咖啡館建網(wǎng)站，為校園的快遞店開發(fā)快件管理系統(tǒng)、模擬共享單車及餓了么等生活中常見的應(yīng)用。無論是課堂案例還是作業(yè)設(shè)置，均應(yīng)遵循軟件界的項(xiàng)目管理流程：小組首先需要主動發(fā)現(xiàn)身邊的需求，界定開發(fā)任務(wù)，然后完成需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編碼、測試等明晰的階段任務(wù)。項(xiàng)目開發(fā)是培養(yǎng)學(xué)生建立和發(fā)展計(jì)算思維的過程，不僅能促進(jìn)團(tuán)隊(duì)合作，強(qiáng)化與團(tuán)隊(duì)中不同定位的角色進(jìn)行溝通的能力，培養(yǎng)職業(yè)感，最重要的是讓學(xué)生在校期間體驗(yàn)憑借自身技術(shù)解決真實(shí)任務(wù)而產(chǎn)生的成就感，從而愿意投入時間和精力開展計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)。在課堂之外體驗(yàn)完整的項(xiàng)目開發(fā)模擬了軟件行業(yè)的流程，讓學(xué)生學(xué)會在不熟悉的情境中找出問題和機(jī)會，并將過往學(xué)到的知識遷移到新的情境，針對問題和機(jī)會即興提出新的現(xiàn)場解決方案，從而形成更全面的觀察力和反思性思維模式，在具有挑戰(zhàn)性的真實(shí)體驗(yàn)中找出知識的意義[6]。

4 尋求數(shù)據(jù)支持的教與學(xué)改進(jìn)方案

沒有技術(shù)的介入，課堂教學(xué)過程如同黑箱，教師無法及時收集提問、討論等隱性數(shù)據(jù)。自2015年起，雨課堂、課堂派等輕量級教學(xué)互動工具面世。以雨課堂為例，它不僅可以記錄學(xué)生的課前預(yù)習(xí)情況，收集學(xué)習(xí)疑惑；課堂中可以開展現(xiàn)場投票、答題，互動結(jié)果直接投影到屏幕中分享；課后推送測試題目等。便捷的互動方式避免了當(dāng)場答錯的尷尬，減輕了學(xué)生的心理壓力，強(qiáng)化了任務(wù)和反饋之間的聯(lián)系[7]。借助技術(shù)手段，使學(xué)生在最短時間知曉了答案，教師則及時獲得了學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)展、疑問等以往難以收集的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，從而及時洞悉學(xué)習(xí)過程的全數(shù)據(jù)，為形成性評價提供依據(jù)。

滿足學(xué)習(xí)者、教師和高校的多樣化需求，并通過單一平臺來支持這些需求本身就是一個巨大的挑戰(zhàn)[8]?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”時代下，混合教學(xué)愈發(fā)呈現(xiàn)多維度的特性：學(xué)生在手機(jī)端的社交媒體中查看教師推送的課前預(yù)習(xí)內(nèi)容、課堂中開展交互式學(xué)習(xí)和課后開展復(fù)習(xí)及鞏固，并在學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)中查看資源、完成作業(yè)并討論；學(xué)習(xí)過程中配合微信課程群獲得教師和同伴的幫助。這種學(xué)習(xí)模式呈現(xiàn)了學(xué)習(xí)空間（教室內(nèi)外）、信息呈現(xiàn)方式（桌面設(shè)備及手機(jī)）和同步及異步的多維度混合特性，形成了相互支持的生態(tài)系統(tǒng)。

長久以來，教育系統(tǒng)沿襲著遠(yuǎn)古教育的范式，主要依靠教師的個人教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對課堂上學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行判斷和制定教學(xué)決策[9]?；旌辖虒W(xué)模式下，學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)、移動端交互工具和社交軟件的作用不應(yīng)僅限定于單向的信息傳遞與分享。教師應(yīng)建立數(shù)據(jù)決策的思維，匯集多個平臺上累積的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，掌握班級整體學(xué)習(xí)進(jìn)展及個別學(xué)生遇到的困難，開展數(shù)據(jù)支持的、基于證據(jù)的教學(xué)，使平臺背后收集的數(shù)據(jù)體現(xiàn)出對教師和學(xué)生的指導(dǎo)價值，使反饋及時、精準(zhǔn)、有效。

5 建設(shè)研討型機(jī)房

學(xué)習(xí)空間是指用于學(xué)習(xí)的場所。從1990年開始，美國就開始了對傳統(tǒng)教室的反思及再設(shè)計(jì)。針對秧苗式布局的傳統(tǒng)教室和采用可移動座位布局、配備信息技術(shù)裝置的新型教室的準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究表明，不同的學(xué)習(xí)空間塑造了不同的教學(xué)行為和不同的學(xué)習(xí)行為，傳統(tǒng)教室鼓勵教師講授，而新型教室讓學(xué)生獲得更多的主動學(xué)習(xí)機(jī)會[10]。

計(jì)算機(jī)是應(yīng)用性、實(shí)踐性極為突出的學(xué)科，因此必須動手操作才有可能提高實(shí)踐能力?，F(xiàn)實(shí)中此類課程的教學(xué)安排是先在課堂中聽課，然后在機(jī)房完成作業(yè)。這種割裂式的設(shè)計(jì)使得教室里的知識傳遞環(huán)節(jié)變得非常低效，紙上談兵式的授課無益于編程技能的提升，同時隔日才開展實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)使得提取記憶變得異常困難。因此計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育面臨的重大變革在于打通理論教學(xué)、上機(jī)實(shí)驗(yàn)這種低效的教學(xué)模式，建設(shè)研討型機(jī)房：可移動組合的桌椅能夠根據(jù)教學(xué)需要自由拼接組合，教師可在傳統(tǒng)講授式與合作學(xué)習(xí)之間隨時切換。桌上提供計(jì)算機(jī)，學(xué)生在教師講解后可以立即編程驗(yàn)證，實(shí)踐中學(xué)習(xí)；小組旁安裝投影屏幕，教師和學(xué)生都能夠通過桌面的切換器來控制LCD屏幕的顯示內(nèi)容，為展示小組學(xué)習(xí)成果提供條件；同時充分利用教室墻壁安裝展示板，為學(xué)生創(chuàng)造更多合作、表達(dá)與討論的機(jī)會。這類教室常內(nèi)嵌交互軟件，能有效促進(jìn)師生的互動。

在學(xué)校的支持下，筆者部門已經(jīng)建設(shè)了2間研討型機(jī)房，并將多門程序設(shè)計(jì)課程遷移至新空間。物理空間的變化倒逼教師重新進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，所有課時均按“講授-練習(xí)-反饋”的模式，使學(xué)生現(xiàn)場編碼、調(diào)試程序、合作與交流的能力得以提升。

6 重視教師教學(xué)發(fā)展

鑒于歷史原因，通常從事計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的教師學(xué)科專業(yè)背景較為薄弱，以碩士學(xué)位為主。很多教師畢業(yè)后直接到大學(xué)工作，缺乏企業(yè)中軟件開發(fā)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及項(xiàng)目管理的能力，因此無法在教學(xué)中進(jìn)行深層次、實(shí)踐性的拓展。同時基礎(chǔ)課教師的教學(xué)任務(wù)繁重，一門課重復(fù)教，缺少培育學(xué)生的成就感，這些因素均導(dǎo)致了嚴(yán)重的職業(yè)疲勞。青年教師還面臨攻讀博士學(xué)位、職稱晉升、科研壓力等諸多因素，嚴(yán)重影響了他們投入教學(xué)的熱情。同時，計(jì)算機(jī)學(xué)科更新迭代的速度之快、學(xué)生對計(jì)算機(jī)技術(shù)的較高期待也給從事計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課的教師帶來了巨大的壓力與挑戰(zhàn)。

大學(xué)教師發(fā)展是指在學(xué)校內(nèi)外環(huán)境的作用下，大學(xué)教師個體圍繞其職業(yè)角色需求在認(rèn)知、態(tài)度、技能、修養(yǎng)和行為等方面所發(fā)生的積極變化，具體包括專業(yè)發(fā)展、教學(xué)發(fā)展、組織發(fā)展和個人發(fā)展等內(nèi)容[11]。目前國內(nèi)高校幾乎均建立了教師發(fā)展中心，通過邀請國內(nèi)外專家、校內(nèi)優(yōu)秀教師開展研討、設(shè)立教學(xué)發(fā)展基金等方式，帶動教師進(jìn)行教學(xué)反思，投身到教學(xué)變革中。從事計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的教師可通過參加此類活動，更新教學(xué)理念，獲得有效的教學(xué)支持。同時應(yīng)鼓勵基礎(chǔ)課教師申請國內(nèi)外訪學(xué)，了解世界大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的現(xiàn)狀；支持青年教師到企業(yè)實(shí)踐，獲得真實(shí)的項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。大學(xué)則需在職稱評定指標(biāo)中加大對教學(xué)成果的認(rèn)定，通過區(qū)分教學(xué)型、研究型考核標(biāo)準(zhǔn)等一系列有效措施，緩解從事計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育教師的職業(yè)疲勞感，重燃其教學(xué)熱情。

以往的計(jì)算機(jī)教育教學(xué)改革常源于教師的直覺，是主觀經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，不易被歸納和分享，難以發(fā)表高層次的教研文章。1990年，美國學(xué)者歐內(nèi)斯特?博耶提出了教學(xué)學(xué)術(shù)的概念，強(qiáng)調(diào)教學(xué)所具有的專業(yè)性與學(xué)術(shù)性。受學(xué)位、學(xué)科背景等多因素的影響，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課教師難以開展有彰顯度的科研任務(wù)，但以教學(xué)學(xué)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)開展教學(xué)研究是其面臨的機(jī)遇。教改過程中有意識地應(yīng)用量化、質(zhì)性等學(xué)術(shù)研究方法，發(fā)掘?qū)W習(xí)成效得以改善的證據(jù)，不僅能夠切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量，而且為今后發(fā)表高質(zhì)量的教學(xué)學(xué)術(shù)論文提供了可能。

大學(xué)新生的新特征、新工科建設(shè)、學(xué)習(xí)科學(xué)、學(xué)習(xí)空間和教師發(fā)展等諸多因素為高等教育帶來了巨大的挑戰(zhàn)。從事計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的從業(yè)者應(yīng)在深入了解學(xué)習(xí)機(jī)制的基礎(chǔ)上，更新教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)空間，變革教學(xué)模式，并通過開展教學(xué)學(xué)術(shù)研究獲得學(xué)習(xí)成效得以提升的證據(jù)，從而有效支持非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生日益增長的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)需求。