新工科背景下地方高校构建大学计算机一流课程的有效路径_李佳.pdf

第 40 卷第 2 期吉林化工学院学报Vol40 No22023 年 2 月JOUNAL OF JILIN INSTITUTE OF CHEMICAL TECHNOLOGYFeb2023收稿日期:2022-12-16基金项目:2021 年吉林省本科高校教育教学改革立项课题(JLJY202176194299);2021 年吉林化工学院高等教育教学改革研究专项课题“构建面向新工科计算赋能的 大学计算机 智慧教学模式与实践”;2021 年吉林省教育科学“十四五”规划课题(GH21237)文章编号:1007-2853(2023)02-0017-05新工科背景下地方高校构建大学计算机一流课程的有效路径李佳(吉林化工学院 信息与控制工程学院，吉林 吉林 132022)摘要:新工科背景下，高校人才培养定位和要求均有显著革新。探讨了双一流视域下，地方高校大学计算机课程建设面临的问题、解决思路和课程建设实施框架。大学计算机课程贯彻立德树人教育目标，结合新工科计算赋能的人才培养需求，同时践行线上线下混合智慧教学模式。通过对 MOOC 优质资源本土化，重塑具有本校特色的 SPOC 课程知识体系;借助在线学习平台，扩容教学时空;增加实践教学环节，达成知行合一教育目标等系列举措，实现了课程敏捷转型持续迭代的一流课程建设路径。关键词:新工科;MOOC;SPOC;一流课程;大学计算机;线上线下混合教学模式中图分类号:G 6420文献标志码:ADOI:1016039/jcnkicn221249202302005在双一流视域下，一流课程建设是达成新时代我国高等教育内涵式发展的根本要素，也是全面深化新工科建设，及推进高校教育质量发展落到细落实的关键环节1。我国高等教育进入了普及化发展的阶段，地方普通高校承担着培养应用型创新人才的任务和责任2-3。新一代信息技术的飞速发展，新工科建设成为当前我国高等教育发展的新航标，对支持国家创新能力和社会经济的 可 持 续 发 展 将 起 到 重 要 的 战 略 支 撑 作用4-5。因此计算赋能成为培养适应科技变革的具有可持续竞争力人才的落脚点和着力处6。大学计算机是一门综合性和应用性强的学科，重在培养学生运用计算思维分析和解决问题能力，拓宽学生运用“算力”进行创新的高阶能力。2020 年 11 月，吉林化工学院大学计算机课程组获批首批国家级一流本科课程。该课程自2016 年开始进行以计算思维培养为目标的线上线下混合教学，对标“两性一度”一流课程建设标准，积极开展校内一流课程建设。历时四年探索出一套面向新工科教育，适应地方高校的敏捷教学模式，以期为同类院校开展相关课程改革和同类型课程的一流课程建设提供借鉴。一、地方高校大学计算机课程现状、挑战与问题地方高校普遍将大学计算机课程作为培养学生计算机素养的具有通识性质的必修课，授课对象是大一新生，其授课内容则以培养学生计算思维能力为教学目标7。新形势下的大学计算机课程授课模式是“互联网+”下的泛在信息环境，一方面为课程改革提供了丰富的教学资源，另一方面要求大学计算机课程能适应信息技术的快速更替而不断进行教学内容的迭代。当前，地方高校进行新一轮大学计算机课程改革面临着课程定位更新、时间紧迫、教学资源不足的问题。(一)新教学目标的定位及延续性的问题大学计算机课程一旦脱离了实践就成了纯知识型的课堂，计算思维也就成了纸上谈兵，并不利于培养学生创新能力。新工科背景下，大学计算机教学改革，一方面课程教学目标兼具计算思维特征和新工科特点;另一方面不能摒弃计算机应用技能的培养。因此，新课改必须确立兼具前瞻性、实践性和基础性的教学目标，并通过教学内容设计将计算思维理论和计算思维实践两部分恰到好处地衔接起来。(二)重构新教学资源的时间成本和课程持续迭代发展的问题地方高校现有大学计算机课程的教学内容比较陈旧，如果重新选择教学内容，创建教学资源，课程改革的时间成本高、周期长，地方高校需要更多的人力、物力和财力基础。然而，社会发展是日新月异的，地方高校需要在有限的办学资源下，找到一种切实可行的途径，实现对大学计算机课程的具备可持续性的敏捷式教学改革路径，从而推进教学质量得以高质量内涵式发展。(三)教育供给侧差异与学时、师资资源不足之间的矛盾问题目前，我国计算机教育重心下移，学生已在义务教育或高中阶段就开始学习信息技术相关课程。然而，不同的地区对计算机普及教育的程度又各不相同。这样就导致了学生入学后，在计算素养方面存在着显著的差异。新工科背景下，计算机作为一种高效的计算工具，现已应用到各个学科领域，不同学科领域体现出的计算思维模型又是不同的。此外，受到学时少，教师数量少等诸多因素的限制。实现课程的分层、分类教学是大学计算机课程亟待解决的问题。二、地方高校建设大学计算机一流课程的思路与方法“一流课程”是新时代衡量我国高等教育课程建设质量的标杆，必须符合“两性一度”的标准，即高阶性、创新性、挑战度。地方高校应充分利用现有资源，结合课程基础和办学特色，通过重构教学体系、革新教学内容、提升教学目标定位，探索适应本校学情的类计算机基础教育的新范式。本文围绕“两性一度”提出，地方高校大学计算机通识类课程教学改革的思路与方法。(一)基于“计算思维 20”构筑大学计算机的内涵，达成课程教学内容的创新性近年来，信息时代与智能时代并存，以人工智能和机器学习为代表的先进计算技术，又一次改变了人们解决问题的角度，形成了计算思维 20时代。计算思维 20 也是一种基于模型化和架构性的解决问题方法，解决问题的思路已从具化转向了泛化，即从局部到整体的问题求解8。课程的顶层设计主导了底层教学内容的选择。基于计算思维 20 理念下的课程研发是以开启智能时代为布局的。大学计算机是高校计算机教育中的第一门课，可以通过该课程，让学生知道两点:其一，计算机能为本专业解决什么样的问题;其二，计算机解决问题时，采用的典型的算法和解决问题的角度，即模型化思想的应用。因此，这样的教学定位是具备时代性和前瞻性的，达成了一流课程标准中的创新性。(二)借力“互联网+”搭建大学计算机的教学新形态，达成课程授课形式的创新性“互联网+”是对教育领域的技术增量，代表性成果为慕课、微课与在线教学平台，借助网络平台突破了教学空间的时间维度和空间维度。慕课与微课是对教学资源的扩充，慕课可以解决地方高校缺乏优质教学资源的问题，突破了学校的地域限制，实现优质资源共享的愿景;微课把授课内容以知识图谱级的方式分解，实现了教师灵活组织教学内容，达成个性化培养、分级分类的教学目标。与此同时，在线教学平台是本地化的教学资源，可以解决教学过程中，学时少、师生缺少交流途径的问题。(三)融入“多元化实验”达成课程的高阶性和挑战度创新性、前沿性和学科交叉是发展新工科的核心教育理念。我国高等教育中的工程教育体系下，计算机教育兼顾了培养信息技术技能和训练学生计算思维能力的双重要求。“新工科”是时代发展的必然趋势，以人工智能和机器学习为代表的先进计算技术的迅猛发展，更加突出了计算学科理论与方法对工科、文科、医科和农科的支撑作用。因此，把握“新工科”的教育内涵，以前沿交叉学科为背景，通过对现有实验任务的组合、升级和拓展，探索出计算赋能的大学计算机“多元化”实践教学模式，进而解决传统课程的实验教学模式中存在的问题。三、新工科背景下建设大学计算机混合教学一流课程实施框架2016 年课程组对大学计算机课程，从教学目标、教材、教学模式，以及教学方法，展开了新一轮教学改革与实验，该课程摒弃了传统的以训练学生办公自动化为主的技能型教学目标，转向培养学生的计算思维的素质型教学目标。2021 年课程立足新工科教育指导，进行了迭代升级完成了基于新工科内涵的课程创新性改造。通过以“新工科为背景，计算思维为内涵，线上线下混合为手段”，打造通专融合的大学计算机智慧教学模式。81吉林化工学院学报2023 年大学计算机课程为了达成四新教育下育人育才的教育目标，同时践行线上线下混合教学模式，需要完成课程顶层设计、课程资源建设和课程具体实施方案的设计，该课程的实施框架如图 1 所示。课程组重新定位了大学计算机课程教学目标，落实立德树人根本任务，培养学生建立工程思想、计算思维能力，并激发创新意识。课程以中国大学 MOOC 平台优质在线资源为本，构建包含课程思政元素、计算思维内涵和四新教育要义的本校特色课程资源。以超星学习通平台为课程教学载体，通过线上线下混合教学模式开展实际教学活动。课程教学过程中，采用案例驱动的教育思想，将知识和原理融入实例，通过课程思政案例、“计算机+”应用案例、虚拟实验 Python 微实例和SPOC 资源创新主题微课视频，达成理论联系实际，案例拓宽视野的知行合一教学理念。图 1大学计算机一流课程实施框架(一)MOOC+SPOC 对优质资源本土化，重塑课程知识体系课程组以培养学生对计算机学科的认知为教学目标，选择了哈尔滨工业大学研发的国家级精品在线开放课程(国家级线上一流本科课)大学计算机-计算思维导论及配套教材。以计算思维为核心，解析计算机工作原理，深入浅出地诠释计算学科中的程序构造思维、系统思维、算法思维以及数据思维等。这些内容使得大学计算机课程，不局限在知识框架下，而是让学生真正理解计算学科、懂得人应该如何利用计算机解决问题。从而，把课程从原来的训练“使用工具”的技能型课程，转向为培养和促进学生的计算思维与各专业思维交叉融合形成复合型的创造性思维。与此同时，课程组根据教学目标和学生特点，通过整合与删减 MOOC 资源、录制难点问题微课、构建课程配套实验体系、完成课程个性化资源建设等，即完成了大学计算机 MOOC 资源本土化资源建设9。考虑我校办学定位、专业特色和学情，兼顾大学计算机通识性和个性化的课程教学诉求，优化MOOC 教学内容。将专业性过强的部分作为选学内容，课程组将教学内容设定必学和选学部分，学生可以根据自身能力通过在线学习网站进行自主学习，但不作为考核内容。课程组一方面对章节中的难点进行再加工，设计新案例或提供补充讲解资料，进行难度降维处理;另一方面，课程组研发“无所不在的计算思维”的主题微课视频，以我校特色专业为背景(化工、汽车、工业自动化)扩宽学生视野，体现通识课程特色化教学目标。(二)借力“互联网+教育”，构建在线学习平台，扩容教学时空，丰富教学手段大学计算机课程通过构建在线学习平台资源，作为线上+线下混合教学的实施载体，形成汇集课程资源、开展教学活动、促进师生交流的线上91第 2 期李佳:新工科背景下地方高校构建大学计算机一流课程的有效路径学习空间。课程组采用超星学习通作为大学计算机课程资源云平台。在构建课程在线资源平台并不是简单地将课程资源迁移到网络中，而是根据教学内容，借助教学活动，课程的全部教学环节有计划有组织地发布到云平台中。首先，按照教学模块和教材章节结构搭建课程知识体系;其次，针对每节教学内容依据“导学 精讲 进阶”布置教学内容;再次，根据知识点发布相关多元化课程资源(课件、微课、讨论和习题等)，标记知识点，形成知识图谱;最后，设计教学活动，将线上先学与线下精学有机融合。(三)增加多维度实践教学环节，提高课程高阶性，达成知行合一的教育目标为了避免计算机基础课程，重理论轻实践的问题，课程组引入了 Python 程序设计语言作为编程工具，通过动手实现一些微实例，使得学生体验和运用计算思维。考虑到根据知识点和难易程度，在每个章节设计相关的实验任务，以验证性实验、创新性实验或小组合作实验为形式，通过实践促使学生在课程学习中产生深度学习体验10-11。由于生源地不同，学生掌握办公软件的熟练程度不同。因此，课程组通过翻转课堂的环节，以学生小组合作任务为契机，以练带学促使学生自学完成该部分训练。课程组引入 PBL 式学习方法。以新工科为背景，把学习知识、提升思维、运用工具(办公软件、编程实践)等教学目标融合到小组学习成果展示项目中。将计算思维拆解成知识讲授给学生，学生通过理解知识而形成计算思维，运用计算思维解决问题从而提升现代化技术工具的应用能力。四、“MOOC+SPOC+翻转课堂”混合教学模式在课程中的应用线上线下混合教学，线下课堂是以线上教学的师生间沟通和反馈为基础的，线上教学与线下教学是相互融合。整体教学过程遵循“导学-精讲-延伸”的过程。导学阶段，抛出问题，引起兴趣;任务清单，引发思考;精讲阶段，实施翻转课堂，构建知识之树;课外拓展，提升难度，师生讨论，凝练成果。(一)遵循适度原则，设计和布局线上章节资源框架线上教学资源是师生开展线上线下混合教学的主要场所，需要根据课程内容特点，设计和布局符合学生认知规律，并可以支撑学生学习的引导型多媒体教学资源。首先，以教材中章节结构为主线，综合考虑教学目标、知识内容特点、学生接受的难易程度，筹划线上教学资源和教学学时安排。采用线上线下混合教学模式可以很好地达成教学目标，拓宽了教师教学的时空和方法，通过线上线下混合教学模式，可以做到以学生为中心的一流课程课堂。具体教学过程分为两部分，即设计和布局章节资源框架，组织和实施线上线下教学(二)基于线上智慧教学平台，完成教学全过程采用“MOOC+SPOC+翻转课堂”的方式，根据教学目标和教学内容，依托学习通在线学习平台和中国大学 MOOC 平台，布置导学任务完成课前先学任务;设计线下授课中的教学活动，开展翻转课堂教学模式;布置课后学习任务，巩固学生学习成果。从而分阶段、分层次、多元化师生互动交流的混合教学模式。按照不同教学阶段，开展系统教学过程如下:1课前导学阶段 线上教学。课前先学是以 MOOC 资源和校内 SPOC 资源为基础。向学生发布“由问题引发思考”的导学任务清单，学生需要完成 MOOC 视频和本校特色微课视频的观看，并完成预习检测、线上讨论和小组任务。教师可以通过本节内容的测验来发现学生对知识点的掌握程度，从而在备课的过程中有的放矢地调整教学重心，设计教学活动。2课中精讲阶段 线下教学+翻转课堂。线下教学是教学过程的主线，线上线下混合教学模式中，有了线上先学的基础，线下教学可以更高效。线下教学不能像传统教学那样讲授，也不能脱离线上学习平台，而是利用线上教学平台提供形式丰富的教学活动，将学生线上学习成果和线下教师解惑融合起来。教师常用的教学活动包括:启发学生学习兴趣，采用在线讨论话题;讲授基础知识点，采用生讲师评的方式;培养学生计算思维，通过让学生展示预习成果，以案例驱动方式开展教师引导探究解惑;为了拓宽学生工程教育视野，以前沿性的工程案例启发学生创新;达成立德树人教育目标，通过课程思政案例精准滴灌，构造有温度的育人育才课堂。3课后学习阶段 线上实践任务。课后通过作业和实践任务，让学生多思考多实践多沟通，以达到知行合一的目的。课后通过线上平台让学生针对本次课程的学习发表学习收获和心得，以达到巩固学生学习成果的目的，强化学生学习02吉林化工学院学报2023 年效果。五、结束语当前，教育环境中融入了互联网技术，使得混合教学已成为提升高等教育质量发展的新常态。通过引入优质 MOOC 资源、结合创建本地特色SPOC 可以快速完成课程内容的内涵建设;借助实践环节提高学生理论联系实际的能力，从而达成了知行合一的教育目的。大学计算机课程改革后，提升学生计算思维能力，近几年来，学生在创新创业竞赛取得了很好的成绩。学生就业后可以更好满足企业和社会的人才需求。高等教育普及化的今天，地方高校是培养四新建设的主力军，应该围绕计算赋能落实全面可行的工程教育目标，培养有信念有能力的复合型人才。参考文献:1赵淑梅2020 年高等教育研究热点分析与思考J 现代教育科学，2021(4):137-143 2吴岩深化“四新”建设走好人才自主培养之路J重庆高教研，2022，10(3):3-13 3吕雪飞，甘树坤地方高校能源与动力工程专业“新工科”建设研究与探索J 吉林化工学院学报，2021，38(10):6-10 4徐晓飞，李廉，战德臣，等新工科的新视角:面向可持续竞争力的敏捷教学体系J中国大学教学，2018(10):44-49 5吴爱华，侯永峰，杨秋波，等加快发展和建设新工科主动适应和引领新经济 J 高等工程教育研究，2017(1):1-9 6钟登华新工科建设的内涵与行动J 高等工程教育研究，2017(3):1-6 7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 8陈国良，李廉，董荣胜 走向计算思维 20J 中国大学教学，2020(4):24-30 9李佳，王敬东疫情下 Python 程序设计课程的“纯线上”教学实践 J 计算机教，2020(10):51-55 10 邢雪，郑力军面向工程智能化的软件项目实训基础课程教学实践探索 J 吉林化工学院学报，2021，38(2):6-11 11 于波，刘佳，张云晶，等基于 C 语言课程的新工科人才编程能力培养支架式教学研究与实践J吉林化工学院学报，2018，35(8):28-31An Effective Way for Local Universities to Build the First-class Courseof University Computer Under the Background of New EngineeringLI Jia(School of Information and Control Engineering，Jilin Institute of Chemical Technology，Jilin City 132022，China)Abstract:Under the background of new engineering，the orientation and requirements of talent training incolleges and universities have been significantly innovatedThis paper discusses the problems，solutions andimplementation framework of University Computer construction in local universities from the perspective ofdouble first-class In the teaching of University Computer，the goal of moral education is implemented，theonline and offline hybrid intelligent teaching mode is put into practice by combining the talent training needs ofnew engineeringThrough the localization of high-quality MOOC resources，the SPOC curriculum knowledgesystem with our own characteristic is rebuilt，teaching time and space is expanded with the application of onlinelearning platform，a series of measures，such as increasing practical teaching links and achieving theeducational goal of the unity of knowledge and practice，have helped to realize the first-class curriculumconstruction path of continuous iteration of curriculum transformationKeywords:New Engineering;MOOC;SPOC;first-class courses;online and offline mixed teaching mode12第 2 期李佳:新工科背景下地方高校构建大学计算机一流课程的有效路径