新工科背景下混合式教學(xué)模式設(shè)計探究
——以計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)公共課為例*

劉秀菊，崔志宇，李艷平，趙琳

(1.菏澤學(xué)院人事處，山東 菏澤 274015；2.菏澤學(xué)院計算機(jī)學(xué)院，山東 菏澤 274015)

2017年教育部啟動了“新工科”發(fā)展研究，形成了“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”，高校聯(lián)合成立信息技術(shù)產(chǎn)學(xué)新工科聯(lián)盟，同年教育部高等教育司發(fā)布《關(guān)于開展“新工科”研究與實踐的通知》.隨著國家教育部一系列積極的舉措，“新工科”很快就在教育學(xué)界引起了廣泛的重視，并且也成為當(dāng)代教育改革與發(fā)展的重要趨勢.王慶環(huán)在《光明日報》發(fā)表的《新工科發(fā)展形成建設(shè)行動路線》中指出新工科主要目標(biāo)是面向“新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)”，更新工程人才知識體系，培養(yǎng)一流的工程人才，對高等工程教育范式進(jìn)行創(chuàng)新；“新工程”的主要目標(biāo)是培養(yǎng)具有較強(qiáng)工程實踐能力和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)復(fù)合型人才[1].面向非計算機(jī)類工科專業(yè)的計算機(jī)基礎(chǔ)教育作為高校通識教育的重要組成部分，必然要承擔(dān)起這一歷史性任務(wù).新工科強(qiáng)化了開設(shè)計算機(jī)通識課程的必要性，加強(qiáng)了對學(xué)生進(jìn)行電腦專業(yè)知識的認(rèn)識與運用，增強(qiáng)了學(xué)生對信息技術(shù)的認(rèn)識與運用，增強(qiáng)了學(xué)生對信息技術(shù)的跨專業(yè)創(chuàng)新能力的培養(yǎng).因此，對非計算機(jī)工程專業(yè)的計算機(jī)通識課程進(jìn)行教學(xué)改革勢在必行[2]，以適應(yīng)不同專業(yè)的需求，更好地實現(xiàn)不同專業(yè)人才培養(yǎng)方向的交叉融合.

本文將翻轉(zhuǎn)課堂引入到我校非計算機(jī)工程專業(yè)的計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)公共課教學(xué)中，重構(gòu)了混合式教學(xué)模式.并根據(jù)學(xué)生專業(yè)特點的不同，設(shè)計了基于翻轉(zhuǎn)課堂的混合式學(xué)習(xí)模式，開展線上線下教學(xué)，實施以“以學(xué)生為中心”即“以人為本”的教學(xué)模式，充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力.以期此研究優(yōu)化混合式教學(xué)模式，促進(jìn)信息技術(shù)與教學(xué)的融合，以適應(yīng)新工科背景下高校計算機(jī)通識課堂教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新[3].

1 新工科背景下計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)公共課教學(xué)的新標(biāo)準(zhǔn)

新工科專業(yè)建設(shè)的核心就是培養(yǎng)“新工科人才”.在當(dāng)前就業(yè)競爭激烈的新形勢下，各行各業(yè)對工程技術(shù)人員的專業(yè)技能和實踐能力要求較高.為適應(yīng)我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和升級，需要培養(yǎng)具有學(xué)科交叉融合的復(fù)合型人才.新工科背景下，對計算機(jī)公共課提出了以下新標(biāo)準(zhǔn).

1.1 與時俱進(jìn)，培養(yǎng)擁有新技術(shù)的復(fù)合型創(chuàng)新人才

計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程的任務(wù)是以培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力為核心，全面培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)、計算科學(xué)修養(yǎng)和計算思維能力，提高學(xué)生的計算機(jī)應(yīng)用水平和計算機(jī)問題求解能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)及將來應(yīng)用計算機(jī)知識和技能來解決本專業(yè)的實際問題打下基礎(chǔ).“新工科”背景下，高校在設(shè)置課程時，要充分考慮新工科學(xué)生未來實際工作需求以及社會需求.計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程除設(shè)置Office、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和多媒體技術(shù)課程外，還需要將計算機(jī)科學(xué)、計算思維、問題求解與算法等計算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)內(nèi)容以及云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)加入課程內(nèi)容，以符合新工科對高校人才培養(yǎng)的要求.

1.2 翻轉(zhuǎn)課堂，推動教師和學(xué)生的角色轉(zhuǎn)變

新工科建設(shè)要求教師轉(zhuǎn)變“灌輸式”的教學(xué)觀念.在翻轉(zhuǎn)課堂中，利用新的教學(xué)策略來進(jìn)行教學(xué)活動，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力[4].教學(xué)重心由以知識傳授轉(zhuǎn)為以答疑解惑為主，引導(dǎo)、幫助學(xué)生.首先，老師讓同學(xué)們按照自己的興趣愛好自行選擇問題，并引導(dǎo)他們按照實際的工作來構(gòu)建自己的知識庫，促進(jìn)學(xué)生以“學(xué)習(xí)中心”的角色轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到“以學(xué)生為中心”的目的.翻轉(zhuǎn)課堂顛覆了“上課聽，課后寫”的教學(xué)模式，將知識的傳遞和內(nèi)化的過程逆轉(zhuǎn)，使傳統(tǒng)師生的角色和教學(xué)流程、結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，充分發(fā)揮了建構(gòu)主義的作用，極大地調(diào)動了學(xué)生的積極性，增強(qiáng)了課堂的參與性[5].

1.3 混合式教學(xué)，促進(jìn)衍生新的教學(xué)模式

新工科建設(shè)要求改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，需求融合傳統(tǒng)教學(xué)與線上教學(xué)優(yōu)點的混合式新型教學(xué)模式.將信息技術(shù)融入日常教學(xué)活動，規(guī)范教學(xué)行為，提高教學(xué)效果.比如教師在教學(xué)中首先梳理知識點，打破章節(jié)界限，整合邏輯相關(guān)的知識點，理清學(xué)生需求.根據(jù)課程要求，確定教學(xué)安排，區(qū)分哪些知識點以教師講授為主，哪些知識點以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主，根據(jù)知識點的難易程度設(shè)置網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)時間[6].

2 基于翻轉(zhuǎn)課堂重構(gòu)“以人為本”的混合式教學(xué)模式

2.1 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

通過多年使用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，富蘭克林學(xué)院的羅伯特·塔爾伯特總結(jié)了翻轉(zhuǎn)課堂的實施結(jié)構(gòu)模式.翻轉(zhuǎn)課堂由課前和課堂組成[7].課前，主要是預(yù)習(xí)階段，教師準(zhǔn)備好教學(xué)視頻，并發(fā)布到學(xué)習(xí)平臺，學(xué)生上課前預(yù)習(xí)觀看，并下發(fā)有針對性的課前練習(xí)，讓學(xué)生自己了解學(xué)習(xí)中的重難點；在課中，教師首先發(fā)布小測試來評估學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，根據(jù)學(xué)生存在的問題，有針對性的講授及解決，并給出促進(jìn)學(xué)生知識內(nèi)化的解決方案，鞏固薄弱環(huán)節(jié)；最后教師對本次授課內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)和反饋，達(dá)到徹底解決學(xué)生問題的目的.翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式如圖1所示.

圖1 Robert Talbert的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模型

2.2 重構(gòu)“以人為本”的混合式教學(xué)模式模型

新工科背景下需要教師改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，采用新的教學(xué)理念和模式，以人為本，強(qiáng)化學(xué)生綜合素質(zhì)的教育與引導(dǎo)，以滿足培養(yǎng)“新工科人才”的需要[8].基于上述設(shè)計原則和Robert Talbert的翻轉(zhuǎn)課堂模型，參考李逢慶的混合式教學(xué)的理論基礎(chǔ)與教學(xué)設(shè)計[9]和張欣的基于翻轉(zhuǎn)課堂的混合式學(xué)習(xí)模式設(shè)計與應(yīng)用研究[10]，重構(gòu)了基于翻轉(zhuǎn)課堂的“以人為本”的混合式教學(xué)模式模型，如圖2所示.把線上和面對面學(xué)習(xí)的優(yōu)勢融入到課前、課中、課后三個教學(xué)環(huán)節(jié)中，有效的培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力，突出學(xué)生的中心地位，以人為本.該教學(xué)模式符合學(xué)校新工科專業(yè)建設(shè)的要求，符合新工科人才培養(yǎng)對信息素養(yǎng)和能力的新要求.

圖2 基于翻轉(zhuǎn)課堂重構(gòu)“以人為本”的混合式教學(xué)模式模型

3 新工科背景下“以人為本”的混合式教學(xué)模式實施策略

新工科教育體系是把高等教育與未來社會需求和科技發(fā)展緊密結(jié)合，以學(xué)生為教育主體，培養(yǎng)更適合未來的優(yōu)秀人才的新工程體系.圖2是將基于翻轉(zhuǎn)課堂重構(gòu)“以人為本”的混合式教學(xué)模式模型應(yīng)用于計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)公共課教學(xué)中，滿足新工科教育體系要求，注重實踐教學(xué)，以學(xué)生為主體，以興趣為基礎(chǔ)，以職業(yè)技能和專業(yè)知識為目標(biāo)，構(gòu)建以人為本，面向未來社會需要的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式[11].具體實施策略如下.

3.1 線上線下結(jié)合，建立系統(tǒng)性教育教學(xué)體系

根據(jù)《計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)(一)》課程教學(xué)大綱把這些內(nèi)容概括為：計算機(jī)科學(xué)與計算機(jī)思維，計算機(jī)系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、OFFICE辦公軟件、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)五大模塊.根據(jù)不同專業(yè)分別提出了6個學(xué)科不同類型的課程體系，并安排20個具體的實踐案例.每一次課一般安排3～5個知識點，從知識、能力、素質(zhì)、德、智、體、美七個維度形成教學(xué)內(nèi)容方陣，組織教學(xué)內(nèi)容.課程采用以任務(wù)驅(qū)動、線下線上相結(jié)合的混合式教學(xué)模式.我校通過與超星泛雅在線平臺合作，搭建了虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境.教師通過在超星泛雅平臺上傳自主學(xué)習(xí)任務(wù)單和微視頻、課件、在線習(xí)題及輔助資料等學(xué)習(xí)資源，用于開展混合式教學(xué)模式，實現(xiàn)線上自主學(xué)習(xí)，并實現(xiàn)學(xué)習(xí)社區(qū)創(chuàng)建與協(xié)作互動、學(xué)習(xí)跟蹤、反饋和多樣化評估相結(jié)合.整個教學(xué)分為課前、課內(nèi)和課后開展，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺主要應(yīng)用在課前和課后，形成的系統(tǒng)性教育教學(xué)體系，大大提高了教學(xué)質(zhì)量.

3.2 轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，以人為本

改變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，引導(dǎo)學(xué)生積極參與到教學(xué)中.課前階段主要是教師備課和學(xué)生預(yù)習(xí)的過程.教師首先集體備課，準(zhǔn)備上課課件、習(xí)題以及視頻等相關(guān)學(xué)習(xí)資源；然后在學(xué)習(xí)平臺發(fā)布自主學(xué)習(xí)任務(wù)單和課程資源.自主學(xué)習(xí)任務(wù)單發(fā)揮著重要的作用，指導(dǎo)學(xué)生有效發(fā)揮自主能動性.通過預(yù)習(xí)課件、微視頻和相關(guān)資源，加深學(xué)生對知識的掌握和理解.課中階段，教師以案例研討，學(xué)習(xí)引導(dǎo)方式組織課堂，教師進(jìn)行案例演示和分配課堂任務(wù).課堂活動以學(xué)生的自主上機(jī)操作為主，以任務(wù)為導(dǎo)向進(jìn)行階段性評估、提交課堂作業(yè)，并以小組的形式進(jìn)行互評.在整個教學(xué)活動中，以人為本，引導(dǎo)學(xué)生通過動口、動手、動腦親身體會和探究的學(xué)習(xí)，其意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)教學(xué)模式.

3.3 以興趣為導(dǎo)向，優(yōu)化教學(xué)方法

3.3.1 任務(wù)驅(qū)動，案例分析法

結(jié)合新工科專業(yè)要求，教學(xué)過程的設(shè)計以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、積極性和參與度為目標(biāo)，采用任務(wù)驅(qū)動和案例分析法進(jìn)行講解，突出教學(xué)重點難點.比如結(jié)合現(xiàn)實生活的計算思維應(yīng)用的案例：某個團(tuán)隊去旅游，游覽了主要景點后，還有3個景區(qū)A湖、B湖、C山可供選擇，去這些景區(qū)的路線有甲路線、乙路線、丙路線，綜合考慮有以下要求：①A湖和B湖，至少要去一處.②如果不經(jīng)過甲路線或者不經(jīng)過乙路線，則不能去A湖游覽.③如果經(jīng)過甲路線，就不能去C山游覽.④只有經(jīng)過丙路線，才能到達(dá)B湖.如果由于天氣原因，這個團(tuán)隊不能經(jīng)過丙路線，如何選擇才是最佳方案？讓學(xué)生帶著任務(wù)去學(xué)習(xí)，充分發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)習(xí)興趣和參與度，在討論區(qū)同學(xué)們進(jìn)行熱烈的討論，最后通過邏輯分析得出結(jié)論：該團(tuán)最后決定經(jīng)乙路線去A湖游覽.

3.3.2 自主選擇，分組法

采用“以人為本”的混合式教學(xué)模式，一般上課前一天收集預(yù)習(xí)報告，教師根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)報告的結(jié)果進(jìn)行課堂設(shè)計.例如問題求解與算法案例“雞兔同籠,共有35個頭,94條腿,求雞兔各有幾只”分析教學(xué)中，按照自主學(xué)習(xí)單任務(wù)要求，需要分組完成任務(wù).以生物制藥專業(yè)學(xué)生為例，學(xué)生自主組合，共分10組，每個小組設(shè)置一名組長，負(fù)責(zé)分配任務(wù)，協(xié)調(diào)組內(nèi)工作.按照自主學(xué)習(xí)單任務(wù)要求，學(xué)習(xí)小組通過網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行課前的學(xué)習(xí)和協(xié)作，完成問題求解與算法應(yīng)用案例分析，在課堂上每個小組展示分析思路，并進(jìn)行匯報，最后全班同學(xué)和老師進(jìn)行評比，10組同學(xué)竟找出十多種解決方案，這樣大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和競爭意識，同時培養(yǎng)了學(xué)生的發(fā)散思維能力.

3.3.3 師生互動，答疑解惑法

充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，學(xué)生訪問在線學(xué)習(xí)平臺接收教學(xué)任務(wù)，在自主學(xué)習(xí)任務(wù)單指導(dǎo)下，預(yù)習(xí)課件、微視頻和相關(guān)資源.針對不懂的問題，同學(xué)們分組討論進(jìn)行解決，無法解決的相關(guān)困惑以及建議通過平臺提交，教師通過平臺回復(fù)或者通過討論區(qū)、QQ群、微信群等進(jìn)行有針對性的個性化在線溝通和引導(dǎo).比如前面講到旅游團(tuán)選路線問題，還有來自印度的經(jīng)典問題-漢諾塔問題等計算思維應(yīng)用的案例都需要通過邏輯推理和分析才能得出結(jié)論，很多學(xué)生在預(yù)習(xí)中感到困惑，分享到平臺討論，同學(xué)們積極參與討論并提出自己的方案.通過網(wǎng)絡(luò)平臺在線學(xué)習(xí)大大提高了學(xué)習(xí)效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.教師根據(jù)同學(xué)們的疑問及時在線答疑，最后把課前未解決的疑難問題收集起來，作為課堂重點進(jìn)行講解，以便課堂上有的放矢.

3.4 師生反思，知識再構(gòu)

課后學(xué)習(xí)階段主要是鞏固課堂上所學(xué)知識的過程.課堂上學(xué)生完成展示和交流后，老師和其他同學(xué)給出修改、完善的建議，學(xué)生再對學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)和反思，并完成拓展任務(wù).例如計算機(jī)科學(xué)與計算思維章節(jié)結(jié)束時，提示學(xué)生這部分內(nèi)容非常重要，要掌握好，這部分內(nèi)容是為第二學(xué)期計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)(二)—《C語言程序設(shè)計》打基礎(chǔ)的.這個章節(jié)除要求學(xué)生總結(jié)反思本章學(xué)習(xí)內(nèi)容外，還需發(fā)布拓展任務(wù).通過前面的學(xué)習(xí)了解，解決“雞兔同籠和漢諾塔問題”等疑難問題計算量非常大，但這是計算機(jī)最擅長的，同學(xué)們根據(jù)前面推理和分析出的解決方案，通過電腦查閱資料提練出核心算法，并查閱通過C語言編程如何實現(xiàn)？運行程序大概多久能出結(jié)果，比較計算機(jī)處理這類問題的優(yōu)勢在哪些地方？完成任務(wù)提交在線平臺，記入平時成績.通過拓展任務(wù)讓學(xué)生了解計算機(jī)編程能夠高效處理問題，并掌握算法思維是編寫計算機(jī)程序的關(guān)鍵，從而激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)編程的興趣，為下學(xué)期學(xué)習(xí)C語言程序打下基礎(chǔ).

3.5 優(yōu)化評價設(shè)計

針對基于翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)模式教學(xué)改革，設(shè)置相應(yīng)配套的考核方式.目前混合式教學(xué)評價主要是以實踐性、過程性為主，應(yīng)調(diào)整過去的評價比重，增加實踐性和過程性評價比重.考核方式是培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，加強(qiáng)過程質(zhì)量監(jiān)控，考核包括平時成績和期末考試成績，平時成績主要包括考勤、預(yù)習(xí)成績、平臺成績、課堂表現(xiàn)、上機(jī)試驗，平時成績占40%，期末考試一般采用機(jī)考，占60%.從而保證了翻轉(zhuǎn)課堂的順利實施[12].

1)線上評價：超星泛雅平臺能夠記錄學(xué)生學(xué)習(xí)記錄，比如學(xué)生觀看學(xué)習(xí)視頻的次數(shù)、時長，參與討論的次數(shù)等學(xué)習(xí)記錄，老師可根據(jù)平臺記錄進(jìn)行評價.

2)課堂評價主要分為教師評價、組內(nèi)評價、組間評價.根據(jù)學(xué)生的作品、演講以及參與情況，教師、小組內(nèi)和小組間對學(xué)生綜合表現(xiàn)進(jìn)行評價.

4 實施效果

新工科背景下，經(jīng)過對2021級新生計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)實施混合式教學(xué)改革，與往年同水平相比，體現(xiàn)在以下三個明顯的教學(xué)效果.

4.1 激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣

新的教學(xué)模式增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的能力、動手實踐分析問題與解決問題的能力，教學(xué)效果明顯；將線上教學(xué)模式與線下教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來，采用“混合式教學(xué)技術(shù)”，分專業(yè)、分層次教學(xué)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，以便學(xué)生更好的理解掌握所學(xué)知識，達(dá)到學(xué)有所用目的.

4.2 重視上機(jī)實踐

上機(jī)實踐是計算機(jī)通識教育的重要組成部分，結(jié)合新工科專業(yè)特點，精心規(guī)劃上機(jī)實踐題目.例如前面的計算機(jī)科學(xué)與計算思維案例，還有與職業(yè)有關(guān)的WORD應(yīng)用案例設(shè)計：制作年報、制作邀請函、制作個簡歷以及WORD畢業(yè)論文設(shè)計編輯五個案例，掌握比較有用的WORD案例制作方法，以便學(xué)生將來在學(xué)習(xí)和工作中具有更強(qiáng)的文字處理能力.

4.3 培養(yǎng)創(chuàng)新思維

鼓勵學(xué)生多角度思考問題，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和計算思維能力.教師在教學(xué)中也會針對學(xué)生的實際操作提供合理的建議，鼓勵學(xué)生打開思路，多種方法解題，并收集學(xué)生們不同解題思路和算法.然后在課堂上由教師講授，與同學(xué)一起探討各種算法的優(yōu)點與不足，最后選擇最優(yōu)方案.這種方法既能增強(qiáng)學(xué)生的自信心，又能拓寬學(xué)生的視野.

5 結(jié)束語

根據(jù)非計算機(jī)工科專業(yè)計算機(jī)通識課程體系的改革方案，及2021年大學(xué)新生的實踐教學(xué)，針對計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程這門通識課程進(jìn)行了教學(xué)改革，在新工科背景下為了適應(yīng)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)課程面臨的新形勢，對現(xiàn)有的學(xué)習(xí)流程進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化.相對往年取得了較好的教學(xué)效果.本研究將線上教學(xué)模式與線下教學(xué)有機(jī)結(jié)合，采用“混合教學(xué)技術(shù)”，實現(xiàn)了“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念.這種教學(xué)模式提供了多種學(xué)習(xí)渠道，學(xué)生可以自由的選擇學(xué)習(xí)時間和空間,能根據(jù)自身的情況自主地完成課前預(yù)習(xí).課堂上，以人為本，充分挖掘?qū)W習(xí)潛能，有效的提升了大學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性和創(chuàng)造性，符合新工科的創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)要求.通過實踐取得了良好的效果，以期為新工程類計算機(jī)通識課程的實施提供參考.