新工科背景下混合式教学模式设计探究——以计算机应用基础公共课为例*

刘秀菊，崔志宇，李艳平，赵琳

(1.菏泽学院人事处，山东 菏泽 274015；
2.菏泽学院计算机学院，山东 菏泽 274015)

2017年教育部启动了“新工科”发展研究，形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，高校联合成立信息技术产学新工科联盟，同年教育部高等教育司发布《关于开展“新工科”研究与实践的通知》.随着国家教育部一系列积极的举措，“新工科”很快就在教育学界引起了广泛的重视，并且也成为当代教育改革与发展的重要趋势.王庆环在《光明日报》发表的《新工科发展形成建设行动路线》中指出新工科主要目标是面向“新兴产业和新经济”，更新工程人才知识体系，培养一流的工程人才，对高等工程教育范式进行创新；
“新工程”的主要目标是培养具有较强工程实践能力和创新能力的高素质复合型人才[1].面向非计算机类工科专业的计算机基础教育作为高校通识教育的重要组成部分，必然要承担起这一历史性任务.新工科强化了开设计算机通识课程的必要性，加强了对学生进行电脑专业知识的认识与运用，增强了学生对信息技术的认识与运用，增强了学生对信息技术的跨专业创新能力的培养.因此，对非计算机工程专业的计算机通识课程进行教学改革势在必行[2]，以适应不同专业的需求，更好地实现不同专业人才培养方向的交叉融合.

本文将翻转课堂引入到我校非计算机工程专业的计算机应用基础公共课教学中，重构了混合式教学模式.并根据学生专业特点的不同，设计了基于翻转课堂的混合式学习模式，开展线上线下教学，实施以“以学生为中心”即“以人为本”的教学模式，充分发挥学生的自主学习能力.以期此研究优化混合式教学模式，促进信息技术与教学的融合，以适应新工科背景下高校计算机通识课堂教学模式的改革与创新[3].

新工科专业建设的核心就是培养“新工科人才”.在当前就业竞争激烈的新形势下，各行各业对工程技术人员的专业技能和实践能力要求较高.为适应我国产业结构的转型和升级，需要培养具有学科交叉融合的复合型人才.新工科背景下，对计算机公共课提出了以下新标准.

1.1 与时俱进，培养拥有新技术的复合型创新人才

计算机应用基础课程的任务是以培养学生计算思维能力为核心，全面培养学生的信息素养、计算科学修养和计算思维能力，提高学生的计算机应用水平和计算机问题求解能力，为后续课程的学习及将来应用计算机知识和技能来解决本专业的实际问题打下基础.“新工科”背景下，高校在设置课程时，要充分考虑新工科学生未来实际工作需求以及社会需求.计算机应用基础课程除设置Office、网络基础和多媒体技术课程外，还需要将计算机科学、计算思维、问题求解与算法等计算机专业基础内容以及云计算、大数据、人工智能、区块链技术、物联网人工智能、云计算、大数据等新兴技术加入课程内容，以符合新工科对高校人才培养的要求.

1.2 翻转课堂，推动教师和学生的角色转变

新工科建设要求教师转变“灌输式”的教学观念.在翻转课堂中，利用新的教学策略来进行教学活动，提高学生的学习能力[4].教学重心由以知识传授转为以答疑解惑为主，引导、帮助学生.首先，老师让同学们按照自己的兴趣爱好自行选择问题，并引导他们按照实际的工作来构建自己的知识库，促进学生以“学习中心”的角色转换，从而达到“以学生为中心”的目的.翻转课堂颠覆了“上课听，课后写”的教学模式，将知识的传递和内化的过程逆转，使传统师生的角色和教学流程、结构发生变化，充分发挥了建构主义的作用，极大地调动了学生的积极性，增强了课堂的参与性[5].

1.3 混合式教学，促进衍生新的教学模式

新工科建设要求改变传统教学模式，需求融合传统教学与线上教学优点的混合式新型教学模式.将信息技术融入日常教学活动，规范教学行为，提高教学效果.比如教师在教学中首先梳理知识点，打破章节界限，整合逻辑相关的知识点，理清学生需求.根据课程要求，确定教学安排，区分哪些知识点以教师讲授为主，哪些知识点以学生自主学习为主，根据知识点的难易程度设置网络在线学习时间[6].

2.1 翻转课堂教学模式

通过多年使用翻转课堂的教学模式，富兰克林学院的罗伯特·塔尔伯特总结了翻转课堂的实施结构模式.翻转课堂由课前和课堂组成[7].课前，主要是预习阶段，教师准备好教学视频，并发布到学习平台，学生上课前预习观看，并下发有针对性的课前练习，让学生自己了解学习中的重难点；
在课中，教师首先发布小测试来评估学生的预习情况，根据学生存在的问题，有针对性的讲授及解决，并给出促进学生知识内化的解决方案，巩固薄弱环节；
最后教师对本次授课内容进行总结和反馈，达到彻底解决学生问题的目的.翻转课堂教学模式如图1所示.

图1 Robert Talbert的翻转课堂教学模型

2.2 重构“以人为本”的混合式教学模式模型

新工科背景下需要教师改变传统的教学模式，采用新的教学理念和模式，以人为本，强化学生综合素质的教育与引导，以满足培养“新工科人才”的需要[8].基于上述设计原则和Robert Talbert的翻转课堂模型，参考李逢庆的混合式教学的理论基础与教学设计[9]和张欣的基于翻转课堂的混合式学习模式设计与应用研究[10]，重构了基于翻转课堂的“以人为本”的混合式教学模式模型，如图2所示.把线上和面对面学习的优势融入到课前、课中、课后三个教学环节中，有效的培养了学生自主学习能力和创新能力，突出学生的中心地位，以人为本.该教学模式符合学校新工科专业建设的要求，符合新工科人才培养对信息素养和能力的新要求.

图2 基于翻转课堂重构“以人为本”的混合式教学模式模型

新工科教育体系是把高等教育与未来社会需求和科技发展紧密结合，以学生为教育主体，培养更适合未来的优秀人才的新工程体系.图2是将基于翻转课堂重构“以人为本”的混合式教学模式模型应用于计算机应用基础公共课教学中，满足新工科教育体系要求，注重实践教学，以学生为主体，以兴趣为基础，以职业技能和专业知识为目标，构建以人为本，面向未来社会需要的创新型人才培养模式[11].具体实施策略如下.

3.1 线上线下结合，建立系统性教育教学体系

根据《计算机应用基础(一)》课程教学大纲把这些内容概括为：计算机科学与计算机思维，计算机系统、操作系统、OFFICE办公软件、计算机网络五大模块.根据不同专业分别提出了6个学科不同类型的课程体系，并安排20个具体的实践案例.每一次课一般安排3～5个知识点，从知识、能力、素质、德、智、体、美七个维度形成教学内容方阵，组织教学内容.课程采用以任务驱动、线下线上相结合的混合式教学模式.我校通过与超星泛雅在线平台合作，搭建了虚拟网络环境.教师通过在超星泛雅平台上传自主学习任务单和微视频、课件、在线习题及辅助资料等学习资源，用于开展混合式教学模式，实现线上自主学习，并实现学习社区创建与协作互动、学习跟踪、反馈和多样化评估相结合.整个教学分为课前、课内和课后开展，网络学习平台主要应用在课前和课后，形成的系统性教育教学体系，大大提高了教学质量.

3.2 转变教学观念，以人为本

改变传统的教学观念，引导学生积极参与到教学中.课前阶段主要是教师备课和学生预习的过程.教师首先集体备课，准备上课课件、习题以及视频等相关学习资源；
然后在学习平台发布自主学习任务单和课程资源.自主学习任务单发挥着重要的作用，指导学生有效发挥自主能动性.通过预习课件、微视频和相关资源，加深学生对知识的掌握和理解.课中阶段，教师以案例研讨，学习引导方式组织课堂，教师进行案例演示和分配课堂任务.课堂活动以学生的自主上机操作为主，以任务为导向进行阶段性评估、提交课堂作业，并以小组的形式进行互评.在整个教学活动中，以人为本，引导学生通过动口、动手、动脑亲身体会和探究的学习，其意义远远大于传统教学模式.

3.3 以兴趣为导向，优化教学方法

3.3.1 任务驱动，案例分析法

结合新工科专业要求，教学过程的设计以提高学生的学习兴趣、积极性和参与度为目标，采用任务驱动和案例分析法进行讲解，突出教学重点难点.比如结合现实生活的计算思维应用的案例：某个团队去旅游，游览了主要景点后，还有3个景区A湖、B湖、C山可供选择，去这些景区的路线有甲路线、乙路线、丙路线，综合考虑有以下要求：①A湖和B湖，至少要去一处.②如果不经过甲路线或者不经过乙路线，则不能去A湖游览.③如果经过甲路线，就不能去C山游览.④只有经过丙路线，才能到达B湖.如果由于天气原因，这个团队不能经过丙路线，如何选择才是最佳方案？让学生带着任务去学习，充分发挥学生自主学习能力，提高学习兴趣和参与度，在讨论区同学们进行热烈的讨论，最后通过逻辑分析得出结论：该团最后决定经乙路线去A湖游览.

3.3.2 自主选择，分组法

采用“以人为本”的混合式教学模式，一般上课前一天收集预习报告，教师根据学生预习报告的结果进行课堂设计.例如问题求解与算法案例“鸡兔同笼,共有35个头,94条腿,求鸡兔各有几只”分析教学中，按照自主学习单任务要求，需要分组完成任务.以生物制药专业学生为例，学生自主组合，共分10组，每个小组设置一名组长，负责分配任务，协调组内工作.按照自主学习单任务要求，学习小组通过网络平台进行课前的学习和协作，完成问题求解与算法应用案例分析，在课堂上每个小组展示分析思路，并进行汇报，最后全班同学和老师进行评比，10组同学竟找出十多种解决方案，这样大大激发了学生的学习兴趣和竞争意识，同时培养了学生的发散思维能力.

3.3.3 师生互动，答疑解惑法

充分发挥互联网的优势，学生访问在线学习平台接收教学任务，在自主学习任务单指导下，预习课件、微视频和相关资源.针对不懂的问题，同学们分组讨论进行解决，无法解决的相关困惑以及建议通过平台提交，教师通过平台回复或者通过讨论区、QQ群、微信群等进行有针对性的个性化在线沟通和引导.比如前面讲到旅游团选路线问题，还有来自印度的经典问题-汉诺塔问题等计算思维应用的案例都需要通过逻辑推理和分析才能得出结论，很多学生在预习中感到困惑，分享到平台讨论，同学们积极参与讨论并提出自己的方案.通过网络平台在线学习大大提高了学习效率和学生的学习兴趣.教师根据同学们的疑问及时在线答疑，最后把课前未解决的疑难问题收集起来，作为课堂重点进行讲解，以便课堂上有的放矢.

3.4 师生反思，知识再构

课后学习阶段主要是巩固课堂上所学知识的过程.课堂上学生完成展示和交流后，老师和其他同学给出修改、完善的建议，学生再对学习内容进行总结和反思，并完成拓展任务.例如计算机科学与计算思维章节结束时，提示学生这部分内容非常重要，要掌握好，这部分内容是为第二学期计算机应用基础(二)—《C语言程序设计》打基础的.这个章节除要求学生总结反思本章学习内容外，还需发布拓展任务.通过前面的学习了解，解决“鸡兔同笼和汉诺塔问题”等疑难问题计算量非常大，但这是计算机最擅长的，同学们根据前面推理和分析出的解决方案，通过电脑查阅资料提练出核心算法，并查阅通过C语言编程如何实现？运行程序大概多久能出结果，比较计算机处理这类问题的优势在哪些地方？完成任务提交在线平台，记入平时成绩.通过拓展任务让学生了解计算机编程能够高效处理问题，并掌握算法思维是编写计算机程序的关键，从而激发了学生学习编程的兴趣，为下学期学习C语言程序打下基础.

3.5 优化评价设计

针对基于翻转课堂的混合式教学模式教学改革，设置相应配套的考核方式.目前混合式教学评价主要是以实践性、过程性为主，应调整过去的评价比重，增加实践性和过程性评价比重.考核方式是培养学生的自主学习能力，加强过程质量监控，考核包括平时成绩和期末考试成绩，平时成绩主要包括考勤、预习成绩、平台成绩、课堂表现、上机试验，平时成绩占40%，期末考试一般采用机考，占60%.从而保证了翻转课堂的顺利实施[12].

1)线上评价：超星泛雅平台能够记录学生学习记录，比如学生观看学习视频的次数、时长，参与讨论的次数等学习记录，老师可根据平台记录进行评价.

2)课堂评价主要分为教师评价、组内评价、组间评价.根据学生的作品、演讲以及参与情况，教师、小组内和小组间对学生综合表现进行评价.

新工科背景下，经过对2021级新生计算机应用基础实施混合式教学改革，与往年同水平相比，体现在以下三个明显的教学效果.

4.1 激发了学习兴趣

新的教学模式增强了学生的学习兴趣，提高了学生主动学习的能力、动手实践分析问题与解决问题的能力，教学效果明显；
将线上教学模式与线下教学有机结合起来，采用“混合式教学技术”，分专业、分层次教学，激发了学生学习的兴趣，以便学生更好的理解掌握所学知识，达到学有所用目的.

4.2 重视上机实践

上机实践是计算机通识教育的重要组成部分，结合新工科专业特点，精心规划上机实践题目.例如前面的计算机科学与计算思维案例，还有与职业有关的WORD应用案例设计：制作年报、制作邀请函、制作个简历以及WORD毕业论文设计编辑五个案例，掌握比较有用的WORD案例制作方法，以便学生将来在学习和工作中具有更强的文字处理能力.

4.3 培养创新思维

鼓励学生多角度思考问题，培养创新思维和计算思维能力.教师在教学中也会针对学生的实际操作提供合理的建议，鼓励学生打开思路，多种方法解题，并收集学生们不同解题思路和算法.然后在课堂上由教师讲授，与同学一起探讨各种算法的优点与不足，最后选择最优方案.这种方法既能增强学生的自信心，又能拓宽学生的视野.

根据非计算机工科专业计算机通识课程体系的改革方案，及2021年大学新生的实践教学，针对计算机应用基础课程这门通识课程进行了教学改革，在新工科背景下为了适应当前网络课程面临的新形势，对现有的学习流程进行了改进和优化.相对往年取得了较好的教学效果.本研究将线上教学模式与线下教学有机结合，采用“混合教学技术”，实现了“以学生为主体，以教师为主导”的教学理念.这种教学模式提供了多种学习渠道，学生可以自由的选择学习时间和空间,能根据自身的情况自主地完成课前预习.课堂上，以人为本，充分挖掘学习潜能，有效的提升了大学生的学习自主性和创造性，符合新工科的创新型工程人才培养要求.通过实践取得了良好的效果，以期为新工程类计算机通识课程的实施提供参考.

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