从多角度数据看大学生计算思维能力培养的四维延展_刘惠彬.pdf

ISSN 1006 7167CN 31 1707/TESEACH AND EXPLOATION IN LABOATOY第 41 卷 第 12 期Vol41 No122022 年 12 月Dec 2022DOI:10 19927/j cnki syyt 2022 12 044从多角度数据看大学生计算思维能力培养的四维延展刘惠彬，胡建鹏，陈强，黄容(上海工程技术大学 电子电气工程学院，上海 201620)摘要:面向学生、任课教师和用人单位，从多个角度开展计算机应用能力需求调研，从学生实际、专业特色和社会需求出发，设计大学生计算思维能力培养的四维模型，在深度和广度上延展模块化知识节点，在时间和空间维度上突破物理限制，使不同基础、不同专业的学生可以选择性的利用各类计算机知识的线上线下教学资源，在完成基本知识学习的基础上，结合自己的专业特点和未来职场规划，提升计算机应用能力，既保证了有限学时内计算机基础课程的因材施教，又实现了高等教育中计算机知识学习的可持续性，在一定程度上达到计算思维规模化教育与个性化培养的平衡。在多角度分析调研数据的基础上，建立基础教育、高等教育和社会需求有效衔接的闭环计算思维能力培养模式。关键词:计算机基础课程;计算思维;教改调研;四维教学模型;闭环人才培养模式中图分类号:G 642文献标志码:A文章编号:1006 7167(2022)12 0232 07Four-dimensional Extension of Cultivation of College StudentsComputational Thinking Ability Based on Multi-angular Data AnalysisLIU Huibin，HU Jianpeng，CHEN Qiang，HUANG ong(School of Electronic and Electrical Engineering，Shanghai University of Engineering Science，Shanghai 201620，China)Abstract:A four-dimensional cultivating model of college studentscomputational thinking ability is designed in thisstudy based on the multi-angular survey data analysis about the actual situation of students in different majors，therequirements of professional teachers，and employers for studentscomputer application ability The four-dimensionalcultivating model is extended in depth，breadth，time and space to improve studentscomputer application ability basedon their professional characteristics and career planning by utilizing the online and offline modularized teaching resourcesand achieve the balance between large-scale education and personalized training of computational thinking As a result，aclosed-loop computational thinking ability training mode is established to effectively connect basic education，highereducation and social needs via the multi-angular survey data analysisKey words:basic computer courses;computational thinking;survey on teaching reform;four-dimensional cultivatingmodel;closed-loop computational thinking ability training mode收稿日期:2021-12-28基金项目:上海工程技术大学课程建设项目(k202102007);上海高校大学计算机课程教学改革项目(2019-34)作者简介:刘惠彬(1979 )，女，黑龙江鸡西人，博士，讲师。主要研究方向为计算机视觉、智慧教育。Tel:13816253209;E-mail:ccbird126 com通信作者:胡建鹏(1980 )，男，湖北武汉人，博士，副教授。主要研究方向为软件工程、数据工程。Tel:13917537235;E-mail:mr sues edu cn0引言21 世纪初，人工智能(Artificial Intelligence，AI)迎来了第三次热潮1-2，以深度学习技术为引领的新兴科技，从理论研究走向了实际应用，已经广泛地应用在工业控制、社会生活、医疗健康以及教育教学的方方面面。以人工智能技术为重要分支的现代计算机科学，第 12 期刘惠彬，等:从多角度数据看大学生计算思维能力培养的四维延展不仅提升了工业生产效率和产品质量，同时改变了人们的购物、出行方式，人类已经进入高度信息化的时代。掌握计算机领域相关技术的基础知识，既是每一个大学毕业生应该具备的基本素质，也是企事业单位选聘人才的基本要求。在此基础上培养学生的计算思维能力，使其具备利用计算机相关技术解决实际应用问题和创新发展本领域科学研究的能力3。因此，高等院校计算机类基础课程的知识体系应该兼顾信息技术基础知识的普及、计算机领域新兴科技的认知、跨学科创新能力的培养三方面的教学目标，目标明确、体系科学、内容丰富的计算机类基础课程是全面推进“四新”人才培养的有力保障4。同时，伴随多媒体技术和网络技术的飞速发展，开放式教育资源(open educational resources，OE)在过去几十年蓬勃发展5-6，超越了时空的限制。大型开放式在线课程(massive open online course，MOOC)是目前最流行的一种线上授课方式7-8，每个学期都有数以千万计的学生从开放平台上受益。在“中国大学MOOC”上，最受欢迎的课程是来自北京理工大学的“Python 语言程序设计”，从 2015 年 9 月至 2021 年 6月共开设 14 期，累计在线学习者超过 353 万，从 2015年 9 月 28 日开设第一期课程开始，“Python 语言程序设计”课程的参与人数总体呈现上升趋势，尤其在2020 年 2 月 18 日至 2020 年 5 月 12 日开设的第 11期，也就是新冠疫情防控阶段，参与人数超过了 75 万人，较前一期参加人数增长比例逾 80%，这充分说明线上课程在非常时期发挥了重要作用，是各高校实施“停课不停学”这一方针的根本保障。由大学计算机课程教指委编写的大学计算机基础课程教学基本要求9 一书中，明确指出大学计算机基础教学的 5 个发展趋势:“课程定位将在通识教育的框架下进一步明确;教学内容将围绕计算思维能力培养目标进行重组;实施方案将结合不同高校的定位呈现多样化形态;教学手段适应大规模开放在线课程(MOOC)的挑战和机遇;教学成效评测将在大数据分析的基础上更为精准与科学。”教育部在 2018 年发布的 教育信息化 2.0 中指出:“因应信息技术特别是智能技术的发展，积极推进互联网+教育，实现更加开放、更加适合、更加人本、更加平等、更加可持续的教育，推动我国教育信息化整体水平走在世界前列。”10 在 2019 年发布的中国教育现代化 2035 中强调:“因材施教、知行合一，”提出:“到 2035 年，要总体实现教育现代化，利用现代技术加快推动人才培养模式的改革，实现规模化教育与个性化培养的有机结合。”时任教育部部长陈宝生在 2020 年国际人工智能与教育会议11 上指出:“人工智能等新技术向我们展示了变革教育的巨大潜能。我们应当加快发展更高质量的教育、更加公平包容的教育、更加适合每个人的教育、更加开放灵活的教育。”然而，面向非计算机专业的计算机类基础课程，通常都是以多个行政班级合班的形式进行大班上课，另外刚刚进入大学校园的新生，有明显的地域差异，来自不同区域的生源其计算机操作能力有很大不同12，有的学生在小学阶段开始接触基本的计算机操作，在中学阶段学习过可视化程序设计语言，而有的同学连基本的键盘指法都未能掌握，甚至有人从未实际操作过计算机13。由于师资力量和实验设备等教学条件的限制，很难实现分级分层小班化计算机基础教学，特别是在计算机类基础课程学时非常有限的情况下，如何建立大学计算机基础课程与中小学信息教育教学14 的有效衔接，如何保证高等院校大学生计算思维能力的培养15，如何实现本科四年计算机领域知识学习的不断线以及与不同专业领域技术的结合应用16，如何根据学生的个性特征实施有层级的因材施教17，如何突破面授课堂在物理空间上的限制实现高效学习18-19，是相关教师在建设大学计算机基础课程时必须思考和努力解决的关键问题。1计算机基础课程教改调研数据分析为了提高计算机基础课程的教学效果，培养具有计算思维素养的各类专业人才，从本科新生的基础和期望、准毕业生的需求和反馈以及专业教师和用人单位的要求等多个角度，就计算机基础课程的内容、目标、学生应具备的计算思维能力等多个问题进行了调研，立足于学生实际、专业特色和社会需求，有效衔接基础教育、高等教育和职场就业，打造人才培养的闭环机制。1.1本科新生的基础和期望基于“以学生为中心”的教学理念20-22，面向非电专业新生发放 652 份调查问卷，就计算机的功能性、已具备的计算机操作技能、各领域知识的难易度、对新一代信息技术的兴趣点以及各种线上线下授课形式的接受度等方面内容展开调研，既摸清了新生计算机应用能力的状况，又明确了后续课程开展的教学定位。80%以上的学生在小学已经接触过计算机，但是排名前三的计算机应用是看视频、查资料和玩游戏。同时调研结果表明学生普遍认为在计算机类基础课程中，C 语言、Python、VB NET 等程序设计课程难度最高，学生可以选择多项，如图 1 所示。表 1 显示在授课形式的 6 个选项中，倾向传统课堂授 课 加 上 机 实 践 模 式 的 学 生 占 比 最 多，达 到32.36%，接受启发式教学、线上线下授课等多种教学模式融合的学生占比第二多，达到 23.01%。40%以上的学生期望根据自身的能力水平得到个性化教学指332第 41 卷图 1各类计算机基础知识的难易程度导。授课形式和个性化教学两个问题都是单项选择。如图 2 所示，学生最感兴趣的新兴科技排名前五的依次是:人工智能、大数据、物联网、云计算、虚拟现实，学生可以选择其中多个选项。得出这样的结果主要归因于人工智能和大数据技术已经对人类社会的生产生活产生了巨大的影响，而智能手机、平板电脑等便携式终端的普及，使高等院校学生已然成为万物互联生态环境的原住民，虽然这些新兴科技已经作为成熟的技术在日常生活中发挥了作用，但是对于刚刚进入大学校园的一年级新生来说，还未揭开神秘的面纱，系统化地介绍这些新兴科技，有益于学生更好地利用这些技术促进自身研究能力的发展和专业知识的创新。表 1授课形式和个性化教学授课形式个性化教学选项占比/%选项占比/%传递-接受式(教师课堂授课+学生上机实践)32 36分组教学手段，将不同水平的学生进行合理划分，分别给予不同的教学指导4004以上多种教学模式的混合23 01理论教