計算思維類課程以MOOC為中心的教學設計與實踐*

徐奕奕　唐培和　秦福利　劉永娟（、廣西科技大學 計算機與通訊工程學院，廣西 柳州 545006　、廣西科技大學 網絡與信息中心，廣西 柳州 545006）

計算思維類課程以MOOC為中心的教學設計與實踐*

徐奕奕1唐培和1秦福利1劉永娟2
（1、廣西科技大學 計算機與通訊工程學院，廣西 柳州 5450062、廣西科技大學 網絡與信息中心，廣西 柳州 545006）

計算思維改革目前進入了教育界普遍認可的新常態。計算思維類課程作為大學生接觸的第一層次的計算機教育課程，在教學目標、教學模式、教學內容上都面臨著全面革新。文章提出的具體做法是“以MOOC形式引導課堂教學、以翻轉課堂激勵學生自主學習、以作品檢驗實踐能力”為理念，來構建基于Mooc為中心的教學方案。經過三年的實踐檢驗，取得了明顯成效。這一實踐與探索對于高校進一步深化計算思維教學具有重要的借鑒和推廣價值。

計算思維；MOOC；教學方案

一、背景

目前，計算思維為導向的大學計算機基礎課程在國內外都有了較深入的研究［1］，且被認為是和大學物理、大學數學同等地位的課程。在第四屆“計算思維與大學計算機課程教學改革研討會”上，陳國良院士認為“毋庸質疑，計算思維的改革進入了教育界普遍認可的新常態”。然而，“計算思維”如何教仍然存在很多問題［2］。

首先，計算思維類課程是各類普通高校都需開設的基礎課。它的受眾相對于其他課程來說人數多，層次不同，跨域跨專業。而同時計算思維本身也期待著其教育能面向所有人、所有領域，使得計算思維不僅是計算機科學家所需掌握的，而是一類普遍的技能和方法。

其次，文章認為課程的改革應該圍繞挖掘隱藏在技術與知識背后、計算機科學家思考問題的艱辛過程，深入淺出地去呈現經典計算思維。而如何讓學生理解計算幫助我們解決問題的限制和能力、理解計算在延伸人的想象力、創造力以及理解力方面蘊藏的巨大作用與延展空間，用傳統的知識提取、結果展示、老師歸納總結的方法來教學顯然有其局限。

此外，計算思維強調引導學生“清晰描述問題的表達能力；有效捕捉細節，全面思考的能力；透過表面深入本質分析問題的能力；構建模型，將現實問題抽象化的能力；綜合歸納，篩選最優解決辦法的能力；利用計算機領域的知識與方法解決其他相關學科領域問題的遷移能力”等等，希望學生自覺地將計算思維的思想、方法貫穿于今后的專業學習與研究過程之中。而這一目標需要非?？茖W、完整的教學方案。

文章正是在此次背景下，基于《計算思維與計算文化》課程，引入流行的MOOC（大型開放在線課程）理念［3］，以期有效推進計算思維教學改革更好地實現教學目標、優化教學實踐。

二、MOOC設計

文章所提“全面重構式”教學思路，不僅僅將大學計算機基礎課程簡單更名為《計算思維與計算文化》，而是其教學內容完全圍繞“計算思維”能力提升進行全面的重構。教學設計分兩大主線展開：一是“面向計算”的問題，讓學生理解通過計算，能解決什么樣自然和社會的問題；二是“基于計算”的問題，計算思維雖然無處不在，但是只有計算學科才能最典型地體現計算思維。梳理計算學科，特別是計算機學科中的典型問題。理解計算問題是如何解決的。前者是圍繞自然和社會迭代進步中，計算是如何幫助解決問題的。后者挖掘計算機科學領域計算機科學家思想火花，用深入淺出的案例來讓學生了解計算學科中的典型問題和解決方法。具體教學方案，以MOOC教學內容為核心來展開。

（一）專題設計

經過反復分析、提煉和與專家考證，我們重組了傳統大學計算機基礎、計算機導論課程的教學內容，以故事化、生活化的方式切入，以典型案例的形式組織。具體內容如圖1所示。

（二）精細化選題

可見，具體教學過程本身就以“專題”的方式來進行。而在面對不同專業是，我們還拓展了“以專業特色為特色”的選題。旨在相比過去的傳統教學，以便更精細化的教學。

具體內容是圍繞學生所在專業提出不同的選題，如專業介紹BIM（建筑信息模型）發展展望；專業會介紹大數據的基本原理和思維模式。專業會特別介紹數學思維與工程思維的互補與融合。在已實踐的教學中，我們提出的關聯的選題如表1所示。

圖1　MOOC專題知識點

表1　部分選題

這將最終促進學生從專業角度的熱愛出發，更好地激發對計算的興趣，培養思維火花；反過來掌握計算思維能力，就能用自己的智慧去解決那些之前不敢嘗試的問題，就能建造那些其功能僅僅受制于我們想象力的系統。

（三）“Follow me”式的實驗教學

經過多年的實踐，文章認為基于計算思維的改革不能完全擯棄在原來大學計算機基礎課程的基本技能部分。但同時，如何使得學生在最短時間最有效的獲得他所需要的知識。需要首先把技能案例化，用一個完整的、實用的案例將需要的技能串起來，并將其拍成可以step by step按步驟分離的視頻供學生隨時參考是一種簡單有效的方法。

遵循該思路，我們在具體實踐中推出了Word Excel PowerPoint網頁制作四個經典的案例，如圖2所示。

三、基于MOOC的教學模式

綜上所述，在理解計算思維內涵，遵循高等教育規律的基礎上，我們提出“以MOOC形式引導課堂教學、以翻轉課堂激勵學生自主學習、以作品檢驗實踐能力”的教學改革方案，其中：

1.以MOOC形式引導課堂教學。其意義不僅在于MOOC是典型的“互聯網+教育”的體現，更是因為在計算思維改革的初期，部分教師對計算思維的內涵不清晰，對改革有畏難情緒。因而挑選了具備一定厚度的積累、一定寬度的視野的教師進行教學，并以MOOC形式錄制了核心的九個單元。這不僅是為了樹立標桿，也節約了群體授課的平均化教學的時間。

2.以翻轉課堂激勵學生自主學習。翻轉課堂的“翻轉”主要是體現在從怎樣“教教材”翻轉變到怎樣“用教材”；從注重“教”翻轉到注重“學”，這樣老師少講學生多學，實現師生間、生生間的合作共贏。

3.以作品檢驗實踐能力。對部分同學來說，傳統的實驗課上的技能也不能完全摒棄不講。但教學方式上需突破傳統的教師一步步演示模式，以“Follow me”案例+學生作品檢驗來進行。本部分的考核內容減少了需要記憶的認知型內容，而是根據教學內容，由完整的“作品”組成。對學生來說，沒有比作品本身、比作品的創作過程，更大的獎勵。

因而，較之傳統教學，本教學方案有其特別的優勢，歸納為表3所示。

這樣的改革，旨在用興趣去勾引學生，用互動跟學生纏綿，用考核讓學生享受，用新穎的方式激發學生主動學習的興趣和團隊協作的能力，能較好地考核學生對基本概念的掌握、對某一專題的理解能力；另一方面也培養了學生查閱文獻、制作PPT、組織和協調能力。其中，討論的選題不僅要有一定的挑戰性，老師也要求根據計算機學科不斷變化和計算內涵的不斷升華進行更新。

表2　實驗案例

表3　傳統教學模式與改革模式對比

四、問題與展望

在計算思維教學的破冰期，面對學時有限、且很多一線教師都未能很好地理解和準確把握計算思維的本質的情況下，以MOOC的方式來組織教學是一種非常有效的方法。它圍繞明星老師、精選專題、精細輔導、學生自覺的方式展開，使得計算思維類課程的教師，重新審視自身特長和職責，是新的挑戰也是新的機遇。

文章提出的圍繞MOOC展開的全面革新式的計算思維教學方案首先在校內面向10級、11級開設了《計算思維與計算文化》公共選修課，接著在14級計算機學院軟件工程專業、國際教育學院軟件工程專業、電控學院各專業展開計算思維課程教學，效果良好。之后，推廣到了全校，全面鋪開［4］。教學實踐表明，這樣的改革從課程的教學內容與教學方式來看，兩者互補相融、亮點很多。改革不僅僅就知識而知識、就技術而技術地研討教學，而是很好地結合了高等教育的前沿思想等，把計算思維與零碎時間學習、自主學習、興趣驅動、集體自豪感與榮譽感等要素結合起來。借助于MOOC現代教學方法和手段，確實為推進計算思維教學上水平、促發展打開了全新思路。目前我們原創的教材被全國二十多所院校使用，而真正加入我們的MOOC平臺的僅區內2所。下一步的目標是開放平臺、共享資源，從而推廣到每一個人、每一個領域，達成計算思維教育的真正本質，為中國培養更多的具備計算思維素養的人才。

［1］陳國良，張龍，董榮勝，等.大學計算機素質教育：計算文化、計算科學和計算思維［J］.中國大學教學，2015（6）.

［2］李廉.計算思維——概念與挑戰［J］.中國大學教學，2012（1）：7-12.

［3］譚紅葉，王文劍，李茹.計算思維和MOOC理念下的計算機導論課程［J］.計算機教育，2015（15）.

［4］唐培和，徐奕奕，李威龍，等.關于計算思維教學改革面臨的思考［J］.工業和信息化教育，2013（6）.

Reform of computational thinking has entered the new normal that is widely accepted by the educational circle currently.As the basic course of the basic computer education for college students，the courses about computational thinking are facing total production innovation in teaching aims，teaching model，teaching contents. The paper proposes the specific method that is taking"MOOC is used to lead classroom teaching，flipped class to hearten students to do self-study，works to examine the practical ability"as the guided theory to construct the teaching scheme based on MOOC as a center.Through three years'practical examination，the obvious effectiveness has been achieved.The practice and exploration provides important reference and value to spread for further deepening education of computational thinking in colleges and universities.

computational thinking；computing culture；sub-topics

G642

A

2096-000X（2016）17-0050-03

廣西高等教育教學改革工程重點項目（2015JGZ137、2014JGZ133）；廣西科技大學“計算思維教學團隊”。

徐奕奕，女，副教授，研究方向為計算機基礎教育，計算機存儲與云存儲。唐培和，男，教授，研究方向為計算機教育，軟件工程，智能算法。