地方应用型高校计算机基础课程泛在学习实验教学探索

梁 静

（成都工业学院 计算机工程学院，四川 成都 610031）

实验教学是高校教学体系的重要组成部分，是应用型人才培养的重要环节。《中国教育现代化2035》中明确提出要发展中国特色世界先进水平的优质教育，强化实践动手能力的培养［1-2］。计算机基础课程是理工科非计算机专业大学生的信息化入门必修课，其理论知识广、实践要求高。

近年来，随着计算机基础课程线上线下混合教学模式的展开，以及MOOC等线上教学资源的进一步丰富，一种泛在式学习环境逐渐形成，在线实验资源匮乏的缺憾也逐步凸显，尤其是新冠疫情袭来之时，课程可以在线、实验只能搁浅的现象频有发生［3］。在《教育部关于一流本科课程建设实施意见》落地阶段，实验教学成为金课建设中不可忽视的短板［4］。

近年来，教育部大力推进示范性虚拟仿真实验教学项目，鼓励高校探索个性化、智能化、泛在化实验教学模式，积极开展与线上线下教学相结合的实验教学改革［5］。泛在学习（U-Learning）是一种利用信息技术实现任何人、任何地方、随时使用手边可以取得的科技工具来进行学习活动的4A（Anyone、Anytime、Anywhere、Any Device）学习模式［6］。2006年，第十届全球华人计算机教育应用会议的“泛在计算技术、移动通讯技术”与“无所不在教育”专题拉开了国内教育技术界对泛在学习的关注［7］，国内学者也对泛在学习对教材、教法、教学管理等方面的影响，泛在学习如何构建环境，如何基于泛在学习开展教学改革等问题进行了广泛研究［8-11］。泛在学习的发展为高校教学改革提供了契机，就实验教学而言，基于泛在学习的实验模式不仅为日常教学提供了多样化的学习方式补充，可满足学生在常规教学基础上的多样化学习需求，也为突发事件情况下的教学提供了保障。

泛在学习实验教学改革受实验环境、实验技术等因素影响，而地方应用型高校师资力量薄弱、生源质量参差不齐，优质实验资源无法完全照搬，因此借鉴国内先进教学手段的同时结合自身实际进行改革十分必要。本研究以成都工业学院开设的大学计算机基础课程实验改革为例，研究泛在学习模式中实验平台、实验资源、教学流程等建设中的具体问题，探索地方应用型高校开展线上线下实验教学改革的道路。

成都工业学院作为一所地方应用型高等学校，在线上线下混合教学模式中，实验教学面临如下问题。

2.1 在线实验资源不足

成都工业学院大学计算机基础课程采用线上线下混合教学，以MOOC为主的线上教学平台中理论资源居多，实验资源相对匮乏，且已有在线实验资源形式和内容较为传统，多为实验课件和实验报告，形式上以文本和PPT为主，缺少视频、动画、图片；
内容上以操作步骤和要求为主，缺少原理解说和过程展示。

2.2 在线实验平台功能有限

成都工业学院实验教学采用课内线下、课外线上的模式，课外实验主要依托MOOC学习平台进行，但这类平台以课程教学为主，实验教学功能有限。以中国大学MOOC平台为例，计算机基础课程的在线实验多只提供OFFICE题目下载，C语言课程的在线实验也仅增加结果上传和OJ评分，几乎没有实验过程中的交互和反馈，也缺少对在线实验的辅导和监管。西部应用型高校的学生计算机基础知识水平参差不齐，学习主动性也较为欠缺，基于该类平台开展的在线实验难以达到教学效果。

2.3 实验设置需要调整

现阶段大学计算机基础课程实验与理论教学在时间、空间上相互独立。实验课程内容上偏向于软件操作和语法使用，与理论知识脱离较多，不利于学生理解计算思想和方法；
时空上尽管通过线上手段进行了拓展，但在线实验往往形同虚设，学生实践训练不足，难以运用计算机技术支持和帮助专业学习。

总结前期线上线下的工作经验，结合我校西部新工科的定位和学生特点，拟定改革思路为以实验环境为依托，淡化实验、理论界限，开展线上线下泛在学习实验教学，具体做法包括线上搭建实验环境，拓展专业实验平台；
线下开放实验室，延长实验环境使用；
创建理实一体化实验环境，重塑教学流程，配套教学辅导和考核方案。

3.1 线上搭建实验环境，拓展专业实验平台

开展在线实验需要丰富的在线实验资源和专业实验平台。将课程知识模块的实验内容数字化、碎片化，开发成数字化实验资源，融入教学案例库、讨论题库、测试题库、实验题库中。鉴于成都工业学院在虚拟仿真技术方面的不足，采用校企合作方式引进虚拟实验工场的仿真实验资源和在线实验平台。秉承“再造实验教学资源、用好虚拟实验平台”的目的，结合学校大学计算机基础课程教学实情，内化优质实验资源，完成在线实验平台搭建。

优质资源内化采用知识点对标—实验分类—资源再造的步骤。首先根据课程教学需求将引进的优质实验资源进行知识点对标；
然后按照演示、交互、验证等类别进行归类，按照基础认知、综合设计、创新研究进行分层；
最后将实验资源融入到课程已有教学案例库、讨论题库、测试题库、实验题库等本土资源中，完成资源再造，建设一套包含典型实验、综合实验、线下实验、虚拟实验的多层次数字化实验资源体系。图1展示了大学计算机基础课程的资源内化步骤。

Fig.1 Resource internalization steps for college computer fundamentals图1 大学计算机基础课程资源内化步骤

构建实验在线平台，采用中国大学MOOC课程学习平台和虚拟实验工场专业实验平台双模式，其中中国大学MOOC平台可供教师发布演示性和基础认知性实验，学生可以通过该平台观看实验视频，强化实验原理理解；
虚拟实验工场平台可供教师发布验证性和综合性实验，也可发布一些交互性强的实验和进行实验过程反馈，学生通过该平台完成交互、验证和设计型实验，填写实验报告，强化知识应用，从而达到实践训练的效果。图2展示了大学计算机基础课程在虚拟实验工场平台进行实验课堂管理的界面。虚拟实验工场实验平台在中国大学MOOC课程学习平台中加入链接，学生可以由课程学习迅速跳转至实验学习，一些有难度的虚拟实验也可根据提示通过浏览器下载安装相应插件后在实验平台上得以开展。

Fig.2 Virtual experimental workshop experimental classroom management图2 虚拟实验工场实验课堂管理

3.2 线下开放实验室，延长实验环境使用

由于大学计算机基础课程的大部分实验为软件操作，实验设备主要为计算机，危险系数不高，为实验室的课余开放提供了可能性。成都工业学院的计算机实验室配备了云计算桌面、学习测评系统，可进行中国大学MOOC课程平台、虚拟实验工场实验平台、万维考试平台的学习和测试，方便教师开展课堂教学和实验教学。为满足学生的个性化自主学习需求，拓展在校学生的实验时间，提供泛在学习实验环境线下保障，该实验室会在课余开放，学生可在课余时间完成课堂上未完成的任务，也可进行个性化自主练习。同时，开放实验室还配备有值班老师，拥有规范的值班制度，在保证实验室安全的同时也为自主实验的学生提供答疑服务。

3.3 创建理实一体实验环境，重塑教学流程，配套辅导方案

强化基于实验的知识运用型教学，将教学环境转移到实验环境中，淡化理论课与实验课的界限，在计算机基础实验室统一开展理论教学和实验教学。在理实一体的教学环境下，实验内容成为了课堂教学中必不可少的环节。课堂教学中按知识点所开展的教学流程由原来的“SPOC预习—老师讲解—学生讨论—线上测试”增加为“SPOC预习—老师讲解—学生讨论—虚拟实验—实验报告—线上测试”（见图3）。通过及时增加实验环节，强化培养学生对知识的应用能力，实现基于实验的知识运用型教学。

Fig.3 Teaching process based on knowledge points图3 按知识点所开展的教学流程

在新的教学模式下重新进行课程教学设计，使其既包含理论知识讲解，又包含实验学习计划，同时加强过程监控、过程性评价，增加实验考核的比重，完善基于泛在学习实验教学的学习能力指导，引导学生按期完成学习。教学改革后的大学计算机基础课程授课任务计划如表1所示。

Table 1 College computer fundamentals teaching task plan表1 大学计算机基础课程授课任务计划

成都工业学院在宜宾校区2021级11个专业1 539名学生的大学计算机基础课程教学中进行线上线下泛在学习实验教学改革，通过平台数据反馈来看，93%以上的学生达到实验要求，其中有72%的实验题目被反复多次练习，说明与传统实验模式相比，学生在课外花了更多时间精力去学习，学生具有更高的学习主动性和积极性。学生总体实验质量较高，优秀、良好、及格、不及格的占比分别为31%、45%、21%、3%。

考察大学计算机基础课程的思维训练目标达成度和实践训练目标达成度。设课程目标i共有n项考核项目，第j项所占的比例系数记作kij，第j项应有的分数记作pscoreij，第j项学生实际获得的分数记作rscoreij，则课程目标i的达成度achi计算公式为式（1）。

通过比较2020-2021年度和2021-2022年度学生课程目标达成度发现，学生在新的教改模式下实践训练目标的达成度明显提高，且思维训练目标的达成度也略有提升，详见图4。

Fig.4 Comparison of course goal achievement图4 课程目标达成度比较

成都工业学院结合地方应用型高校的定位和学生特点，在前期工作经验的基础上提出线上线下泛在学习实验教学模式，开展基于实验的知识传递性教学改革。通过实验资源、实验平台、教学流程、辅导考核制度等建设，探索了一条符合自身需求的泛在学习实验教学改革道路，同时也为地方应用型高校开展计算机基础课程线上线下实验教学改革提供了经验借鉴。就地方应用型高校而言，基于泛在学习的实验教学改革还任重道远，后续计划在实验教学专业结合度和智能化程度上进行更深入的研究。

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