教学成果报告_教育教学成果怎么写

时间:2021年06月24日 02:19:44

计算思维导向的计算机基础课程教学改革

总体规划与系统实践

教学成果报告

目   录

一、研究背景   ……………………………………………………  1

二、研究内容   ……………………………………………………  1

三、创新点     ……………………………………………………  7

四、应用情况   ……………………………………………………  8

五、总结       ……………………………………………………  13

本报告书所说的计算机基础课程指的是,在本科院校开设的面向非计算机专业学生的计算机课程。目前我国每年接受计算机基础课程的学生近300万人次(2017年本科招生数为328万),覆盖几乎所有本科院校(2017年本科院校数为1272所)。

一、研究背景

随着信息技术在社会经济各个方面日益深入的渗透和影响,计算思维在处理日常和专业问题中的作用越发突出,已经成为信息社会公民的核心素质之一。传统的计算机基础课程以操作技术为主要内容的教学模式明显不能适应形势的需要,主要表现在:

1.偏于工具特征,忽视认知规律和方法论等更为深刻的内容;

2.沉湎表面技术,忽视应用背后的共性内容与方法特点

3.侧重计算机细节,忽视信息技术与专业知识的融合。

这些问题严重限制了大学生对于当前信息技术的理解,影响了创新创业能力的提升,甚至无法激发学生的学习兴趣,也使得计算机基础课程难以得到学校的重视。

计算思维体现了计算机应用中特有的规律性和方法论,在人工智能、大数据、以及各种互联网+的应用中具有基础性和普遍性,对于提升学生原创性应用能力有重要意义。从2009年起,教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会(以下简称“教指委”)主动抓住国家信息化发展战略的新机遇,启动了以计算思维导向的计算机基础课程教学改革,着重计算机应用背后的共性思想和方法的理解,强调计算思维能力的培养,以提升学生的“跨界”创新能力和竞争力。

二、研究内容

成果完成人作为核心工作小组成员,依托教指委平台,对改革进行了总体规划和系统实践。成果以计算思维内涵和课程体系的研究为基础,以《大学计算机基础课程教学基本要求》的编写为核心,以全国本科院校大范围的实践为目标,系统阐述了大学计算机基础教学的知识体系、课程体系以及典型课程实施案例,推动了大学计算机基础课程教学质量的跨越式提升,改变了中国大学计算机基础课程教学的面貌

该成果将教学研究和实践检验紧密结合,形成良性互动,紧紧抓住教材和资源建设的纽带,成果完成人总计编写10部体现计算思维培养内容的教材,其中十二五规划教材3部,已为全国100多所高校采用,每年覆盖的本科生达到30万人次;制作了6门在线开放课程,其中国家精品在线开放课程3门,累计近53万本科生参加了学习;累计发表研究论文38篇,总被引量1953。

成果完成人设计了“引领性示范、小范围试点、大规模推广”的系统实践和推广模式,得到了全国各高校的广泛响应,已有近400所高校实施以计算思维为导向的课程改革,包括绝大多数的985高校和211高校;并在国际上产生了很好的影响,计算机教育界顶级国际会议ACM SIGCSE2016上设专题交流。

图1. 成果研究内容

具体研究内容如下:

以计算思维内涵研究为基础,从理论层面明确计算思维培养的基本内容和目标

针对计算思维相关问题展开研究,包括计算思维的基本内涵、计算思维在人才培养中的意义和作用、计算思维培养与技能培养的关系、课程体系、教学资源和教学模式等,发表论文38篇,总被引量1953,兴起了全国高校相关研究的高潮;

凝练了计算思维与大学计算机基础教学相关的42个核心概念,系统阐述了大学计算机基础教学中知识体系,把计算思维的抽象概念“落地”为具体的教学内容,提出了相应的教学标准,研究了如何讲授计算思维,如何培养计算思维能力,怎样才算讲好了计算思维课程等问题。

以《大学计算机基础课程教学基本要求》为核心,从实施层面构建课程体系和教学内容

对于教学来说,仅仅说明计算思维是什么远远不够,必须将计算思维通过恰当形式呈现出来,才能形成教学内容,走进课堂。为了达到这一目标,成果完成人牵头,组织了30多位教师,编制《大学计算机基础课程基本要求》,在系统梳理理论研究成果和一些学校成功经验的基础上,提出了计算思维培养的基本概念和教学体系,把计算思维的教学内容落实到3个知识领域(系统平台与计算环境、算法基础与程序开发、数据管理与信息处理)的21个知识模块中,将研究成果固化为课程标准和规范。

图2.2013年教指委(其中李廉、何钦铭、王浩等)在重庆与周以真教授讨论计算思维

在构建计算思维知识体系的基础上,根据不同学校的办学定位和培养目标,设计了“宽专融”的课程体系建设方案,即通识型、专业型、交叉型三类课程体系。提出了各有侧重的计算思维知识结构和表达体系(包括实验体系);在通识教育与专业教育层面推进计算机与各专业的交叉融合;

组织全国高校优秀教师提供典型课程实施方案,以课程为载体体现计算思维培养的新目标、新教材和新模式;共遴选14门典型课程作为示范案例,其中通识型课程4门、专业型课程6门、交叉型课程4门;

考虑各地区高校的不同定位和人才培养目标,设计并实践了三种课程改革“落地”模式,即方法推动式、内容重组式和全面更新式,即:(1)教学组织和课程内容基本不变,采用新教材和新方法;(2)教学内容进行重新组织,引进应用案例和特点分析;(3)全面更新教学内容和课程设计,培养专业的跨学科创新能力。

3. 以项目平台为依托,从推广层面形成改革的协同创新机制

通过教育部“产学合作协同育人项目”项目平台,建立了各种类型的合作机制,包括校企合作,东西部合作,地区高校合作,行业特色高校合作等。积极引进国内外一流IT企业所拥有优质教学资源和一线人才培养经验;推进高校之间的经验和资源共享,缩小东西部高校的差距。按照“引领性示范—小范围试点—大规模推广”的思路,建立了多方协同工作机制。凝聚教指委、高校和知名IT企业的资源,在全国高校稳步推进教学改革。

组织牵头示范性案例。2012年,教指委组织4家出版社,提供了110万元研究经费,在教育部高等教育司支持下设立了22个示范性改革项目,率先在部分高校中开展改革的先行先试;

图3. 高教司批准立项的函件

组织开展改革试点。2014年—2017年期间,在教育部高等教育司“产学合作协同育人项目”支持下,联合微软等IT知名企业,组织校际校企联合的课程改革试点,4年期间设立项目114项,由13所牵头示范高校带动了104所其他高校参与改革实践;项目成果包含课程资源建设、教学方法改革、实验实践平台建设等内容,参照理工、农林、医药、人文、社科、艺术等6个专业大类,分类组织研究,形成了大学计算机教学的多套示范性改革方案。

图4. 李廉、何钦铭、杨志强及教指委委员与微软亚洲研究院学术合作部潘天佑主任

讨论合作项目(2013年)

组织进行大规模推广。每年举行相关会议,形成相应的指导意见和具体经验。有计划的在不同地区和高校开展多形式的经验交流和培训活动,大规模宣传和推广改革成果和案例,近600所高校2000余教师参加各种研讨会议,5000多人次教师接受培训。

图5. 2017年在北方民族大学举行现场工作会议

三、创新点

本成果针对计算机基础教学中存在的问题以及新时代人才培养的需求,提出了计算思维导向的大学计算机基础教学改革指导思想和总体规划,在全国范围推动了新一轮的计算机基础课程教学改革。

(1)理论引领,深入研究,构建了计算思维的知识内涵和教学内容

本成果研究了计算思维对于新时代人才培养的意义和作用,思维能力培养与技能培养的关系,计算思维的内涵和表达形式,计算思维核心概念与计算机基础教学知识模块的关系。在理论层面系统地阐述了计算思维导向的大学计算机基础课程教学改革的目标和内容,明确了计算思维相应的知识模块及其关系。

(2)广泛调研,科学凝练,提出了交叉融合的课程体系和实施案例

在对国内外计算思维研究与教学现状调研和分析的基础上,主持编写了《大学计算机基础课程教学基本要求》,提出“宽专融”的课程体系建设方案,即通识型、专业型、交叉型三类课程体系,着眼于计算机与专业知识的融合互动,把计算思维的抽象概念落实到课程内容,并提出了可操作的课程体系和教学模式,遴选了14个优秀课程案例,形成了科学规范的课程标准。

(3)因校制宜,协调发展,设计了适合不同高校的多元化改革模式

针对各地高校发展不均衡现状,提出了不同类型和人才培养定位高校推进改革的途径和参照案例;设计并实践了教学改革三种推进模式(方法推动式、内容重组式和全面更新式),有效解决了改革总体要求和高校之间差异性的问题。

(4)示范先行,系统推进,形成了多方合作的协同创新机制

以教育部高教司项目为依托,在教材编写、课程建设、教学模式等方面,通过引领性示范、小范围试点和大规模推广的方式系统推进改革;组织常态化全国性经验交流会议,形成资源、信息、经验共享的长效机制,推动改革稳步深入发展;建立了校企合作、东西部合作、地区合作、校际合作等多种方式,借力MOOC等新技术,形成各种课程改革协同创新模式,加强高校之间、高校和企业之间名师名课的资源共享,促进教育质量提升和教育公平。

四、应用情况

(1)成果丰富,在计算机基础教学领域产生重大影响

主持编制了《大学计算机基础课程教学基本要求》,系统阐述了新一轮改革的人才培养目标,计算思维的知识内涵以及课程体系;编写了一系列教材和研究论文推进相关研究,产生了重大影响。

成果完成人自2009年起累计发表论文38篇,总被引量1953,总下载量50926,其中《计算机基础教学的核心任务是计算思维能力的培养》(2010年,何钦铭等,被引355)、《计算思维与大学计算机基础教育》(2011年,董荣胜等,被引602)、《计算思维—概念与挑战》(2012年,李廉,被引189);

推动了全国近600所高校开展计算思维相关的研究与讨论,从2009年以来,发表相关论文总数9811篇(数字来源,中国知网,2018年4月23日);

图6. 中国知网检索情况截图(4月23日)

成果完成人主编教材10部,在全国100多所高校采用,覆盖学生30多万。推动全国出版了各种新教材100多部,其中教指委委员主编40部;表1是成果完成人主编或参与编写的“十二五”国家规划教材。教指委委员制作基础类计算机在线开放课程29门(成果完成人6门),其中国家精品在线开放课程17门(成果完成人3门),在25个省市的近160多所学校开设MOOC课程;表2为成果完成人获得的首批国家精品在线课程。

表1 成果完成人主编或参与编写的十二五国家规划教材

序号

ISBN

书名

著译者

出版时间

出版社

1

978-7-04-043218-3

C语言程序设计(第3版)

何钦铭 颜晖

2015年8月

高等教育出版社

2

978-7-04-043324-1

大学计算机(第5版)

王移芝

2015年8月

高等教育出版社

3

978-7-04-042796-7

计算机科学导论——思想与方法(第3版)

董荣胜

2015年7月

高等教育出版社

4

978-7-04-037598-5

大学计算机(第6版)

龚沛曾 杨志强

2013年8月

高等教育出版社

5

978-7-04-037190-1

Visual Basic 程序设计教程(第4版)

龚沛曾 杨志强

2013年5月

高等教育出版社

表2 成果完成人获得的国家精品在线开放课程

序号

课程名

主讲教师

单位

开设平台

1

数据结构

陈越、何钦铭

浙江大学

中国大学慕课

2

大学计算机基础

杨志强

同济大学

中国大学慕课

3

大学计算机——计算思维之路

王移芝

北京交通大学

中国大学慕课

在课程体系、教学内容和实践规模方面形成中国特色,国际上产生了很好影响。计算机教育方面顶级国际会议ACM SIGCSE在2016年年会上组织了专题Symposium Event,交流中国高校计算机基础入门课程以计算思维导向的教学改革;美国学者Rich和Hodges主编的Emerging Research,Practice and Policy onComputational Thinking(Springer,2017年),专门辟出一章(Reenergizing CS0 in China)介绍了中国的改革成果和案例;

图7. ACM SIGCSE2016的会议程序表(部分)

图8. 成果完成人殷建平团队在ACM SIGCSE2016的Symposium Event

做报告(并行计算思维,PCT)

(2)重在实践,计算机基础课程教学改革大规模推广

遴选了包括成果完成人在内的11位国家精品课程主讲教师(或国家教学名师),在32个省(市)自治区共计进行了55场宣讲(其中成果完成人主讲28场),培训教师5000余人次;

图9.2014年在长沙举行教师培训

组织系列课程研讨会,深入交流。从2012年起连续6年组织全国“计算思维与大学计算机课程教学改革研讨会”,来自近600所高校的2000多人次参加了研讨交流;

图10. 第一届计算思维与大学计算机课程教学改革研讨会(2012年,西安)

近400所高校实施了以计算思维为导向的课程改革,包括绝大多数的985高校和211高校;

以教育部产学协同育人项目为依托,带动了一批中西部地区高校的改革,直接参与高校36所,成效显著,例如地处甘肃张掖市的河西学院有5000多学生开设了计算思维课程,近期对于改革前后的教学情况和学习效果做了系统的评测和调查,根据反馈的结果,学生评教的良好率从改革前的60%左右上升为改革后的80%。改革后的平均成绩比改革前提高了5.73分,期末考试卷面及格率从改革前的69.42%上升到改革后的79.49%,教学质量明显提高,学习效果普遍改善。

图11. 河西学院在化工、文学、历史三个学院的课程成绩统计

五、总结

从2009年起,教指委针对新时代的人才需求特征,在认真调研分析国内外计算机基础课程(CS0)开设情况的基础上,紧跟国家信息化战略发展目标,及时启动了以计算思维导向的新一轮教学改革。这是对于计算机基础课程教学理念变革深刻,教学内容更新广泛,教学效果影响深远的一次改革。项目完成人在其中承担了总体规划和系统实践的任务,从理论研究到推广实践多个环节,提出了鲜明的观点和实用的方法,取得了系列的成果。在大学计算机基础课程教学领域首次提出了计算思维的内涵与知识结构;首次制定了计算思维培养的教学标准;首次建立了计算思维培养的课程体系;首次创立了项目驱动、校际校企合作的推进模式,改革成效显著。

改革抓住了时代的需求,既具有适应当前发展形势的紧迫性,又具有瞄准未来需求的前瞻性。已有近400所高校实施了以计算思维为导向的课程改革,其中包括绝大多数的985高校和211高校。项目完成人的系列成果是开创性的,为提高我国的计算机基础教学水平,实现信息社会背景下计算机基础课程教育转型奠定了科学扎实的基础。

在2018年4月组织的项目成果鉴定会上,由国家教学名师陈国良院士、国家教学名师冯博琴教授、国家教学名师何炎祥教授等组成的专家组一致认为:本成果紧密围绕新时代计算机基础教学的发展趋势,通过深入研究和系统实践,为我国高校计算机基础教学改革做出了重要的贡献,改变了中国大学计算机基础教学可有可无的局面,成果覆盖了理工农医人文社会科学等专业领域,引领了新一轮计算机基础课程改革发展。