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二、实验内容
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三、实验过程及结果
一、“互联网+教育”的本质
《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》中明确指出:“互联网+”是把互联网的创新成果与经济社会各领域深度融合,推动技术进步、效率提升和组织变革,提升实体经济创新能力和生产力,形成更广阔的以互联网为基础设施和创新要素的经济社会发展新形态[1]。由此可见,“互联网+教育”作为一种新型教育形态,充分反映了“互联网+教育”的本质。“互联网+教育”是将互联网、移动互联网应用于教育领域,促进互联网、移动互联网等现代信息技术手段与教育产业进行深度融合,从而利用先进技术提高教育的效率与质量,进一步提升教育的创新能力和软实力,推动教育变革和建设“教育强国”理想形成的以互联网为基础设施的全局性的、战略性的布局。但是“互联网+教育”不会取代现有的教育,其原因是在教与学中,教师与学生的思维、情感和探究问题的这种相互影响的交流是任何先进的视频和现有的人工智能技术所不能取代的。
二、大学计算机专业实验教学现状及存在的问题
计算机专业实验作为高等工科院校的专业实验课程,其重要性不言而喻。计算机专业实验课的内容涉及的领域极其广泛,要求学生在掌握理论知识和实验原理的基础上,利用计算机实现对人类思维的模拟。目前,计算机专业实验教学普遍存在以下问题:(1)实验内容设置单一,大多以验证性实验为主,缺少创新类实验。(2)在实验过程中,这种“老师教,学生做”的教学模式很难培养具有创新思维的人才。(3)这种集中授课的实验教学模式的主要弊端是学习能力强的学生觉得实验内容设置太过简单,无法充分调动他们的积极性;而学习能力较弱的学生无法完成全部的实验内容。可见班级授课的实验教学模式不能很好地因材施教,难以兼顾周全。(4)现有的实验考核方式存在很大的缺陷。现有的计算机专业实验考核方式以学生提交的实验报告为依据,根据学生平时的出勤和课堂表现综合后得到实验成绩。这种考核方式看似兼顾公平,实际上存在一定的纰漏。这是因为根据实验内容的难易程度有所不同,学生在实验课上不一定会完成所有的实验内容,很难对学生的课堂表现加以明确的界定。
三、大学计算机专业实验教学综
合平台的IT架构设计在分析了大学计算机专业实验教学现状和普遍存在的问题的基础上,为了提升计算机专业实验的教学质量和效果,更好地培养工程技术人才,结合高校教学的实际情况和“互联网+教育”的背景,提出构建大学计算机专业实验教学综合平台的IT架构模型(附图)。
(一)数据持久层(Persistencelayer)
本层主要是负责与数据库管理系统(如数据库)之间的通信和数据存储服务。这些存储的数据主要包括学生的网上预约信息、与实验相关的文档资料和实验课相关的微课视频、学生提交实验报告的电子文档等。数据持久层主要为业务逻辑层提供持久的数据支持。
(二)业务逻辑层(Businesslayer)
充分发挥网络优势,构建实验教学综合平台。该平台主要包括实验课的网上预约系统、实验教学资源服务系统、实验报告提交系统、实验报告在线批改系统、实验成绩查询系统和实验在线互动系统。
(三)表现层(Presentationlayer)
实验教学综合平台为实验教师和学生提供实验教学服务入口。登录成功后实验教师可以上传实验课的相关资源,与在线的学生保持互动,并且实现学生实验报告的在线批改和提交实验成绩;学生可以与老师在线上进行交流,浏览和预习与实验相关的资料,提交实验报告和查询实验成绩。
四、“互联网+”大学计算机专业实验教学体系改革
(一)及时更新实验内容
目前,计算机类实验内容偏重于验证类的实验,且实验内容明显跟不上信息时代的发展和要求。面向这一问题,教师应对现有的实验内容进行修改与完善,在选取实验内容时应当遵循“夯实理论基础、强调综合设计能力、开拓创新思维”的原则,将巩固演示类和验证类实验,加强综合设计类的实验,提高创新类实验在计算机实验中所占的比例。只有不断的改进、丰富现有实验内容,才能够做到与时俱进、为培养现代化的科学技术人才提供基本的保证。
(二)创新实验教学模式
传统的实验教学模式是以班级为单位,规定所有学生在统一时间完成相同的实验内容。这种集中式的实验方式的最大优点在于,在实验的过程中学生们可以互帮互助,集体探讨和交流实验内容和解决方法。但是凡事都有两面,集中式实验忽视了人与人之间作为对象的存在所具有的学习能力的差异。不同的学生面对相同的实验内容的解决问题的能力是各不相同的。充分利用互联网,学生通过实验教学综合平台进行网上预约实验,并根据自身的实际水平选择难度不同或自身比较感兴趣的实验内容。与传统的集中式实验教学模式相比,预约式实验教学模式不仅可以让学生自主预约实验和制定实验的进度,还有利于学生对自己学习时间进行总体规划。传统的集中式实验教学模式在实验内容上制定统一的标准,缺少在实验题目上的自由选择度,并不利于学生培养和发展自身具有个性化的学习能力。而预约式的实验教学模式可以让学生在实验要求和实验题目规定的范围内自主地选择难度不同的实验内容。这样做的结果不仅可以达到因材施教的目的,而且能够激发学生做实验的兴趣。
(三)建立科学有效的实验考核方式
传统的实验成绩评定以学生的出勤、实验课上所完成的实验情况和实验报告三部分组成。采用“互联网+”技术的大学计算机专业实验课的实验考核方式应当所有改革。在实验内容上,实验教师应当根据学生所选择的实验题目的难易程度不同乘以相应的难度权重;在实验过程中,实验教师通过与学生的交流,对学生在实验中所遇到的问题和解决方法有一个总体的、较有客观的评价;在实验课后,实验教师应当根据学生所提交的实验报告是否符合实验要求,是否存在一定的抄袭现象,是否完成实验内容,是否存在一定的创新性成果进行明确的界定。综上所述,实验教师根据学生在实验内容上的选择,在实验过程中学生与教师的互动与实验完成情况,并结合最终提交的实验报告情况对学生形成科学、客观的实验成绩评定。
(四)提高实验教师自身的素质
要培养高水平的、具有创新能力的学生,就要适时地提高实验教师自身的业务能力。伴随着大数据时代的异军突起,高校应当定期组织实验教师进行有关计算机专业的新知识培训。由于计算机专业本身是一个理论与实践并重、不断发展和创新的学科,基于这门学科的特点,实验教师自身应当意识到只有通过不断的学习、掌握计算机专业的新知识和新动向,才能做到与时俱进,培养创新型的科技人才。在“互联网+教育”时代到来的同时,实验教师应不断更新教育教学理念,积极开展实验教研课题的研究,学习利用互联网技术不断丰富现有的实验教学内容,改进传统的实验教学方法,做到自身从学习能力、业务能力到教学能力的全面提升。
云教育数据平台打破了传统教育模式,利用计算机技术,集教学、管理、学习、互动交流于一体,共享教育资源,分享教育成果,实现教育者和受教育者的即时互动,极大提高了教学效果。大学计算机基础课程是大一新生的一门必修基础课,该课程因专业和应用方向不同,其实验教学要求各异,通过云教育数据平台,融合专业个性化教学,体现课程的教学特色,起到相得益彰的教学效果。
1云教育数据服平台概述
1.1云教育数据平台服务模式
“云教育数据服务平台”是一个教育信息化服务平台,该模式通过“一站式”应用和“云”的理念,以教育云服务为支撑,利用计算机网络技术,架构一个在线教育服务平台,实现优质教育资源共建共享,融合教师精品教学、学生自主学习、教学管理与反馈,彻底打破传统教育的信息化边界,凸显教育公平、高效、便捷,提高教育教学质量。图1所示为教育云服务模式。
1.2云教育数据平台构成
云教育数据服务平台要在开放、整合、共享的框架下,创设有效机制,协同教师群体、学生群体、管理员以及技术客服等各类参与主体,设立共同愿景,形成共同目标,实现互利共赢。通常情况下,云教育数据服务平台采用“企业竞争提供、学校评估准入、师生自主选择”的资源建设与共享新机制。
2云教育数据平台在大学计算机基础实验教学中的功能
2.1“教”与“学”的完美融合——教育信息资源共建共享
云教育数据服务平台利用信息技术提供资源环境,突破教科书局限,发挥互联网传播知识、快、全的优势,扩充教学的知识量,丰富教学内容,可以拓展学生视野,开阔学生思路,缩短学生的认知过程,实现对知识的多层面了解,增加信息渠道和课堂的教学内容量。此外,通过云教育数据服务平台,开拓了获取信息的途径,在有限的时间最大幅度的增加了知识和信息量,突出了教学重点,激发了学生学习兴趣,启发学生自主学习和创新学习能力,最大限度的提高了教学效果,同时,促使教师与时俱进,积极主动学习新知识、新方法、新思维,实现了“教”与“学”的完美融合。
2.2“教”与“学”的高效便利——数字化教学环境建设
随着信息技术飞速发展,网络化的自习室,网络化的图书馆,网络化的教学设备逐步在高校中普及。与此同时,我们处在信息资源爆炸时代,要在网络资源海洋中快速找到吻合课程内容的资源极为困难。云教育数据服务平台是高校根据课程安排专门订制的用于教学和交流的平台,该平台上陈列的资源面向学生开放,每一份展示的教学资源都是教师精心制作,体现该教师最佳水平,学生可以在此平台上快速找到适合的最优资源,快速进入自主学习状态。同时,依托这一平台之便利,教师之间、学生之间以及师生之间可以即时交流,教师之间可相互讨论教法,学生之间可相互交流学习体会,师生之间可以答疑解惑,课堂一下子宽广了,“教”与“学”的效果更加明显。此外,云教育数据服务平台集资源存储、上传下载、分享、交友互动、即时通讯等多种功能于一体,融合了当前最流行的移动通讯软件(微信、QQ和MSN、飞信等),互动交流非常便捷。云教育数据服务平台又有别于当前流行的即时通软件,在云教育数据服务平台,学生们会不自觉的进入一个学习的环境,因为在线学生在讨论的都是平台上展示的资源或刚学的课程中某个知识点。在线教师们则忙着在即时答疑解惑或相互交流教学心得。浓烈的学习气氛已经从传统的课堂延伸到课堂外的任何一个角落。
2.3“学”与“学”的互帮互助——数字化学习环境建设
团队的力量远大于一个人的力量,团队精神的核心就是协同合作。协同合作是学生未来走上任何工作岗位必须具备的品质,因此,协同合作、互帮互助是在校大学生必须具备的基本素质。云教育服务平台利用互联网技术,在学生与学生之间、学生与教师之间提供了一个答疑解惑、交流谈心的场所,这个场所甚至不仅仅局限于本班或本校师生,它可以跨年级、跨专业、跨学院、跨学校,甚至融入全世界。学生在半现实半虚拟的世界中沟通交流、交心结友,为未来走上工作岗位不断练兵演习,大大提升了学生的交际能力和融入世界的速度。
3大学计算机基础实验教学存在的困境
大学计算机基础课程是所有高校都安排的一门必修课程,也是所有高校大学生学习的第一门计算基础教育课程,该课程具有基础性和通识性等特点,着力于培养学生的计算机应用能力及信息处理技术。大学计算机基础课程的实践性很强,而实验教学对学生能力的培养有着不可取代的作用。目前大学计算机基础课程实验教学整体效果欠佳,教学中出现了一些问题,突出体现在以下三个方面。
3.1“教师演示式”实验教学方法扼杀学生学习热情
目前,大学计算机基础教师在实验课上通常采用“教师演示—学生观看”的教学方法开展实验教学。学生在上机操作之前,教师首先系统讲解实验内容和操作方法,然后学生依据实验指导书,按照操作步骤上机操作,完成实验任务,教师对学生在上机操作过程中出现的问题进行辅导,帮助学生解决疑问。这种枯燥的“教师演示式”教学方法,导致学生围观教师照本宣科的演示,然后按部就班填写实验报告的方法简单、粗糙,了然无趣,无法激发学生学习热情。
3.2“单机操练式”实验教学方法扼杀学生创新能力
当前,大多数高校计算机基础实验课程采用“单机操练—各自为战”的教学方法开展教学。教师一般谆谆教导学生必须严格按照实验步骤操作,学生在教师的指导下,按照实验报告提示的步骤,一步步模仿练习,对教师演示或报告提示的情景无法知悉,也无法处理步骤之外的其他突况。这种教学方法,固化了学生的思维模式,禁锢了学生对计算机未知情况的探知欲望,久之,扼杀了学生的创新能力。
3.3“纸上谈兵式”实验教学方法消磨学生学习兴趣
由于学校硬件基础设施建设相对滞后,大学计算机基础实验课仍停留在“纸上谈兵”的教学模式,无法保障学生预习和复习要求,没有条件动手试验,也没法事先研究拓展实验题目,无法有效利用有限的课堂时间,导致学生无法在课堂上锻炼创造性学习能力,最多只能做到熟悉计算机基本操作,学生的学习兴趣逐步消磨殆尽。
4基于云教育数据平台的大学计算机基础实验课教学实现途径
4.1云教育数据平台下教师教学模式的转变
基于云教育数据平台,大学计算机实验课任课教师应实现教学模式的转变。教师首先应研读教材,突出课程教学重难点,根据学生实际情况找准学生知识能力薄弱点,对照教学目标、教学大纲的基础上,有针对性的准备符合学生专业特点实验项目。在此基础上,教师通过云教育数据服务平台的便利性,按照实验项目特点将学生分成实验群组,然后向每个实验群组下发实验项目,组织监控各个实验群组完成项目。在这个过程中,教师可以通过云教育数据服务平台的即时交流功能组织群组讨论,师生互动答疑,最后,学生通过云教育数据服务平台提交实验报告。
4.2云教育数据平台下学生学习模式的转变
基于云教育数据平台,高校学生也应随之转变学习模式。学生首先应认真预习教材,了解学习重点,根据学生自身实际情况找准学生知识能力薄弱点,在实验操作过程中,有针对性的操练自身薄弱的实验项目和实验步骤,同时,通过云教育数据服务平台中的即时交流功能,积极与老师和同学交流,总结学习体会,巩固提高学习内容。
参考文献
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计算机组成原理是计算机类各专业的核心基础课,在整个课程体系中占有重要的地位。该课程具有涉及面广、抽象性强和学习难度大的特点,而实验教学有助于对抽象理论的理解,因此,课程实验的设计,在整个课程的学习中具有举足轻重的作用。
1计算机组成原理的实验方式
目前高校计算机组成原理课程实验方式主要有两种[1]:一种是利用固定结构的实验平台,这些实验平台将CPU的各个组成部件全部做好,学生只需按要求连线、拨动相应输入或控制开关来完成实验;另一种是应用EDA技术进行实验,利用软件生产商提供的软件先设计实验电路,然后将实验电路下载到实验FPGA以后,利用实验仪的相应硬件资源直观地观察实验结果来验证实验电路的设计。
2004年以前,我们使用的是FD-CES-B-1型实验箱+实验单元板固定结构的实验平台。该实验平台是将计算机的各个组成部分使用单元板的形式做好,实验箱主要负责实验的输入输出。这种固定结构的实验平台可帮助学生深刻理解计算机主要部件的工作原理,提高学生动手能力;但其缺点是都是验证性实验,实验内容的扩展性不强,学生的设计难以突破实验箱的限制。2004年结合教育部教学水平评估的要求,我们增加了设计性、综合性实验的比例,课程组对实验进行了全新设计,实验方式由原来固定结构的实验平台改为基于FPGA的实验方式,这种实验方式抛弃了传统硬连线设计的局限,能保证实验内容的探索性和实验方法的多样性,巩固学生计算机组成原理课程的理论学习,促进学生的感性认识,激发学生的实验兴趣和创新能力。
2实验内容的改革实践与优化
2.1实验项目的设置
固定结构实验平台下的计算机组成原理的实验项目主要是计算机部件实验和模型机实验,模型机作为课程设计的内容。部件实验主要有运算器、存储器、总线、时序等5个实验15个学时的验证性实验,在FPGA实验方式上,实验项目的设置更加灵活,实验电路可以与教材保持一致,实验类型全部改为设计性,开发软件XILINX ISE,硬件描述语言选用VHDL,要求学生使用VHDL语言设计实验电路,然后下载到实验仪进行验证设计代码。表1是固定结构实验平台(左)与FPGA实验方式(右)实验项目设置对照表。
2.2改革实践中存在的问题
虽然从实验类型上由原来的验证型改为设计性,实验要求提高了,但实施时却事与愿违。由于大二的学生只学过C语言,没有硬件描述语言的编程训练,而且VHDL语言的结构与C语言有较大差距,不是很直观,学生不易掌握,因此,要求学生使用VHDL语言设计出所有实验电路的代码难度太大,大多数同学在规定的时间内无法完成代码的设计,更不用说验证实验电路了。为了保证实验的基本要求,我们将试验步骤改为教师写好代码,生成位流文件,让学生先下载位流文件进行验证,再回过来进行代码设计,这样保证了所有学生都能达到基本要求。实践了两年
除了个别学生感兴趣外,实验功能验证结束,很少有学生进行设计,虽然实验项目都变为设计性,但实际上大多数同学还是在做验证,实验教学改革的初衷并没有实现,实验教学效果不尽如人意。于是,2006年我们又对原有实验项目进行了微调,将原先的7个实验改成8个,每个实验也不要求学生能写出所有的原代码,在每个实验中教师先设计好框架,定义好输入输出端口,让学生完成实验中一个主要部件的设计。这样经过8个实验,学生也基本上完成计算机组成原理中硬件电路的描述,加上学生的预习,难度大大降低,实验效果有所改善。表2是2006年实验项目设置及每个项目的设计任务[2]。
2.3实验项目的优化
实验项目是体现教学理念、实现教学目标的载体。良好的实验项目有利于激发学生的积极性,推进学校素质教育的全面实施。因此,科学、合理的实验项目设置对人才培养起至关重要的作用。经过4年的实践,为了保证课程内容设置科学性与合理性,课程组自编了计算机组成原理教材,由清华大学出版社出版。为了保证实验内容与教材内容一致,在2010版的实验教材中对原有的实验项目进一步进行了优化,设计了7个实验项目,这些实验基本涵盖了计算机组成原理课程的重点内容,实验项目的设置也更加合理。开发软件XILINX ISE,硬件描述语言选用Verilog。VHDL语言与Verilog语言都是用于数字电子系统设计的硬件描述语言,而且都已经是 IEEE 的标准,选用Verilog语言是因为Verilog是非常容易掌握,编程风格简洁明了,只要有C语言的编程基础,可以在短期内掌握这种设计技术,而且在美国、日本、中国高层次数字系统设计领域中应用Verilog 的市场占有量高达80%。表3是2010版实验项目设置及完成的主要设计任务。
2.4规范实验教材[3]
实验教材主要包括实验指导书、实验报告以及与实验有关的资源。要提高实验教学质量必须强化实验预习,实验预习质量的高低取决于实验教材的质量。为此,我们重新编写了实验指导书。指导书的主要内容有实验目的、实验原理、预习要求等,预习时不再要求学生抄写诸如实验目的、实验原理、实验设备、实验代码等大量文字。在指导书上为每一个实验设计了较为详细的实验步骤,要求学生在预习时,完善实验代码、输入控制信号、从理论上分析实验现象等强制性的任务,从而增加了学生对实验代码的理解,提高了预习的效果。
实验报告质量直接反映了实验完成的质量。以往的实验报告要求学生使用统一的实验报告纸,在实验结束后完成实验报告,学生书写实验报告时,大段地摘抄实验指导书上的实验原理、实验目的、实验步骤,这样的实验报告对培养学生的能力没有任何帮助。在计算机组成原理实验中,我们规范了实验报告内容并单独印刷,实验报告中包含实验目的、实验原理、实验操作和记录、实验现象分析、实验总结。学生完成实验报告时,只需填写一些输入控制信号记录实验数据,分析实验现象和本次实验小结(如实验过程中出现的问题以及解决方法,实验内容、实验软件的使用等情况总结),以加深对实验原理的理解,同时避免在以后的实验中发生类似的错误。这样大部分学生可以在课堂上完成实验报告,节省了学生的时间。
3实验教学方法的改革
在实验教学中,为了保证每个学生得到提高,更好地理解计算机组成原理的理论,提高实验教学质量,我们采用了层次教学法、三段式实验教学法、建立实验教学辅助平台等多种方法来提高教学效果。
3.1层次化教学法
个性化教育是创新教育的组成部分[4]。由于学生的个体差异,用同一个标准来要求学生是不现实的,不客观的。在实验大纲允许的范围内,我们采用的方法是给通才定规则,给天才留空间,在实验教学中用心挖掘学生的潜在能力,开展个性化培养。因此,在大纲规定的基本要求的基础上,分层次对学生提出要求:能力差的同学加强个别辅导,采用演示加讲解教学方式,引导学生如何将理论与实际电路结合起来,把部件的设计思想解释清楚,使其有能力完成实验任务;对能力强的同学提出更高要求,采用启发式教学,充分发挥学生的主体作用,鼓励他们根据自己的能力,提出多种设计方案。这种层次化的教学法,顾及各层面的学生,让所有同学通过实验各自的实践与动手能力都有所提高。
3.2三段式实验教学
三段式实验教学将实验教学的整个过程分为3个阶段:实验预习、实验过程、实验报告。在实验考核上采用“三四三”的考核方式。对于计算机组成原理的实验,如果学生做实验前不预习或预习不充分,实验时很难达到应有的效果。三段式实验教学强调实验教学的3个阶段在整个实验教学中的作用。实验预习是提高实验效果的一个重要环节,只有预习充分,实验操作时才会做到思路清晰[5]。教师实验前通过检查预习报告或提问来了解学生的预习情况,为了加强调学生的实验预习,实验成绩中实验预习的成绩占30%。
实验过程是实验成功与否的关键环节,在实验过程中要求学生在实践中掌握操作技能,在实验中体验知识如何应用,并通过分析、反思等形式对课程知识进行内化,从而达到知识的习得和技能的提升[6]。例如,在实验操作过程中,记录实验现象与理论值是否相同,如果出现实际实验现象与预习结果不符时,教师要引导学生去分析原因,是操作失误还是设计错误,从而进一步加深学生对理论的理解,修正设计错误,培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力,充分体现实验课程“做中学”的特点。实验操作过程占实验成绩的40%。
实验报告是实验过程的记录、实验现象的分析和实验的总结,书写实验报告是实验教学的重要环节。通过书写实验报告,可以培养学生认真做好实验,仔细观察实验过程中所发生的现象,有利于加强对理论知识的理解和记忆,促使学生重视基本技能的学习及应用。教师通过实验报告可以及时发现教学中存在的问题。一份高质量的实验报告应能反映出学生的综合素质,如高度的注意力、敏锐的观察力、丰富的想象力、准确的判断力、科学的思维能力和正确的表示能力。实验报告占实验成绩的30%。
3.3建立实验教学辅助平台
开发CAI实验课件,利用多媒体进行讲解,在辅助平台中提供实验资源,为实验预习、实验过程提供指导。在辅助平台设计时,我们根据以往学生在每个实验中出现的常见问题进行了总结,并将解决办法在辅助平台中列出,让学生借助辅助平台解决实验过程中出现的问题,这样减轻了教师的指导工作,同时也为开放实验教学提供条件。
4结语
实验教学改革是一个不断深入和发展的过程[7]。6年来,在不断推进计算机组成原理实验的教学改革实践中,我们发现了一些问题,取得了一定的经验,明确了今后进一步展开深入教学改革的方向和目标。实践证明,只有重视实验教学环节,对实验内容、实验教学方式不断探索,充分发挥设计性实验在实验教学中的作用,才能培养实践能力较强的、具有创新意识、善于自主学习的计算机人才。
参考文献:
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Reform on Experiments Teaching of Computer Organization Principles
MA Han-da, ZHAO Hui
关键词:高校计算机;基础实验;教学改革
1.引言
伴随着当今社会信息化的发展,计算机的应用越来越广泛,社会对大学生的计算机专业知识水平的要求越来越高,用人单位和公司对毕业生计算机应用能力的要求也越来越高。毕业生在计算机能力的方面不仅要掌握软件和硬件的基本知识,同时还要具备用计算机处理日常事务的能力,更要具备运用网络来获取信息、分析信息、利用信息,以及与他人交流的能力。
2.更新实验教学指导思想
长期以来,教师在应试教育的模式中一直是教育的主体,学生只是被动的接受者。学生优秀与否,不仅仅是靠分数的高低来评定的。当今这个知识经济的时代,需要的不是“高分低能”,而是真正具有综合素质、创新能力和实践能力的人才,这也就要求我们教师要更新教学指导思想,强化实验教学环节,提高学生的综合素质。在计算机实验的教学过程中,不仅仅要单纯的教会学生一些基本的操作,更重要的是将信息素质教育融合到实验教学中,激发学生的创造潜能,培养学生独立探索和知难而上的精神。
3.充分利用实验教学平台
近年来,利用计算机网络技术和多媒体技术建立起来的新一代多媒体网络教学平台得到了广泛的应用[1]。它不仅可以实现传统教学的全部功能,还能实现传统教学所不能实现的其他功能,比如广播教学、语音教学、屏幕监视、遥控辅导、教学示范、师生对讲等功能,对提高教学效果、增强学生的参与感、真正的实现双向互动式教学、推进教学信息化等都有很重要的作用。从教学功能上说,它集合了教学、辅导、提问、答疑、示范等功能,比以往的任何一种方案都更具有优势。因此,我们应该在计算机基础实验教学中充分利用纯软件设计的多媒体网络教室。
4.强化计算机实验的总结
计算机实验的总结在大学计算机基础的实验教学中是必不可少的重要环节,是培养、提高学生分析和解决问题的能力、创新思维能力的一个重要途径,也是教师开展实验教学研究和提高实验教学水平的基础。因此,计算机实验的总结在计算机实验的教学中起着重要的作用。
在实验课结束之前,教师应该抽出3~5分钟的时间对本次的实验做出相应的总结,检查实验的结果是否达到了实验预想的目的,同时还要明确指出在本次实验中存在的问题以及如何解决问题的方法,要让每个学生都清楚本次实验做到了一个什么样的程度,一定要做到心中有数。
在实验课结束后,无论实验是否成功,每个学生对本次实验的相关知识、技能、软硬件等方面都有了一定的体会和认识,也都会有不同程度的一些收获,那么此时,教师就应该及时的督促学生对本次的实验记录进行处理,同时对实验现象也要进行分析讨论,并撰写好实验报告。
实验报告是学生在实验课之后对整个实验工作用文字形式进行的综合分析、归纳和总结,
也是学生相关实验知识和技能的掌握程度、实验教学效果好坏的一个重要反馈形式。撰写实验报告是学生成功做完每个实验以后的最后一个环节,也是培养学生综合分析、评价实验结果,探讨实际问题的能力以及训练学生撰写科研论文能力的必不可少的一个重要环节。学生撰写实验报告时,务必要求做到严肃性、真实性和逻辑性。
另一个方面,在每次的实验课结束以后,教师也应该根据学生和实验报告中获得的信息以及归纳、分析后得到的实验记录进行总结。这是因为教师的实验总结是开展实验教学研究的重要基础。教师的试验总结主要包括以下四个方面:第一,从整体上而言实验结果是否达到了要求。第二,要对实验的各个环节以及在实验报告中存在的各种问题进行系统的分析和归纳,对普遍存在的问题及时向学生进行讲解和处理。如果条件允许,还应该与学生一起讨论,这样可以扩大实验的成果,避免学生重复的犯错。第三,要及时进行总结教学安排是否合理,教学准备是否充分,教学方法是否恰当以及教学组织与管理是否有序、高效等。第四,要根据学生的实验表现,进行综合评定并给出相应的成绩,可作为学生实验考核的依据,同时对表现突出或有创造性思维的学生及时的进行表扬和鼓励。
5.量化计算机实验考核
长期以来,计算机基础实验考核标准的量化都是实验教学过程中的难点和薄弱环节。目前的实验考核成绩评定大多数都没有具体的量化标准,基本上都是实验教师根据自己上课时的观察,依据学生的考勤情况以及实验报告等方面来评分。但是,由于任课教师的不同,评分标准也是不一样的,因而这样很难客观和公正地反映学生的实际操作水平,很容易依据主观印象来评定出实验成绩。因此,探索计算机基础实验考核的成绩量化评定方法法对于实验教学质量的提高是相当重要的[2]。
根据目前普通高校计算机实验考核的现状,在这里给出一种相对更容易操作、更人性化的量化实验成绩评定方案。
实验总成绩=考试成绩(权重W1=0.5~0.6)+平时成绩(权重W2=0.4~0.5)
根据实验课程的不同可以对具体的权重系数进行适当的调整,通过加大平时成绩的比例,可以激励学生更加的重视实验,认真的对待每一次实验,有利于提高学生的实验水平。
其中,考试成绩=上机考试成绩(权重W3=0.5)+笔试成绩(权重W4=0.5)
上机考试应提前将试题发给学生复习和准备,采取随机抽题的方法进行,同时还要注意避免考核内容过偏或过难,不要搞突然袭击和突击复习。此外,上机考试或平时实验时还可适当增加口试内容,这样有利于培养学生的敏捷性和灵活性,还可提高学生的口头表达能力。
笔试考试主要是考查上机考试没有覆盖的内容,为了方便操作可以将相应的试题放入理论课考试的试卷中,但是应该单列成绩以便教师进行实验教学总结。
通过改进计算机实验的考试方法和评分标准,可以使教师在考试评分中有章可循,更对教师教学态度和责任心的不断提高起到了积极作用。同时,教师不仅可以及时了解学生掌握实验相关知识和技能的情况,还可以对那些实验操作技术不强、基本概念不清的学生加以重点指导,使后继的实验教学有的放矢,因人施教。
另外,为了减少教师的工作量,可以开发相应的实验考核管理软件,实现对实验成绩的各种处理,如输入、查询、修改、删除、显示、统计及打印等功能。这样就可以避免以往“印象分”的弊端,真正拉开学生之间实验成绩的档次,使学生更加重视实践和操作技能的提高。
以上就是本人对于目前高校计算机基础实验教学改革的一些设想。我们只有不断深化计算机基础实验教学的改革,才能提高计算机基础实验教学的水平,提高学生的计算机综合应用的能力,以增强学生走入社会后的综合竞争力。(作者单位:湖北大学计算机与信息工程学院)
0引言
传统时代的智慧教育通常是用一套公众接受的带有真理性质的思维模式来启发和教育学生。进入信息化时代,人们对智慧教育的认识又发生了改变:智慧教育是一种通过信息技术来改革传统教育各个方面,目的在于培养学习者的创新能力、批判思维能力、问题解决能力等高阶思维能力,即发展学习者的智慧[1]。信息时代的智慧教育是利用现代的科学技术,来改进或完善传统教育的缺陷,通过对教育的不断优化来培养学习者终生学习的能力和发展学习者的智慧。智慧实验是智慧教育的一个分支。云计算作为分布式计算的一种,其在教育领域的迁移称为“教育云”[2]。国外研究者在2009年前后开始关注教育云[3]。根据国家十二五规划《素质教育云平台》的要求,各个地区涌现出了诸多教育云的教学应用案例[4]。例如,2014年5月,重庆市召开了教育“云课堂”项目应用推进工作研讨会,会上展示了教育云课堂教师讲授与同学学习和互动的整个过程,整堂课利用云平台+微课+PPT来呈现,学生在课堂上利用平板电脑学习,实现学习资源的共享。明确感受到了实验教育云未来发展的强劲趋势及学校自身发展的需要和办学定位,我校——长春工业大学计算机科学与工程学院的科研团队结合学院自身需要研发了实验教育云平台。
1实验教育云平台的功能设计、架构设计及实现
1.1实验教育云平台的功能设计
实验教育云平台功能模块主要包含系统管理模块、实验教学管理模块和实验进度管理模块。系统管理模块包括班级管理、权限管理、课程管理和镜像管理子模块。班级管理子模块主要是系统管理级以班级为单位导入学生的姓名、学号和密码。权限管理子模块是系统管理者为实验教师和学生分配不同的使用权限。课程管理子模块为教师分配本学期的实验课程。镜像管理子模块为不同的实验课程分配不同的实验环境。实验教学管理模块主要是教师进行实验教学的管理,包括教师上传实验指导书,课前布置每堂课使用的实验环境。教师可以查询学生的实验报告完成情况,并对学生的实验相拟度进行查询,并最终给出学生的实验成绩。实验进度管理模块的操作者是学生。首先学生完成实验教育云平台的登录,然后根据实验指导书的实验内容对实验环境进行实际操作或程序设计,完成实验内容后截图并提交实验报告,最后由教师给出实验成绩后,学生在学生端查询实验成绩。实验教育云平台的功能设计如图1所示。
1.2实验教育云平台的架构设计
在图2中,Web服务器的主要功能是通过互联网接入Web服务,通过虚拟现实技术将虚拟实验环境移植到Web页面和生成动态网页[5],这样使用者就通过虚拟生成的实验环境进行实验操作。将多个Web服务器组成了云端Web客户群。应用服务器端主要负责数据采集,并对采集后的数据进行数据分析和处理,然后将处理后的数据的结果传送到数据库服务器进行保存,同时将处理结果通过Web传送到Web服务器端。由于此可,这种B/S结构极大地简轻了云端Web服务器的工作负荷,只需安装Web浏览器作为云端的运行平台同时只负责一小部分的人机交互的业务逻辑处理工作,主要的业务逻辑处理工作由服务器群实现。所以这种“瘦客户端/胖服务器”模式易于后台管理和维护,并具有良好的稳定性、鲁棒性和可扩展性。
1.3实验教育云平台的实现
【中图分类号】G427 【文献标识码】A 【文章编号】1006-5962(2012)1 2(b)-0011-01
1 引言
当今已进入信息化时代,对于职业和岗位的要求,计算机和英语同样成为谋职的基本技能。因此,在大学开设大学计算机基础课程是必须的,面对当今计算机的迅猛发展,在我国高校里,对大学计算机基础的改革也是迫在眉睫的。就目前而言,该课程的教学改革的方向,就是要提高教学效果,并重点培养学生的动手能力。对于该课程,我们要从教学目标、指导思想、新的教学模式的组成等几个方面来论述新的教学模式和改革,提高大学计算机基础课程的质量和效果。
2 我国的大学计算机基础的教学现状
2.1大学计算机基础课程的作用和地位
近五十年来,计算机的发展历史可以用“迅猛”两字来形容,我国的计算机发展也由少数理工科专业发展到所有高校的非计算机专业都普遍开设了相关课程。高等院校的计算机教育主要分为两种:一种是指属于计算机专业的学科教育即计算机专业教育;另一种是指面向所有非计算机专业的大学生的计算机基础教育。非计算机专业的学生占全体学生总数的90%,大学计算机基础教学是为非计算机专业学生提供的计算机知识、能力与素质方面的教育,目的是为了让学生很好的掌握计算机的基本操作?网络知识以及其它相关信息技术的基本知识,使学生们会利用计算机去分析问题、解决问题。提高学生的计算机素质,使他们毕业后进入企业能很快入手。
2.2当前大学计算机基础课程面临的形势和任务
由于城乡地域差异,大一新生入学时所掌握的计算机知识差异非常明显,少数学生在高中时代已经熟练掌握了计算机的基本操作,而有的偏远山区的学生甚至连电脑什么样都没见过。在入学前许多学生掌握的计算机知识多限于网络的初步应用,比如收发邮件和QQ聊天等,但是他们的计算机基础知识并没有达到大学计算机教学的目标。目前,随着中小学计算机教育的普及,原本属于大学的计算机基础的教学内容已经慢慢下移到中小学。但由于区域差异,新入学的大一新生掌握的计算机知识参差不齐。有些学生对中、英文打字、word2003字处理软件、Excel2003数据处理软件了如指掌,而有些学生连盲打都不能很好的完成。
随着各行各业信息化进程的不断加速,用人单位对大学毕业生的计算机能力要求有增无减,计算机就和英语一样,成为衡量大学生业务素质与能力的突出标志。
3 新的教学模式、教学改革思路探讨
3.1培养高素质的教师队伍
在日常教学过程中,发现年轻老师存在的问题,并及时帮助他们找到解决的办法。不断提高年轻老师的教学水平和教学能力。有很多老师觉得大学计算机基础比较简单,自己已经非常熟悉,所以对备课教学环节不充分准备,最终影响了教学效果。所以学校应该通过听课途径使老师认真备好每一节课,提高教学水平。
3.2创新教学观念,完善教学内容
一些陈旧的教学思想,教学方法和模式影响着计算机基础教学,学生上课感到很乏味,枯燥,对计算机公共课提不起兴趣。针对高等学校这些具体的实际情况,所以我们急需要建立新的教学模式。所以,现在我校就对大学计算机基础课每周上四节课,两节上课,两节上机。两节上课课主要由老师讲解,再讲完后给学生布置本周上机课的实验内容,让学生下去先做准备,这样学生上机课就知道这次上机该干什么了,在两节上机课上,主要由学生自己动手做,如果有问题,老师单个指导解决。这样可以提起学生的自主性,提高学生的动手能力。
除了计算机专业之外,还有许多专业也和计算机密不可分,如艺术专业?、建筑专业、化工专业等。所以,计算机的课程应该文理分科,根据不同的专业有不同教学课程,例如工程性强的专业涉及到的科学计算比较多,艺术类专业会用到多媒体处理。不同专业的计算机基础课程应该针对该专业特点。我校针对不同的专业,例如文科学习ACCESS,理科学习C语言,机械类学习VB等不同的语言。
考虑到学生的兴趣以及以后就业的前景需求,计划内的计算机必修教学已经不能满足需要,还增加了选修计算机课程;这些课程主要是针对非计算机专业设计的。总之,各专业的计算机课程按照重基础、强实践,突出综合应用能力的原则建立了计算机基础教育课程体系。
3.3更新教学方法
大学计算机课程是基础实践课程,这门课的知识和能力的培养依赖于学生上机的实践与钻研。我们应该不能只局限于有限的课堂教学,目前,网络给我们的实验教学提供了很好的平台。许多有条件的高等院校已经建立起了课程网站,来拓展教学资源,将一些课程的电子教案和网络课件、视频、录像、还有试题库发到网上,并通过校园的BBS,聊天群等配合网上讨论,并可以通过网上提交实验报告和作业。将有限的课堂教学在空间和时间上进行延伸,使老师和学生能很好的进行互动,实现资源共享。
3.4改革教学考核手段
中图分类号:TP3 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2014)11-2567-01
大学计算机基础是一门公共基础课程,大一第一学期就开设此门课程,其相关知识是后续专业课程学习的重要基础,实验教学又是计算机基础教学中非常重要的组成部分【1】,通过实验教学,可以使学生夯实基础知识、掌握基本技能、拓宽知识视野、提升综合素质。但是目前,大学计算机基础实验教学中存在着一些不足:如实验内容没有考虑学生的基础不同,实验内容缺乏层次性,实验教材一刀切,所有专业的所有同学统一用一样的实验指导书,没有区分专业和基础不同,实验内容仅仅停留在验证理论课上老师所讲的内容,不能调动学生的积极性。 实验过程缺乏监控,抄袭现象时有发生。
对每个实验,基本实验内容分基础实验部分和提高实验部分,基础实验部分(实验指导书上内容)用来巩固教师所讲知识,是学生必须要掌握的内容,所以每名学员必做。提高实验部分是基础较好的学生在完成基础试验之后进一步的实验内容,学习掌握些更深层次的知识。在每个模块结束后安排一个综合实验,系统的运用这一模块的知识,让学员深刻体会到所学知识在实际生活中的应用,为理论知识和实际应用架起了一座桥梁。在模块三的综合实验要求大家制作一段介绍学校或自己大学生活的视频,将学到的知识和日常应用练习起来,不仅提高了学生的学习兴趣,还将所学理论知识应用到实际生活中,培养了学生分析问题、解决问题的能力。
(3)辅助教学方法,提供大量的与实验相关的信息资源(如相关教学视频,电子书,参考课件、其它网络学习资源等)供学员在解决问题时查阅,引导学员学会使用学习资源,进行自主学习。根据实验的实际情况,还可灵活采用集体讲解与讨论等方法。
3) 加强实施过程监控,采用多元化考核方法。
在实验实施过程中,有的同学不愿意做实验,或者偷偷的玩游戏,对这些同学,教师在实施过程中要检查的更频繁些,严厉制止并警告他们这样做会影响成绩。
根据学生完成实验的过程、实验报告的完成质量情况进行综合评价。比如对于实验十要求大家根据前两次收集、处理的素材,制作一个综合展示文字、声音、动画以及视频等多媒体信息的PowerPoint演示文稿。对这次试验的评价可采用学员互评和教师评价相结合的方式。将全体学生分成几个小组,以小组为单位,每名学生在自己组内展示制作的PowerPoint演示文稿,其他学生评价打分,平均分做为此名学生组内的成绩,教师根据学生完成实验的过程、完成的质量给出教师评分,学生最后的成绩=学生组内成绩*40%+教师评分*60%。这样的考核制度,给了学生一些动力,去认真对待实验课程,不仅能使学生认真对待每次实验课,还能激发学生学习的兴趣。
2 小结
经过笔者多年的教学经验和实践证明,基于内容和考核的《大学计算机基础》实验课改革,既能让学生全面掌握知识,又能通过培养学生的学习兴趣和动手能力,取得了很好的教学效果。
摘要:从计算机专业导论课程的需求与定位入手,全面分析课程的现状与需要解决的问题;提出以虚拟实验方法辅助“教”和“学”的课程改革方案,阐述现阶段计算机专业导论课程的改革思路;以“字符编码与信息交换”虚拟实验教学为例,详细介绍如何用虚拟实验方法解决课程中的重点难点内容的教学问题,探索培养学生计算思维、系统思维能力的有效途径;针对虚拟实验方法助力计算机专业导论课程教学实践,总结出进一步深化课程教学改革的设想。
关键词 :计算机导论;课程改革;虚拟实验;字符编码;计算思维;能力培养
第一作者简介:赵霞,女,副教授,北京工商大学计算机与信息工程学院计算机系系主任,研究方向为大数据处理系统与算法、高效能系统软件、智能终端软件等,zhaox@btbu.edu.cn。
1 背景
近年来,随着计算机技术与社会快速发展变革,高校对学生的基础能力培养,对创新型人才的要求更加关注。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》将“提高人才培养质量”作为高等学校本科生培养的重要目标,并“支持学生参与科学研究”。为此,一些创新型、科研导向人才培养的探索在国内很多高校以各种形式开展。如何把创新思维培养和计算机导论课程结合起来,是计算机专业教学的重要问题。计算机导论课程是学生走进大学后认识自己所学专业的第一门课,将对学生后续相关课程的学习产生深远影响。课程宗旨是:使学生从宏观到微观迅速且全面了解这个专业的精髓及魅力,既要阐述学科专业概貌,又要展示未来发展;既要关注计算思维能力培养,又要启发对专业的兴趣爱好。而课程目前的实际情况是:教师讲得费劲,学生听得懵懂,以似懂非懂结课。课程的教学效果和教学目标要求相差较远。
以计算思维为切入点开展新一轮教学改革,这是近年来大学计算机教育工作者所达成的重要共识,也为计算机专业教学改革提供了思路。国内一些知名教授通过各种形式探索计算思维概念的落地问题,为大学计算机教育发展起到了重要的推动作用。虚拟实验思路为计算机思维的落地和课程教学内容、教学方法的改革提供了有效的途径,也为大学计算机专业导论课程提供了教学实施方案。
2 计算机专业导论课程面临的问题分析
2.1 生源参差不齐与教学统一要求的矛盾
地域差别使得学生对计算机基础的掌握程度远不如数学、物理甚至外语那样统一。据不完全统计,大一新生正规学过的计算机课程从0学时到200学时不等。如此参差不齐的生源如何面对统一要求的教学大纲,这是计算机专业导论课程必须首先解决的问题。
2.2 专业导论课程与学生兴趣导向的矛盾
目前我国的大学生在填报志愿时并不完全是以兴趣为导向。在我们的调查中,近几年因为兴趣而选择计算机专业的学生其比例还不到50%。就工商院校而言,有20%的新生对计算机专业缺乏了解,有畏难心理;有近50%的新生只对金融商科等专业兴趣浓厚。如何通过计算机导论课让本专业的新生对所学的专业充满兴趣,感受快乐,对学习结果满怀期待?这是计算机专业教育教学方面的难题。
2.3 基础的教学内容与发展的前沿技术间的矛盾
教学规律是“按纲执行”,而高校的教学大纲差不多4年才调整一次,这对于日新月异的计算机专业来说,无疑产生教学内容与技术发展严重的不协调。就目前的计算机导论课程而言,尽管没有统一规定的教学大纲和教材,但从所开设该课程的实际情况看,大都采用两种课程教学内容方案:一是国外的“计算机科学导论”方案,主要讲数字系统、数据存储、数据运算、计算机组成、计算机网络、操作系统、算法、计算机语言、数据结构、软件工程、数据库等,说“大拼盘”应该不过分;二是国内基于非计算机专业的计算机基础教学内容演化的课程体系,主要涉及计算机数字基础、计算机硬件、软件、网络、实用软件、数据库、多媒体、程序设计基础等方面的内容,让学生感觉到是中学IT课程的内容再现。无论这两种方案的哪一种,都无法满足快速发展的计算机科学前沿技术的要求。
导论课程除了介绍专业的历史、现状之外,还要为新生全面展示专业地图。如果把大学比作迷宫,大一新生就是刚刚站在迷宫人口整装待发的竞赛者。如果导论课程能俯瞰迷宫最新全貌,并能在竞赛者探索的路上及时给予指引,创新思维便会从这里开始。
2.4 单一的教学方法与超前的教育技术间的矛盾
目前,大多数高校对计算机导论课程的配置都是:讲课(或讲座)+实验(实际上就是软件操作练习),前者是满堂灌,后者是自己练;再加上“大拼盘”的知识堆积。一学期下来,当学生面对期末不俗的成绩,便得到了两个错误的结论:①大学不过如此!②计算机专业就是计算机应用!
3 以虚拟实验方法辅助“教”和“学”
基于以上分析,计算机专业导论课程改革任重道远,需要从体系、内容、方法和模式上进行全方位改革。
3.1 “课程+虚拟实验方法”的教学方案
笔者从2013年开始,连续两年选用了北京理工大学的“课程+虚拟实验方法”的教学方案。方案包括一套面向计算思维培养的教材、一款面向重点难点教学内容的虚拟实验软件、一个配套教学的数字化教学资源包。教材采用了“基础概念+计算平台+先进技术”的内容结构,实验配套了具有交互性、验证性和演示性于一体的18个虚拟实验,资源包提供教学需要的素材,形成了一套基础性和先进性共存的课程教学体系。北京工商大学计算机与信息工程学院结合教学实际情况,选取以下16个虚拟实验:
·实验一图灵机模型与计算机硬件系统虚拟拆装
·实验二计算机中的数据表示与计算
·实验三字符编码与信息交换
·实验四一条指令的执行过程
·实验五进程管理与虚拟机
·实验七广域网通信与邮件传输
·实验八云计算与虚拟服务
·实验十计算机动画原理与制作
·实验十一文字处理与文档编排
·实验十二表格处理与图表制作
·实验十三报告处理与幻灯制作
·实验十四数据管理与数据库操作
·实验十五用计算机解题——算法
·实验十六一小时学Python——面向对象方法
·实验十七仿真计算与MATLAB
·实验十八计算机病毒与防火墙
16个实验涉及教学中的重点难点,如“一条指令的执行过程”“云计算与虚拟服务”,等等。这些内容通常在教学中会被简单化,不是因为不重要,而是因为课时少,内容抽象,难于在课堂规定时间讲明白,而虚拟实验正好弥补了这些不足,它以实时的交互、形象的演示、严谨的验证方式呈现这些内容。
从实验形式设计可以看出,大多数实验采用了“XXX与XXX”这样的结构。不难看出其中“与”前面是实验所要强调的重要理论概念,需要验证;而“与”的后面则是这个概念和知识点的落地实践。例如:“进程管理与虚拟机”“广域网通信与邮件传输”“仿真计算与MATLAB”等,其中“进程管理”“广域网通信”和“仿真计算”都是抽象概念和重要知识点,需要学生通过实验方法去思考掌握,而“虚拟机”“邮件传输”“MATLAB”则是这些理论和概念的具体应用,通过这些应用,学生加深理解概念,融会贯通。
同时,虚拟实验可以辅助课堂教学。例如笔者在讲授课程中使用前面4个虚拟实验,课堂讲授效果显著提升。特别是在介绍图灵机模型、计算机硬件系统结构、处理器执行指令的过程、计算机中数据表示与编码等内容时,相关知识点以往都是教学中的难点,新生理解起来非常困难,但虚拟实验中演示的交互过程可把抽象概念变成具体的画面,把文字描述变成可视化的动态过程,起到传授知识和激发兴趣的作用。
3.2 虚拟实验教学过程举例
信息在计算机中的流动涉及对数字化方法、计算机硬件结构、计算机算法执行等重要的概念和知识点的理解和应用。信息在计算机中的流动是看不见摸不着的,是教学中的难点。例如,一个汉字从键盘输入到屏幕显示要经历如图1所示的信息转换过程,需要相关的编码规则、信息转换方法和软硬件的系统配合。通常因为编码种类较多、过程不可视等,影响了学生对这些知识点的深入理解。
通过“字符编码与信息交换”虚拟实验,学生非常容易地掌握了这一信息转换过程和相关的编码规则。例如,图2所示的“字符编码与信息交换”虚拟实验中,实验设计了虚拟键盘(如图左上角所示),通过人机交互输入汉字拼音码,虚拟展示了汉字机内码到国标码的转换及信息流动过程(如图右上角所示),虚拟汉字库(图右下角)详细演示了汉字查找及显示过程。教师先在课堂简单演示虚拟实验,说明汉字信息的编码体系和计算机的处理流程;然后将其留作学生自主学习的内容,可以独立完成,也可以协作讨论;在完成这个实验过程的同时,学生需要完成两个实验报告——《汉字显示过程编码记录表》和《不同字体的字型码》。通过这一系列教学环节,学生对“字模”“字库”“字形”以及各种编码之间的对应关系有了更直观、更深刻的理解。
3.3 虚拟实验方法教学效果调查
采用了这套完整的虚拟实验体系后,我们将大多数实验安排为寒假期间的自主学习过程。我们利用Blackboard网络教学管理平台进行实验教学管理,教师只要保持在线回答学生在实验中遇到的问题,一切便可以在一个宽松愉快的氛围中进行。教师要避免直接给出问题答案,尽量让学生充分地思考和进行研究性学习,锻炼能力。很多学生在实验报告和总结中分享了学习的感受,下面是部分同学的反馈。
“寒假期间我做完了11个实验,对我启发很大,如广域网通信和邮件运输实验,在按照教材上的自主学习指导做题,收获超过预期,懂与会还是差别很大的。”
“做实验最大的心得就是要有耐心,前期要了解很多知识,这激发了我对专业知识的兴趣,让我更加了解了计算机的神奇。自主做实验让我感受到自学过程的酸甜苦辣,有被问题困住的焦灼,也有豁然开朗的喜悦。通过实验我明白了老师的良苦用心,实验过程也是引导我们自主学习的过程,自己学的知识总是比别人灌输的要印象深刻。”
4 总结与展望
虚拟实验体系是对计算机导论课程教学体系的一个优化和补充,特别是用可视化方法诠释计算机的基本原理、知识点中的难点重点内容,化繁为简,化难为易,化抽象为具体;对于帮助新生认识和理解计算思维的本质和计算机系统内部结构原理,提供了有力的支持;对提高计算机专业导论课程的教学效果,引导学生自主学习,培养其抽象思维和系统思维能力有巨大的帮助。
接下来我们要在实验基础上开展问题驱动的拓展学习,增加课程的深度和广度,引导启发学生的探索求知欲,训练学生的思维,培养学生抓住本质、解决问题的实践动手能力。
参考文献:
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[3]冯博琴.对于计算思维能力培养“落地”问题的探讨[J].中国大学教学,2012(9): 6-9.
[4]李凤霞,奚春雁,彭远红.以虚拟实验方法促进计算思维落地的教学研究[J].计算机教育,2014(3):1.
中图分类号:G642.3 文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 01-0000-02
21世纪是信息的时代、是知识经济的时代。社会的信息化要求每一名大学生都应该具备较高的信息素养。所谓信息素养,简单地说就是吸收、处理、创造信息和组织、利用、规划信息资源的能力和素质。1997年教育部高教司颁发的“加强非计算机专业计算机基础教学工作的几点意见”(简称155号文件),对促进和规范高校计算机基础教学工作发挥了重要作用。多年来的教学实践表明,高校的计算机基础教学对非计算机专业学生计算机知识与能力的培养起到了重要作用。在目前大学教育中,对计算机基础教育应继续给予高度重视,加强、重视不等于加重学生负担,而是要通过深化教学改革,使课程设置更加合理,教学内容更加科学,教学模式更加有效,在这方面需要有一些新的思路。
计算机操作技能作为一门公共基础课,所涉及的学生人数多、专业面广、影响大。随着基础教育全面实施以培养大学生创新精神和实践能力为核心的素质教育,掌握必要的计算机应用知识和操作技能已成为当代大学生必备的素质要求。同时在教育部高校本科教学评估中计算机操作技能已经是考查学生的基本素质能力的一项重要考核目标。
一、高校计算机操作技能课程教育现状与特点
从西安邮电学院近几年的情况来看,我们发现大学新生的计算机基础水平差别很大,旧的教学内容已经无法满足学生学习的热情、主动性和积极性。
我校于上世纪九十年代初期为了加强本科生的计算机基础素质培养,提高计算机操作能力就在计算机文化基础课的基础上面向全校大学新生开设了计算机《上机训练》实验课程,教学内容只有中英文指法练习,后来又随着时展的需要将该课程更名为计算机《上机操作》,内容也在原来的基础上增加了文字编辑、幻灯片制作和电子表格制作。考试方式也在原来的单一指法考试的基础上增加了相关内容的大作业考试。
随着新的技术、新的应用系统、应用方式层出不穷,所以计算机操作基本技能课程的内容也需要日新月异的变化。为了提高和加强我校学生计算机操作的基本技能,在计算机发展迅速的今天,将面临更大的机遇与挑战,必须对计算机操作技能实验课程进行相关的改革以适应新时期的变化。
二、计算机操作技能课程教学改革实践
在全面贯彻素质教育的今天,要求我们必须改变教学观念,切实推进教学改革,体现以人为本,以学生为主体的理念,培养出新时代的理想人才。经过多年的教学实践经验,针对我校的计算机操作基本技能实验教学的改革提出一些方法和建议。
(一)构建课程主体思想,优化教学内容
计算机操作技能课程是大学本科生必修的基础课程之一,是一门综合训练实践课,是对大学生计算机应用能力的培养,对顺利完成后续课程的学习,对毕业后能迅速适应岗位需要、具有可持续发展的再学习能力,具有重要的作用。
该课程按照“理论教学和实践训练融为一体,坚实基础,因材施教”的教学理念,确定教学目的是培养学生的“自主学习意识”,使学生掌握在信息化社会里工作、学习和生活所必须具备的计算机基本应用技能,为后续计算机技术课程的学习打下必要的基础。
在确定教学内容时,从提高计算机操作技能、培养应用型人才的要求出发,遵循课程理论适度化的原则,理论和实践的比例设为2:8,突出操作能力和应用能力、创新能力的培养。在原来的课程内容的基础上增加“网络技术基础、常用工具软件、多媒体图像处理和动画制作”,目的是全面提高学生的计算机操作技能,使他们不仅仅会基本的办公操作,而且会利用现代先进丰富的网络技术和常用的网络多媒体工具,既能保证学生顺利参加陕西省的计算机等级考试,又能掌握一些当前应用十分广泛的新技术、新工具软件。同时将该课程的名称改为《大学计算机操作技能》,编写了《大学计算机操作技能》的实验指导教材。
(二)改变教学模式,强化操作技能
我校的计算机操作技能教学分成文商类和理工类两种,要求和学时数均不同。其中文商类的《大学计算机操作技能》内容包括:中文指法训练、英文指法训练、电子表格制作和演示文稿制作、网络技术基础和多媒体技术应用,学时数为60。理工类的《大学计算机操作技能》包含了文商类的全部内容,并且增加了“常用工具”一章,让理工学生掌握当前应用十分广泛的新工具、新软件,以满足理工类学生日常应用需求。学时数设计为课内学时+课外15学时这样一种模式,这种模式可以在目前学时普遍紧张的情况下,使得学生在有限的学时内能够学习掌握更多的信息处理技术,为其后续进一步学习和应用信息技术打下良好和完整的基础。
大学计算机操作技能的教学要以现代教育思想和教学理论为指导,改变以教师、教材、课堂为中心的班级授课模式,营造一个以学生为主体、教师为主导开展互动式教学,为学生创造一个创新和实践为重点的宽松教学环境,提倡“精讲多练”,教师在教学过程中,仅仅起到引导的作用,而把大量的时间留给学生自己去学习、思考、体会,培养学生在使用计算机的过程中遇到问题,能够自己通过该软件的帮助系统来解决问题的能力,教师用不多的时间演示令学生感兴趣的实例,激发学生的学习兴趣,然后让学生自己摸索,学习使用这个软件去完成实例,让学生进入一种积极探索的主动学习状态。
(三)改进教学方法,采用先进教学手段
为提高课堂教学质量,我们结合现代教育技术手段来组织教学内容,组织教师共同研究开发了本课程各个部分的电子教案、幻灯片、课件等,并在实际教学使用过程中不断修改完善。
随着现在技术的发展,将大学计算机操作技能教学从全方位的多媒体教学过渡到基于网络环境的教学,我们设计并创建了“计算机操作基本技能”学习网站,为学生提供了网上教学平台,教师可以在该网站教案、布置作业、通过网站论坛答疑解惑。学生可以通过该网站完成自学,向老师提出问题,并与其他学生讨论协同学习。并且在网站上为每个学生开辟了空间,以供学生递交作业、存储学习资料,提高教学效率。
通过给学生布置若干大作业,使学生在构建自己作品的过程中学到实际的技能;通过集中学习、自主学习和协作学习相结合,培养学生主动发现、探索知识的能力;并应用任务驱动设计模式来培养学生解决问题的能力和学习的能力。
(四)改革考核模式,理论实践并重
随着计算机的发展和课程内容的改进,计算机操作技能教学的考试方式也在原来的单一指法考试的基础上增加了幻灯片制作、电子表格制作、多媒体图像处理和动画制作四个大作业。中英文指法考试是通过计算机考试系统进行,自动改卷自动评定成绩,另外四个大作业通过该课程学习网站提交给教师批改。我们将该课程考核分成四个部分:平时作业、指法练习、实践作业、实验报告,其比例设为10%、20%、60%和10%,从各个方面来考核学生的整体能力,对教学效果进行很好的检验。
同时,坚持将素质教育与创新教育贯穿在课程教学中,让学生学已致用,每年对在修《大学计算机操作技能》的学生进行一次文字录入大赛,每年组织一次全校计算机操作基本技能大赛,激发学生的学习热情,提高计算机操作的能力,考察学生的学习能力和创造能力。
三、教学改革成果和创新点
两年来,按照既定的教学改革目标,我们进行了多项教学改革,成效显著,并且在高校计算机操作技能改革中具有一定的创新。
1.开发建设“计算机上机操作基本技能”学习网站,为学生学习、交流,教师和学生之间交流学习提供一个教学平台。
2.在学生中提出原学时+15学时的教学模式,增加了网络技术、常用工具软件及多媒体技术的基本内容,使得学生在有限的学时内能够掌握更多的信息处理技术,提升其信息素质。
3.网络教学环境和资源建设具有创新,为每个学生提供虚拟目录以便学生上交作业。
4.提供15学时的免费上机学时,以灵活学生的学习时间。
5.全面的考试形式,精心设计多个大作业,要求学生独立完成。总成绩由平时作业、指法训练、实践作业、实验报告四部分形成。
四、结束
教学改革是一个动态的过程,需要在教学实践中不断地改进,在对大学的第一门计算机操作技能课程进行改革的时候,一定要结合自己学校的具体情况,根据办学理念大胆改革和创新,培养学生自主学习、实际操作能力和创新能力,提出适合自己学生的课程改革方案,提高教学水平和教学质量,培养全面发展的高层次、高素质的综合性人才。
参考文献:
[1]杨丹.大学计算机基础课程教学难点的解决方法研究[J].重庆文理学院学报(自然科学版),2006,5(3):81-83
中图分类号:G432 文献标识码:A 文章编号:1671-0568(2013)11-0103-02
当今社会是一个信息化的社会,对计算机专业人才的需求不断增加。但是,企业却找不到合适的人才,学生找不到合适的工作。这种怪现象的主要原因,在于学校不了解社会对计算机人才的知识结构、专业能力和素质的要求,对学生的培养脱离实际需要。在人才培养方案的制订和实施中,学校往往重理论、轻实践,以致学生的实践与动手能力普遍不高,不能适应社会需要。因此,以为社会培养应用型人才为己任的电视大学就需要根据人才市场需要来调整教学方案,加大实践课在电视大学计算机专业学习中的比例,同时解决计算机专业实践教学中存在的问题。
一、电视大学计算机专业实践教学中的问题
1.实践教学专业定位不准
首先,电视大学普遍存在实践课程所占课时量少的问题,致使学生不重视实践课,只重视理论课。其次,实践课程结构设计不合理。实验课程应以加深理解和巩固课程理论教学内容为主要目的,但在实践课程中,所开设的课程实验、课程设计和综合设计的课时量不足,不仅影响了学生对理论的理解与掌握,也影响了基本操作和基本技能的训练,影响了学生编程能力、系统综合开发能力的形成与提高,也会对学生毕业实习和毕业设计等社会及综合实践带来负面效果。最后,实践教学内容和方法滞后。计算机实验课程以验证型实验为主,设计型和综合型的实验很少,学生缺少基本的编程能力和系统设计开发能力的训练;没有课程设计和案例综合开发的实训,学生动手能力弱,毕业后常常不能适应社会的需要。
2.实践课程考评机制不合理
目前电视大学实践课程的考核和评估过于随意和形式化。首先,有些实验课程是课程内实验,理论与实验教学虽然是分开进行的,但是实验课程的考核与评估却没有独立开展,实验成绩或由实验报告成绩得出,或直接使用理论考试代替实验课程的考核,忽略了对学生操作能力、实践能力的考核和评价。有些虽然作了简单的实地操作考核,但没有相应的考核标准,随意性很大。其次,毕业实习没有制订准入制及考核标准,毕业设计缺少量化的标准。学生的实践和动手能力差。
3.实践课程硬软件条件差
目前电视大学的计算机专业教师大部分是从高校毕业后直接到学校任教的,具有在公司参与项目开发经验等实践经历的教师少之又少,不能有效地指导学生进行系统设计与开发,在很大程度上影响了实践教学的质量和效果,制约了学生实践能力的提高。同时,由于电视大学大都由市级财政拨款,资金有限,学校配备的设备不能满足学生实践的需要,尤其是专业实验室配备不够,有些专业课程的实验只能安排在公共实验室里进行,实验的效果不够理想。而且,由于实践基地少,也不能满足学生的实训和实习的要求。
二、电视大学实践教学的解决对策
电视大学计算机专业实践教学问题的解决需要教师和学校共同努力。同时,需要学生的紧密配合才能促进实践教学的有效性不断提高。
1.实践教学专业定位必须准确
电视大学实践教学不是针对学科而是针对职业岗位的,更侧重于培养学生的动手能力。所以,要在计算机基础教育中加强基本操作能力的培养,提高计算机应用水平。计算机应用基础是实践性很强的课程,只有多上机、多实践,才能真正掌握课堂讲授的知识。所以,首先要改变人才培养方案中理论课程与实践课程的比例,较大幅度地提高实验课程的课时量,以保证学生有足够的课时进行基本专业技能的训练和综合专业能力的实训,有充足的时间到实训基地参加实习。其次,更新实践内容和教学方法。电视大学教务部门应该在原有验证型实验基础上,增加实验课程的设计型和综合型的实验项目,同时增加课程设计,要求学生完成一个课程作品;还要增加系统综合开发实训,以便学生能更加切实低掌握计算机应用技能。
2.改进考评机制
随着教学方法的不断改进,学生考核方面也应采取相应措施。考核应立足于考察学生对课程的掌握程度,应从理论和实践两方面着手进行。目前,笔者所在的学校考核学生主要通过笔试进行,考察偏重于理论知识,经常会出现一些不尽人意的结果。很多平时动手能力较强的学生,考试的时候居然不合格,严重打击了学生学习的积极性。相反,一些动手能力较差的学生,通过死记硬背,最后考核的时候反倒成绩喜人,这种现象是不正常的。电视大学教育的目的不是为了盲目死记硬背理论知识,而应将理论联系到实践中,把教学重心放在学生的动手能力上,主要通过笔试这种考核方法是不科学的。笔者认为:考核的重心应放在学生上机时的操作能力上。学生如能通过全国计算机一级B的等级考试或学校自行组织的上机考试,且平时上机成绩合格,可视为该学生的这门课程考核合格。这样的考核,才能顺应社会的实际需求,真正体现出应试者对计算机技术的实际应用能力。
3.提高软硬件条件
电视大学应加大对计算机专业实训课的资金投入,建立计算机专业专用实训实验室,并购买一定数量的应用软件,供学生实训时使用,同时,应加大对教师的培训力度,定期派计算机专业教师到当地的计算机软件开发企业学习与实践,提高其软件实际开发和应用的能力,增加实践经验。最后,学校应积极为学生联系实习企业,提高他们的动手能力。
计算机应用基础是一门操作性很强的学科,也是电视大学学生进入社会的生存武器。通过对计算机专业实践教学的改革,切实有效地提高电视大学学生计算机实际应用能力,加强计算机应用基础教育,是信息化时代电视大学教学探索、研究的新方向。同时,还应弥补缺乏改革试点的不足。在对实践教学的专业定位、考评改革、软硬件配备取得初步成效后,应将下一阶段的研究方向转为增加实际案例的研究,且注重对比改革前后的实际效果。
参考文献:
目前,我校大学计算机基础课程教学的考核方式主要是机试,平时成绩占总成绩的10%,实验成绩占总成绩的20%,机试成绩占总成绩的70%。从比例上来看,机试成绩取决定性因素。从近几年的学生试卷分析来看,有的学生平时做实验时,表现得计算机应用水平相当不错,但是最后因为对上机考试系统不熟悉,提交试卷时没能按要求正常提交,结果教师在改卷时出现种种情况。例如,有个别学生不小心将原始试卷提交上来,结果教师阅卷时看到是空白的学生答卷;或者有的学生即使将答卷做的非常好,但是没能提交到系统上,导致的后果是试卷出现乱码或根本没有试卷信息,最后上机考试成绩只能以零分记。
2.问题得不到及时反馈
目前,对绝大多数高校来说,类似于大学计算机基础课程的选修课授课教师往往是授课完以后就离开教室,等到下一次授课时再和学生见面,几乎没有额外的时间和地点专门和学生沟通,更谈不上深入了解学生每次课上遇到的难点和问题。长此循环,等到下次授课时,教师只能是按照教学大纲来授课,缺乏一定的针对性,学生在听课的时候由于遇到的问题得不到及时地解决,随着课程进度的一步步深入,学生的学习压力也会越来越大,自然达不到预期的教学效果。
二、教学模式的新探索
1.教材的选定应不拘一格
由于我校大一新生在本学年下学期将会选修程序设计等后续课程,所以教 师在授课的同时,除了使学生掌握以上计算机系统的基础知识和Office软件的使用方法等,还应逐步引入程序设计的基本思路和基本概念,为后续的课程打好基础。如果此时没有适时的引入有关程序设计的基本概念和相关理论基础,等到下学期学习程序设计的时候,一方面,教师在教的时候,往往会感到力不从心,很多基本概念还要从头讲起,另一方面,学生常常会感到没有头绪,无从下手。这是近年来很多教授程序设计的教师经常会遇到的尴尬情况。因此,在选定大学计算机基础课程教学的教材时,最好不要统一规划指定通用教材,而应该结合该校的实际情况选择相应的教材,而且尽可能按不同的专业来选定适合该专业学生提高自身计算机素养的教材。
2.教学方法多样化
(1)转换角色,学生上讲台。在传统的大学课堂上,常常是老师讲,学生听,有时即使老师讲的很精彩,但学生仍然积极性不高,处于被动的学习状态。如果能转换角色,教师在教授基本理论,如请部分计算机操作能力较强的学生走上讲台,带领其他同学一起动手演示当堂课上的内容,教学效果可能会事半功倍。在演示过程中,如果学生出错,教师应及时地进行现场引导。此时,教师应及时鼓励学生,千万不要有畏难情绪,往往出错的时候,就是提升自我的关键时刻,在不断地解决问题的同时,计算机水平也就会慢慢提高。而教师要把握好引导的尺度,尽量通过学生自己的努力来解决问题,而不是直接告知答案。往往通过学生自己动手解决问题才能真正达到提高自我计算机应用水平的目的。
(2)由学生参与提供教学案例。在传统的案例驱动教学法中,大部分案例都是由教师来编排和确定的。试想如果能由学生参与,按照不同专业学生的特点,综合考虑学生的计算机应用水平的差异,合理安排教学内容,由学生参与制作教学案例;或者作为授课教师来讲,能在讲授课程之前及时归纳总结出学生平时遇到的此类实际问题,并且能将该问题融入到课件的制作中,这样当教师在讲授案例时,学生很可能会有更大的兴趣,学习积极性也会随之提高。进而达到预期的教学目标。
3.重视实验课
虽然,在教学安排上,大学计算机课程安排有理论课20学时,上机实验课16学时,但是实验课的学时安排在实际的教学过程中仍然满足不了学生的需要。高校应进一步重视实验课,适当增加实验课的学时,同时让学生有一定时间来消化本次实验课的知识点,并自己对该次实验及时总结经验教训,提交实验报告的同时一并附上目前仍然没有解决的问题,有待于教师下一次讲解。有时,甚至可以考虑将理论课搬到机房上,一边讲理论,一边做实验。
4.考核方式新探索
经过近几年的考核情况来看,学生仅仅通过学期末的上机成绩很难如实的反映自身的计算机应用水平,达不到较理想的测试结果。例如,有的学生计算机应用水平在平时表现的相当不错,但是由于期末上机考试时,对考试系统提交试卷时操作不当,错过提交时间,结果机试成绩很低,有时甚至不及格。这样,似乎有些不太公平,但是对于机试而言,是全程在线考试,每一位考生几点几分登录,几点几分交卷,系统是实时记录的,一旦考试时间结束,该考生的机试成绩就已经确定了,所以授课教师也没有办法改变结果。为了改善这种情况,提出以下一些改进措施,仅供参考。
(1)改变考试形式
应逐步改变原有的考试形式,一种方法是可以尝试将总成绩分散到平时实验,具体可以通过教师为每次实验现场打分,最后将几次次实验的平均分当作学生的计算机基础课程的总成绩,不再设置学期末的机试。
(2)突出动手能力
考试总成绩也可以这样来确定,当学生第一次上机时,教师就布置一个类似于课程设计的综合性实验的题目,该题目的设置应考虑到学生的真实水平和可行性。学生可以先考虑考虑,随着教学进度的推进,有的能力较强的学生就可以早点动手做,能力较差的学生通过教师的引导,也可以展开。等到学期末需要对学生考核时,学生只需要将自己完成的该综合性的设计成果上交,综合性实验的分数就当作学生的计算机基础课程的总成绩。
5.创造条件反馈问题
为了能让学生听完课以后及时地反馈自己遇到的难点和问题,教师应尽可能地创造各种条件和机会。例如可以利用目前学生经常使用的QQ群和学生及时地在线交流,也可以利用目前广泛使用的微信功能,及时地查阅学生的问题并在线解决,如果不能在线解决的至少也对学生的问题心中有数,等到下次授课时,将学生遇到的较为集中的问题在课堂上集中统一讲解。此外,如果有些问题需要和学生当面交流的话,教师也尽量地找相关部门进行协调,可以考虑适当增加授课学时来解决。总之,只要有利于学生对知识的理解和掌握,作为授课教师来说,都要创造一切可以利用的条件为学生答疑解惑,提供便利。