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教学改革

我院教师参加第五届计算思维与赋能教育改革发展论坛

       2023年7月29-31日,我院李明杰老师参加了由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”)主办,东北师范大学承办的“第五届计算思维与赋能教育改革发展论坛暨第十二届大学计算机课程教学改革研讨会”。该论坛由教指委主任、同济大学校长郑庆华教授,合肥工业大学李廉教授等教指委委员做大会报告,来自全国各高校近80名教师参加研讨。        郑庆华教授以“从ChatGPT看AI赋能教育创新”为题,提出了“AI能否替代教育”这一广大教师非常关注的焦点问题。郑庆华教授认为,一方面AI可以催生新思维和科学研究范式,加速时代的发展;另一方面,也要认识到现有AI在教育领域的局限性,比如“推理与数值计算能力弱”、“缺乏教师的‘温度’”等等。因此,郑教授认为:AI必将赋能教育,但不能替代教师,但是懂得使用AI的教师可能会替代不懂得使用AI的教师,未来人机协同将成为发展趋势。        李廉教授同样带来了他对大语言模型(Large Language Model,以下简称“LLM”)的思考。在题为“LLM对于计算思维能力培养的启示”报告中,李廉教授通过在LLM中创设一系列问题的方式,对比同一LLM的多次迭代答案的不同和国内外多种LLM工具对同一问题的不同答案,探讨LLM启发思维的方式和作用。李教授认为:LLM是当前AI融入人类智能活动的最佳表现,但现有模型存在“回答问题的质量依赖于提问的方式”、“给出的答案综合能力强,但较为一般化”等问题,仍需不断迭代改进。        其他教指委委员和知名学者也在大会上带来了对教学改革的最新思考,后续大会还设置了4个分论坛,与会教师进行了分组研讨。        通过参加此次论坛活动,感受到了在国家教育数字化战略背景下,大学计算机课程所面临的挑战和机遇,并接收和学习到了最前沿的教育理念和思想,为我校计算机公共基础教学改革提供了新思路和新方法。

计算机教学部积极响应教育改革号召,推进课程建设迈向新高度

        为了适应时代发展潮流,更好地满足学生对计算机基础知识的需求,三亚学院信息与智能工程学院计算机公共教学部一直在积极探索和创新计算机基础课程建设,着眼于提高教学水平和解决在教学中出现的问题,为学生提供更优质的教育服务。同时,为了满足不同专业学生培养需求,计算机公共教学部积极响应国家教育改革的号召,开展了一系列的课程建设和教学改革工作。通过深化教学理念、更新课程体系、引入先进技术手段,计算机公共教学部在教学质量和学生综合素养培养方面取得了显著的成果。         1、创新教学理念         计算机公共教学部深入贯彻“以学生为中心”的教育理念,强调培养学生的创新思维、实践能力和团队协作精神。通过组织座谈会,促使教师更新教学理念,注重培养学生的自主学习能力和实际问题解决能力。         2、更新课程体系         为适应信息时代的迅速变化,计算机公共教学部对课程体系进行了全面更新。新增了前沿技术课程,如人工智能、数据分析等,以更好地满足学生对新兴领域知识的需求。同时,通过大作业、实验项目,使学生能够在真实环境中应用所学知识,提高实践动手能力。         3、引入先进技术手段         计算机公共教学部引入了先进的教学技术,如芯位学习平台、头歌等,为学生提供更加灵活和丰富的学习资源。这些技术手段不仅提高了教学效果,还培养了学生对新技术的敏感性和应用能力。         4、强化实践环节         为了更好地培养学生的实际动手能力,计算机公共教学部加强了实践环节的设计。通过组织项目实训、课程大作业等活动,激发学生学习的积极性,使他们在实际项目中锻炼自己分析和解决问题的能力。         5、面临的问题与解决方案         在教学中,计算机公共教学部也积极面对一些存在的问题,如学科知识更新快、学生学习兴趣参差不齐等。为此,计算机公共教学部正在积极进行课程改革。同时,通过多样化的教学方法,调动学生学习的积极性,提高他们对计算机基础课的兴趣。         计算机公共教学部主任杨琳老师表示:“教育是不断创新的过程,我们计算机公共教学部将一直积极响应教育改革的号召,致力于培养具备创新精神和实践能力的高素质计算机专业人才。通过不断的探索和实践,我们将计算机基础课程建设推向一个新的高度。计算机教学部将继续关注计算机基础课程的发展,不断优化教学内容和方式,积极面对挑战,培养更多具有实际操作能力和创新精神的计算机专业人才。将以更高的标准,更丰富的教学手段,更贴近实际需求的课程体系,为学生提供更优质的计算机基础教育,培养更多具备创新力和实际应用能力的优秀人才。”

操作系统课程开展基于芯位教育平台的混合学习的教学改革

      结合在线教育的特点,开展基于新技术的混合式教学课程建设,配合教师探索混合式课程教学改革的需要,结合教学实践开展混合式教学研究和改革。但是对于操作系统课程来说,如果单纯依靠线上教学,是无法将教学知识有效地传达给学生的,必须开启线上线下混合式教学的方法,线下教学就必须包括一定的习题教学和学生的实际操作,但是这些内容都是教师无法观察到的,学生有可能在老师规定的线下练习时间不认真学习,不积极对待线下练习,导致学生的学习进度无法跟上,同时学习的知识无法深化。在目前的教学过程中遇到的最大问题就是同学们不能很好的跟得上老师的进度,因为操作系统课程是一门内容抽象,算法比较多的课程,最佳的教学方法是需要同学们亲自动手,把握算法的应用,如果教师仅依靠理论讲解,是无法给同学们留下深刻印象的。因此,本次教学改革需要探索线上线下混合教学的新方式新思路,既能满足线上教学的需要,又能有效的控制学生们的线下教学,了解到同学们现在教学的进度,以更好地促进同学们进行学习。通过线上线下混合式教学操作系统课程教学改革可以调动起同学们的参与性和积极性,促进同学们更好的进行学习,提升自主学习能力和学科综合素养,以达到促进同学们在学习阶段的综合素质提升的目的。采用主要思路有: 1)上线预习,追踪预习过程 在上课之前,学生可以在线上完成自主的学习以及任务,教学质量的好坏与授课班级的学生的整体学习状况是有着一定的联系的,所以在进行教学活动之前,教师首先应该分析班级内的学生,了解每一个学生的学习情况,查看学生是否已经具备了相关的一些知识跟技能。除此之外,教师还需要了解学生的学习心理以及一些生理方面的特征,能够更好地因材施教。 2)线下任务习题式教学 操作系统教学的线下教学模式,最好的办法就是采取习题来进行引导,通过线下的习题是引导来促进同学们进一步的练习课堂所讲解的知识,也能对自己的练习有一个初步的认知,也能帮助同学们更好地进行学习和思考,发现同学们在学习过程当中出现的问题,并能够和习题及时对接,引导同学们学会如何应用。 3)联动式教学 在操作系统教学的过程当中,要把操作系统的整体性凸显出来,对于不同的区域教学,比如说处理机管理、存储器管理、设备管理等等,分章节教学的过程当中,学生学习到的知识都较为零散,所以在各章各节的教学结构当中,教师要以一个完整的体系作为主线进行整体的贯穿式学习,通过这些办法可以让同学们对知识点形成系统化的归纳和总结,建立操作系统,各部分之间的有机联系,从而有效的提高操作系统的整体性认知。 4)实施多维度的开放考核方式。在课程考核方面,需要采取多方案的考核,将课程的考核方案进行相关的改革。

Android应用程序开发课程的CDIO教学实践

          CDIO工程教育模式是麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学经过四年的不断探索研究,于2004年创立并成立了以 CDIO命名的国际合作组织。CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate),它以产品的需求、设计、研发到产品的运行和维护的一体化存在周期为主线 ,让学生能够以自主性和实践性的有效方式寻求课程之间有机内在联系,从而实现工程课程的学习过程。它为学习者提供一种建构在工程基础之上、体现了真实世界的产品和系统的构思、设计、实现和运行过程的背景环境的工程教育模式。将工程师必须具备的工程基础知识、个人能力、人际团队能力和CDIO全过程能力以逐级细化的方式表达出来,使工程教育课程具有更加明确的方向性和系统性。          随着Android操作系统在智能终端的日益普及,推动了移动互联网技术的快速发展。在这种形势下,各大高校纷纷开设了Android 系统相关的课程,作为一门新兴的软件应用程序开发课程,其教学方法的思想和实践也处于不断探索之中。课程的教学目标主要是培养学生开发 Android 应用程序和实际工程项目的能力,作为一门注重动手实践能力的课程,如何让学生灵活应用课程的基本理念和知识系统,建立起Android的实际工程应用是当前面临的重要难点。我们引入了 CDIO 工程教育理念,将一个综合案例进行多模块分解,将知识点融合在众多小案例中讲解,每个模块按照CDIO模型以不同侧重点独立完成,最后形成整体性的开发项目实例。学生在学习过程,特别是在完成各功能的实践中,深刻体会到CDIO工程实践的精髓。这样不断的迭代式开发,从小到大的累积知识和实践能力,建立起完整的工程开发理念。        科学教育与工程教育在内容与形式上有着明显的区别。科学教育的主要目是发现与探求物理世界的普遍规律,是追求形式化的逻辑确定性,而工程教育的主要任务是构建人类与周围环境的最大适应性,创造能够满足人类需求的物质存在。工程实践在实施过程中具有不确实性和风险性,在工程进程中各类偶然因素会随机突发出现,所以不存在忽略外在不可控因素的普适性真理,适用于某类工程项目的系统体系不能够简单地复制或移植到相似的其它活动中。在完成众多子系统的组成的复杂系统中,要求工程实践人员根据外在客观因素、人文环境等众多影响因子的条件下制定合理实施方案和掌握工程进度,没有放之四海皆准的工程真理。在工程行动过程中,随着不断演进的进度推移,将会出现某些非预期的不利或有益因素,这要求建构者不断的根据实际情况调整工程实现的策略与进程细节,以应对工程进展中的不确定性。       CDIO的重要特性在于强调探究式教学模式。它所提倡的学生主动参与,进一步探究发现,进而通过交流合作的连续性的学习过程,将教学活动变成充分展现以学生为主体的自我进化领域范畴。对于工程专业,基于以项目主导的自我探究式进化教学方式,将传统的学习过程转化为激起学生探索和寻求多种解决方法的愿景式学习需求。该模式培养了学生自主学习、发现问题、解决问题等创造性思维活动,是把知识与能力整合在一起“一体化”的人才培养思路。这种有别于以教师为中心的传统模式,重要的是解决工程实践中面对非确定性问题的挑战,能够激发起人类天生的团队意识与合作精神,通过不同特长的协作解决工程实践的现实难题。在实践高校的工程教育中,以实现产品或系统的生命周期过程做为教学的主体框架,将知识、技能、思想和人文精神贯穿于整体的教学过程,反映了CDIO 的检验标准以实践能力出发,将个人工程能力、人际处理能力及对产品的构建能力做为成果体现的重要组成部分。工程专业培养计划中应重点强调学科课程之间相互支撑,强调个人协调与组织能力的应用价值,实现一体化相互关联的教学整体。不但重视课堂内的实践教学活动,也注重课外的实训与经历,关注学生在不同外在环境下的随机处理过程,在复杂的外部世界中掌握核心操作的能力。       遵循 CDIO 工程教育理念,通过实例项目让学生进行自主学习,从实践开发中总结经验,积极吸收教材的理论知识,从而达到“学得活,做得出”的教学效果。教师主要充当“顾问”角色,当学生遇到困难疑惑时给予必要的帮助和指导。在教学中,我们引入了“手机订票系统”做为项目实例,将其分解成众多功能子模块,在完成每个模块的教学中,按照构思、设计、实施、运作的具体教学流程,取得了良好的教学效果。 1)构思阶段:       在每个功能模块完成之前,引导学生确定业务需求,发现问题并制定开发计划。如在完成用户查询功能时,先了解用户的功能需求和非功能需求,列出详细的清单记录,清除用户需求的模糊性、歧义性和不一致性,分析用户的数据要求,建立初步的逻辑模型。此阶段主要培养学生认识和把握现实工程需求的能力,纠正软件工程项目就是写代码的错误观念,利用文字、图形等UML 元素将需求结果完整记录下来。这个总结的过程,使项目相关人员逐渐明确和统一了认识,达成了需求工程的一致性。 2)设计阶段:       设计过程主要引导学生解决子模块的设计思路、实现步骤、确定实现算法,形成具体设计方案及实施过程中需要解决的关键技术问题等。如在完成查询功能时,根据前期的需求分析,确定界面的总体性布局方案,控件的选取及用户使用的易操作性、速度响应能力等问题,这要求学生自主性的学习界面布局知识,控件应用知识,及图形界面监听机制等相关技术知识。通过这样的不断提出问题,带着问题主动寻求解决方案的探索式学习方式,会激发学生的学习热情,真正达到理解并灵活运用知识点的良好成效,让学生深刻体会到模块划分,接口设计等在软件开发过程中的重要性。 3)实施阶段:      模块的实施阶段是学生掌握和消化知识点的关键阶段。通过具体案例实施方案,教师以明确的目的性引导学生学习完成功能所需要的知识内容,如在完成查询功能之前,教师应重点讲解图片视图、图片按钮、下拉列表、日期时间控件、手机菜单、对话框、进度条等控件知识,在学生前期自学的基础上,加深基础知识的理解和应用。学生在具体完成代码的过程中,教师应强化规范性作用,定义实施过程的边界,集中精力解决有限范围内遇到的现实难题。在学生进行编写和调试时期,教师通过提示编译错误、组织讨论,反复测试功能等辅助性工作,帮助学生完成自主学习的全过程。通过这个反复迭代式的深入学习,使学生在完成了功能实现后,深刻体会到软件工程开发过程的需要的开发技巧和思维方向性,建立起学习兴趣和完成后续其它功能的信心。 4)运作阶段:      在每个模块功能完成之后,都要在AVD上运行演示,并在智能手机上实际测试。教师可以对学生工作进度进行检查,确保在每个不同的开发阶段都具有一个可以运行的Demo 版本。       按照需求分析的要求进度,在教学过程中贯穿着项目从简单功能到复杂功能的实现,按照CDIO的基础原则,利用迭代化的软件工程开发思想,逐渐使学生建立起从抽象到具体,从概念到实现等工程化思维方式,为以后走向社会实践打下牢固的理论基石。

数智驱动,探索计算机基础课程新模式

       信智学院开展名为“数智驱动的应用型本科计算机基础课程体系建设研究”的教学改革项目正在顺利推进中。该项目在海南省教育厅支持下,致力于打造适应时代需求的计算机基础课程,提升学生的实践能力和创新意识,以满足社会对于高素质计算机人才的需求。        该项目采用“极简教育理念”,以学生为中心,强化实践教学,提高学生的应用能力和创新意识。同时,采用混合教学方式,将在线学习和面对面教学相结合,让学生在自主学习的同时,拥有更多的互动和实践机会。        “数智驱动”是该项目的核心理念,意味着要培养学生的数据思维和数据能力,让学生在课程中学会收集、分析和应用数据,从而更好地适应数据驱动的时代。该项目基于套符合实际需求的本科计算机基础课程教学体系,将数学、逻辑思维和计算机技术知识相融合,注重实际应用和案例研究,让学生更好地理解和掌握计算机基础知识。         此外,该项目还加强了实践教学环节,通过真实案例和实验室实践,提高学生的实践能力和创新意识,为学生未来的就业和创业打下坚实的基础。该项目还将与企业合作,推动课程体系与实际需求更好地结合,促进人才培养质量的不断提升。       该项目通过采用“极简教育理念”和混合教学方式,更好地结合实际需求和社会发展趋势,推动教育教学的现代化进程,培养更多适应时代需求的高素质人才,为推动数字经济和智能化发展做出贡献。