本科实验、实践教学改革研究项目

2017-2018年度本科实验、实践教学改革研究项目申 请 书 项目名称：面向计算思维的大学计算机课程体系与开放实验运行模式改革研究项目负责人：郭 志项目组成员：李金双、李海燕、徐彬、翟莹莹、郭晓宇、陈洪军学院（公章）：计算中心指南题号：3-2面向全校基础实验开放实验教学的改革与实践联系电话（手机）：13840509968一、简表项目名称面向计算思维的大学计算机课程体系与开放实验运行模式改革研究项目负责人姓名郭志性别男出生年月1966.03专业技术职务/行政职务高级工程师/教学办主任最终学位/毕业院校硕士/东北大学联系电话（手机）13840509968电子邮箱guozhimail.neu.edu.cn主要教学工作简历2003.122005.6 任计算中心教学科研办公室副主任2005.72007.5 任计算中心教学科研办公室副主任，兼教学实践部部长2007.62013.5 任计算中心办公室主任2013.6现在 任计算中心教学科研办公室主任主要教学改 革 和研究成果时 间项目名称颁发部门获奖等次排名2016.11以虚拟现实技术为切入点的计算思维引导实践高等学校国家级实验教学示范中心联席会优秀实验教学案例二等奖第一2016.12翻转课堂、微课与MOOC的开发和应用沈阳市社科联沈阳市22届社会科学优秀学术成果一等奖独立2016.2北京航空航天大学出版社专著2017.9不同微处理器系统中触摸屏触控接口原理实验高等学校国家级实验教学示范中心联席会优秀实验教学案例一等奖第三2015.7数字和学习与MOOC应对：后信息时代大学生的必然选择北京航空航天大学出版社专著第一2016.4基于MOOC/SPOC的个性化网络学习空间构建研究辽宁省教育科学规划领导小组办公室优秀第一2014.7以应用能力为培养目标的、支持个性化自主学习的大学计算机教学与评价模式改革与实践东北大学优秀教学成果一等奖第六2016.3全国计算机等级考试二级C语言培训教材东北大学出版社专著参编项目组主要成员姓名出生年月职称工作单位分工李金双1970.2副教授东北大学计算中心计算思维基础理论研究，计算思维之方法学研究，Python教学体系李海燕1979.2副教授东北大学计算中心计算思维之算法设计、算法分析与问题优化研究，Python教学体系徐彬1980.11副教授东北大学计算中心程序设计中的特定思维研究，综合案例设计，Python教学体系翟莹莹1984.7讲师东北大学计算中心问题求解与数据结构研究，课程资源的设计郭晓宇1986.6实验师东北大学计算中心课程资源的实现，实验室开放服务与管理运行机制研究陈洪军1971.12高级实验师东北大学计算中心虚拟现实技术实验室开放应用管理与服务方案研究二、负责人和成员近五年承担的重要教育教学研究项目项目名称承担人批准时间批准单位完成情况基于全程性评价模式的慕课质量评价指标体系构建研究与实践郭志、李海燕、李金双等2016.6辽宁省教育科学规划领导小组办公室已结题基于MOOC/SPOC的个性化网络学习空间构建研究郭志、李海燕等2015.6辽宁省教育科学规划领导小组办公室已结题教育信息化背景下的计算机基础教学研究与实践黄卫祖、李金双、郭志等2013.6辽宁省教育厅已结题基于全程性评价模式的慕课质量评价指标体系构建研究与实践郭志、李海燕、李金双等2016.6东北大学已结题基于MOOC/SPOC的个性化网络空间的设计与实践黄卫祖、郭志等2014.6东北大学已结题面向社会开放的高校图书馆网络支撑模式创新服务研究郭志等2013.6辽宁省社会科学规划基金重点项目已结题面向资源共享的课程模式研究及平台开发与实践高克宁、赵长宽、徐彬等2013.12辽宁省教育厅教学成果一等奖基于网络支撑平台的高校资源共享课程李金双、柳秀梅等2012.12东北大学教学成果特等奖面向高校资源共享课的云服务平台赵长宽、李金双、徐彬等2012.6教育部高新技术类专项已结题大学生信息素质教育研究郭志、马磊等2011.1辽宁省教育科学规划领导小组办公室已结题三、立项依据项目研究意义和应用前景大学计算机是非计算机专业学生开设的第一门计算机基础课程，属于通识类文化教育课程，主要涉及计算机文化素养、基础知识层面、计算机应用技能层面和创新实践方面诸多内容，是学习其他计算机相关技术课程的重要基础课。面向大一新生，计算机知识基础层次不齐，不同专业的计算机需求也有较大差异，当前赋予大学计算机课程太多的“责任”。所以，大学计算机课程涵盖内容广，实践中多注重技术与应用，却忽视了应该作为根本的计算思维的教学。转变教育理念，以提高计算思维能力，培养数字化生存智慧为目标，把计算思维作为非计算机专业计算机基础教学的核心任务意义深远。探索由计算机知识的传授转变为基于知识的思维传授，以思维带知识，深刻体现基于计算技术/计算机的问题求解思路与方法，将多年来一直沿用的高级程序设计语言C语言教学，变更为具有时代先进性的Python语言，更新教学内容，丰富教学手段，改进教学方法、教学设计，强化综合性实验教学，注重综合评价。通过教学改革，激发学生对计算机科学知识的求知欲望，通过“普及知识激发兴趣创新应用”的递进提高模式，培养其应用科学计算分析问题和解决问题的积极性，进而培养非计算机专业学生的创新能力，深化学科交叉融合，更好地为未来应用计算机进行专业学科的研究与创新奠定坚实的基础。应用基于MOOC/SPOC的大学计算机课程翻转课堂教学模式，将计算机应用技能相关知识作为在线课程上机自学内容，教师通过学习平台答辩指导，统一增加授课学时之外的开放上机实验机时，学生自我安排掌握进度，不仅可以提高学生自主学习主动性，提高实验设备利用率，大大提高了学生实践动手能力。计算中心实验室设备利用统计分析，2016年浑南校区实验室微机利用率仅有40%不到，而南湖校区的实验室利用率相对较高也只为67%，虽然存在上机实验课程时间比较集中，造成排课冲突和机位严重不足，同时又表现出了多时段的设备空闲，造成严重的设备闲置浪费，仍然有更多的设备利用潜力可以挖掘。结合慕课教学方法，运用MOOC/SPOC数字化课程资源，增强实践教学环节的个性化教学，加大设计性、创新性和综合性实验教学比例，引入案例式教学理念，给学生以自主性上机实习的动力。针对大学生手机使用过度，但上机实习却明显动力不足、意愿不强等现实问题，正确引导大学生对于移动式学习工具的使用，通过开放实验管理平台，实施开放预约实验的做法，让学习自主学习上机实验，不仅可以有效避免和缓解上机实验课程时间比较集中造成机位冲突，又存在多时段的设备空闲，造成严重的设备闲置浪费的矛盾，大大提高设备使用率，还可以有效激发学生课外学习的兴趣。这种基于新兴开放式网络在线慕课数字化教学与开放实验相结合的教学模式值得其他学科借鉴分享。同时，项目还将针对目前学校实验系列人员没有资格带实验的管理机制与现状，造成实验人员没有真正参与实验教学积极性的问题，结合开放性实验教学与管理机制提出相应措施，以充分调动实验系列人员积极性和主动性，共同为学校学科建设、人才培养，以及实验资源充分利用发挥其应有的积极的作用。项目还将在调研相关兄弟院校，以及系统分析我校各学科、专业培养目标和培养特色的基础上，分析各学科与计算机科学与现代信息技术的交叉渗透关系，梳理各学科培养计划中所开设计算机专业课程及存在问题，为学校非计算机专业计算机科学教学内容承载，以及与大学计算机课程的内容承载关系辩证，提供科学的、系统的参考依据，并将改革思想最终在大学计算机课程教学改革与实践中得以落实。本课题的研究成果与推广实践，将有效推动全校非计算机专业计算机科学知识内容的教学反思与改革深化。“国家级计算机教学示范中心”是学校四个国家级实验教学示范中心中唯一面向全校学生提供实验教学服务中心，开放性实验教学改革必须走在前列。各项研究成果的落实将更好地发挥示范中心的引领和示范作用，有效推动学校非计算机专业计算机教学研究与实践水平，推动学校其他学科实验教学改革的深入。项目还将通过论文方式，向其他院校推广介绍，提高学校示范中心的辐射作用，应用前景广阔。四、项目实施方案与实施计划【重点考察内容】1.具体改革内容、改革目标和拟解决的关键问题改革内容：（1）完成基于Python语言的面向计算思维的大学计算机课程体系建设改革方案；（2）建立基于MOOC/SPOC教学模式的自主学习内容体系，与自主开放上机实验相结合的教学模式，同时增加课时外开放上机实验机时等系列措施方案；（3）提出基于虚拟现实技术应用的前沿性信息技术发展的师生应用体验计划，有效提高浑南校区新建成的虚拟现实技术应用实验室的资源管理与利用方案；（4）调研学校非计算机专业各学科计算机科学技术相关课程设置情况，结合目前计算机科学与技术对其他各学科交叉、渗透、融合发展趋势，提出学校设立非计算机专业计算机科学与技术教学指导委员会的必要性与可行性分析报告。改革目标：（1）实现面向计算思维的教学理念的转变与非计算机专业大学计算机课程内容体系的改革。将具备时代先进性的Python语言的灵活性，简单而有效的针对机器学期任务的算法，独特的机器学习功能库，以及在云计算、大数据，移动互联网领域的应用特点揭示出来，有效激发大学生自主学习主动性，促进大学生计算思维能力与实践能力的提高。（2）作为国家级实验教学示范中心，首先要在管理和运行机制改革中走在前列，本课题将结合计算中心面向全校非电类各专业计算机课程实验服务的现状，完善本中心实验室对学校开放实验管理机制，充分调动实验技术人员深入参与实验教学指导的主动性和积极性，进一步提高数字化教学资源与实验设备的科学管理和有效利用水平。（3）设立非计算机专业计算机教学指导委员会，切实加强各学科与计算机科学的交叉融合，推进学校非计算机专业计算机教学有效监督机制形成。有效评估非计算机专业计算机教学的培养计划与目标任务，更好地研究利用计算机科学与技术及学科发展新概念、新理论、新方法、新技术，提高各学科培养效果与富有创新精神和实践能力的人才培养目标达成度。拟解决的关键问题：（1）基于Python语言的面向理工类、文管类不同学科计算思维的理论渗透，以及以虚拟现实技术为切入点的计算思维引导实践综合案例设计与实验教学引入；（2）基于MOOC/SPOC的知识、技能类相关计算机教学内容的自主学习模式与数字化教学资源的建设，以及相应开放性上机实习管理模式实施；（3）破解实验系列人员深度参与实验教学的管理机制问题；（4）关于建议学习设立非计算机专业计算机教学指导委员会的一系列相关问题。2.实施方案、研究方法、具体实施计划（含年度进展情况）及可行性分析实施计划、年度进展（1）2017.10-2017.12 完成面向计算思维的大学计算机课程体系建设方案；确认基于Python语言的，面向理工、文管不同学科理论教学、实验教学内容体系；（2）2017.10-2017.12 提出基于虚拟现实技术应用的前沿性信息技术发展的师生应用体验计划，有效提高浑南校区新建成的虚拟现实技术应用实验室的资源管理与利用方案，联合学校“国家级岩石力学虚拟仿真实验教学示范中心”，提出虚拟仿真实验管理平台共享方案、教学资源建设（购买或自建）具体方案及技术支撑与维护方案； （3）2017.10-2018.6 确立基于MOOC/SPOC教学模式的自主学习内容体系与自主开放上机实验相结合的教学模式，撰写开放实验、课时外开放上机实验管理措施方案，提出实验技术人员参与实验教学与实验指导的具体可操作性方案；（4）2017.10-2018.6 调研学校非计算机专业各学科计算机科学技术相关课程设置情况，提出学校设立非计算机专业计算机科学与技术教学指导委员会的必要性与可行性分析报告；（5）2018.1-2018.12 撰写开放实验管理与服务保障机制论证报告，充分调动实验系列人员深度参与实验教学的主动性、积极性，切实提高数字化教学资源与实验设备的科学管理与有效利用水平。研究方法：针对工科、理科以及文科等不同学科类别，制定不同的Python语言教学计划和教学方案。理工科类学生对象，重点放在以各专业知识为背景，以案例教学为出发点，由浅入深地培养学生的计算思维；文管科类对象，重点放在以各专业知识为出发点，与各专业相关领域相关软件的使用和应用作为培养重点，计算思维为辅的教学培养模式。加强教学管理部门和教师的不断自我提升，针对不同学院和专业学生，制定不同的教学计划，并组建不同的教学团队。教学管理部门和教师实时与各学院进行沟通，注重学生以及就业后学生在工作岗位的反馈情况，每学期对相应教学计划进行微调，并经学校非计算机专业计算机教学指导委员会审定。加强虚拟现实技术及其他新技术在教学实验中的分量，在引导学生学习的同时，注重激发和培养学生的自主学习兴趣和创新能力的提高。对于开放实验管理与运行服务、实验技术人员深入参与实验教学等相关内容的研究，需要在调研兄弟院校相关管理政策基础上，提出相应的管理机制意见方案供学校人事部门参考采纳。项目研究与组织实施的可行性分析：项目负责人长期从事教学管理工作，层主持多项省级、校级教改项目；多次主笔计算中心本科教学建设与发展规划书及教育部修购专项多个项目申请；2015撰写计算机学科建设专项报告；作为主要参与人参加2015年“国家级实验教学示范中心”申请书撰写与材料组织工作；2015年还全面负责学校慕课工程一期建设工作，组织在线学习、慕课等相关技术研讨会4次，有效推动了学校慕课平台建设及课程建设工作；2015年、2016年出版慕课与翻转课堂相关专著两部，其中一部获沈阳市社会科学优秀学术成果一等奖。课题组成员多为从事大学计算机及相关计算机基础类课程的一线教师，具有丰富的教学实践经验，并取得过省、部级教改一等奖、学校教改特等奖等多项教改成果和教学改革研究经历。课题组还包括南湖、浑南两个校区的实验骨干技术与管理人员，多年来一直从事实验教学与管理工作。项目申请是建立在面向全校非计算机专业的实验教学充分调研与论证基础上，建立在对设备管理与利用情况的分析基础上提出的，能够确保项目所提出的各项研究内容与研究目标的顺利开展与组织实施。3.项目预期的成果和效果（包括成果形式、实施范围、受益学生数等）预期成果为面向计算思维的大学计算机课程体系与开放实验运行模式改革研究报告一份；开放性实验管理实施方案一份；基于师生新技术、新理念应用的浑南校区虚拟现实技术应用实验室资源管理与利用方案一份；建议设立非计算机专业计算机教学指导委员会的可行性分析报告一份，发表相关研究论文两篇。实施范围为全校非计算机专业各学科，受益学生为全校非计算机各专业学生，每年大学计算机课程受益人数为3000人。各相关成果将为学校其他实验室开放服务提供借鉴，为非计算机专业计算机教学水平提高提供依据。五、经费预算项目经费预算表项目名称面向计算思维的大学计算机课程体系与开放实验运行模式改革研究预算总额（万元）6.002017年经费预算支出科目金额（万元）测算依据1.材料费1.0购买所需材料2.差旅费0.7参加调研出差1-2人次3.印刷费0.6购买图书、印刷材料等4.邮寄费0.25.资料版面费0.5发表论文一篇合 计3.02018年经费预算支出科目金额（万元）测算依据1.材料费0.8购买所需耗材、配件等2.差旅费0.7出差1-2人次3.印刷费0.3购买图书印刷资料等4.邮寄费0.25.资料版面费1.0发表论文两篇合 计3.0学院负责人（签章）：项目负责人（签章）： 学院公章：注：经费必须为项目负责人+学院负责人（副院长及以上领导）双签