1. 引言
传统线下教学，即面对面的教学方式，虽然具有悠久的历史，发挥了重要作用，但是随着时代的变革和发展，传统的线下教学模式带来了很多新的问题和挑战。对于大学计算机基础课程来说，传统线下教学带来的问题主要包括知识更新速度慢、教学方法单一、学习空间受限等，而且教师很难实时跟踪每个学生的学习进度和知识掌握情况[1]。
在数字化时代，互联网飞速发展、网络教学资源不断丰富，线上线下混合式教学已成为新的教学模式发展趋势。线上线下混合式教学可以解决传统线下教学存在的问题，拓展学生学习空间，通过在线学习平台收集分析学生的学习数据，帮助教师更好地了解学生学习情况并实时调整教学进度及安排。
作为高等教育的一门计算机公共基础课程，《大学计算机基础》具有很强的实践性，对提升学生的创新实践能力有很重要的作用。本文对《大学计算机基础》课程进行线上线下混合式教学的探索与实践，综合运用多元平台和多维资源，通过科学的教学设计，运用各种先进教学方法，从而提高学生自主学习能力，运用计算思维方法和计算工具解决实际问题的能力，培养学生科学素养和信息素养，为培养高素质创新应用型人才打下坚实基础。
2. 《大学计算机基础》课程线上线下混合式创新实践
2.1. 优化课程内容，设计线上线下优势互补的课程内容
《大学计算机基础》课程知识纷繁复杂，涉及的知识点多面广，学生学习散乱的知识点很难理解记忆。为了便于学生理解记忆，最重要的是培养学生计算思维，以“计算”为主线，优化课程内容，重构知识体系，将课程内容分为计算基础、计算环境、计算应用三个模块，建立如图1所示的内容体系框架，设计线上线下优势互补的教学内容，通过在理论和实践的授课过程中全程融入计算思维的训练和培养。
(1) 线上知识自主构建
基于中国大学MOOC中国家首批精品课程国防科技大学的《大学计算机基础》，选用各类视频、电子文档优质资源，在本校校园网智能服务平台上创建本校SPOC课堂，满足学生自主学习需求，支撑初阶认知目标的达成。
(2) 线下问题深度学习
根据课程知识体系划分的三大知识模块，将其中的每个小知识模块设计成具有一定难度和挑战性的具体应用问题，解决这些问题既要用到线上学习的基础知识，又要用到线下学习的技术和方法，在解决不同问题的过程中锻炼不同的计算思维，从而提升学习深度，支撑应用能力的初步达成，如图2所示。
(3) 线下编程能力提升
利用校园网线上智能服务平台优势，设计难度逐步递进的任务关卡，每个关卡左侧显示任务要求、需自学的知识点及部分代码样例，右侧显示编程环境及任务代码。任务代码根据难度区分，低难度需
Figure 1. Framework of content system for university computer fundamentals courses
图1. 大学计算机基础课程内容体系框架
Figure 2. Application problem construction diagram
图2. 应用问题构建示意图
编写完整代码，高难度采取挖空形式，只需补全部分代码。学生在自学之后自主编程完成通关，如图3所示。
(4) 线下任务高阶探究
设计以现实案例为背景、具有高阶性的综合实践任务。任务需要综合运用所学知识，通过背景分析、数学建模、算法设计、程序实现和评估优化五个环节，提升学生知识迁移能力以及高阶计算思维能力。
(5) 线上拓展广度学习
优选、拓展MOOC，结合课程内容设计俱乐部竞赛方案，满足学生延伸拓展、广度学习需求，支撑创新能力、协作能力达成。
Figure 3. Example diagram of task levels
图3. 任务关卡示例图
2.2. 丰富课程资源，打造线上线下多维立体的课程资源
根据线上、线下等不同维度，根据课程内容，打造多维立体的丰富课程资源。
(1) 线上教学资源：包括MOOC、SPOC、智能教学服务平台、微课视频库、自测习题库、拓展阅读库、优秀学生作品库、闯关实践项目等。
(2) 线下教学资源：包括教材、军事案例库、电子教案、课件、微课视频库、自测习题库等。
(3) 自建思政素材库：用于课程思政建设，按知识模块进行分类，包括图片、视频、电子文档资料、名人故事、程序代码等。
2.3. 创新教学模式，构建“五阶一环”式教学模式
为落实“以学为中心”的教学理念，基于课程特点和线上线下混合式模式，构建了“五阶一环”式教学模式，如图4所示，将学习过程划分为五层逐级递进的阶梯，明确每层中教师、学生的活动。教师的所有活动都是为了引导学生更好地自主学习。五个阶梯形成一个闭合环路，即：设计–评价–反思–改进–设计……通过闭合环路，教师可以通过不断地评价和反思，总结教学中的问题和不足，从而进行改进，而设计是一个动态过程，闭合环路使得教学设计能够适应不断变化的环境和条件。每次的设计迭代都是一个学习和积累经验的过程，闭合环路有助于教学团队积累宝贵的教学设计经验，从而有效提高教学质量。
第一层阶梯，基础知识认知阶梯，教师在线上平台发布任务清单、设计讨论题、自测题、讨论区答疑，学生带着问题看视频、无限次迭代测试、讨论区交流。解决学生基础差异问题，实现知识的第一层内化。
第二层阶梯，基础知识应用阶梯，教师在线下理论课堂，确定教学目标、设计参与式活动、思政
Figure 4. Teaching model of five levels and one loop
图4.“五阶一环”教学模式
聚焦学生，明确学习目标、参与教学活动。用问题引导学生思维理解，推进知识的总结、运用能力，实现知识的第二层内化。
第三层阶梯，编程闯关实践阶梯，教师在线上实践课堂，设计闯关任务、讨论区答疑，学生利用课内时间，自主闯关实践，讨论区交流。解决学生课外自主时间少、实践能力弱的问题，提高学生编程实践能力。
第四层阶梯，综合高阶探究阶梯，教师在线下实践课进行翻转课堂，学生组间讨论、交流分享、编程实践、展示汇报。实现知识的第三层内化，使得学生初步具备利用计算机分析问题和解决问题的思维意识和实践能力。
第五层阶梯，延伸拓展创新阶梯，教师在课后的线上布置拓展任务，设计俱乐部竞赛方案，学生拓展阅读、提交作品。不断提升创新能力。
2.4. 改进教学方法，综合运用多样化先进教学方法
教学方法在教学过程中起到激发学生学习兴趣、促进学生理解、提高学生学习效率、促进自主学习等作用。教学方法的选择应根据教学内容、学生特点等因素综合考虑，本课程综合运用以下多样化先进教学方法，在不同的教学场景使用，以期达到最佳效果[2]-[4]。
(1) 自主探究在线教学法
用于课前自主学习与课后巩固拓展阶段。课程九个知识模块均有对应的课前线上微课视频和拓展阅读资料，学生通过SPOC线上课堂学习指定的MOOC视频、微课视频、拓展阅读资料，满足个性化学习需求，提升自主学习能力。以第一个知识模块“计算与计算思维”为例，课前教师布置任务，学生通过线上课堂进行微课学习，自主观看“1-1微课视频——计算机发展与应用”、“1-2微课视频——计算机分类与发展趋势”、“1-3微课视频——摩尔定律与超级计算机”、“1-4微课视频——计算文化”、“1-5微课视频——遵守网络法律法规”等五个微课视频，如图5所示。在课后，学有余力的同学可以进行拓展阅读，在线上课堂中阅读电子资料，“1-1拓展阅读——阿兰图灵.pdf”、“1-2拓展阅读——可计算理论.pdf”、“1-3拓展阅读——邱奇–图灵命题.pdf”，拓展知识面，如图6所示。
Figure 5. Online classroom micro course video
图5. 线上课堂微课视频
(2) 问题牵引教学法
用于线下理论教学阶段。以问题为牵引，学习隐含于问题背后的必备知识、技术、方法步骤，探寻求解问题的思维方式。以“操作系统”模块为例，在讲述操作系统五大功能之一的存储管理时，先通过问题引入，“一个程序可以多次放入内存，放入一次，成为一次进程。放入几次就成为几次。那么就带来了几个问题”，首先，“程序和数据会装入到内存的什么地方？”其次，“同一个程序多次装入内存时其地址相同吗？”同时，“如果程序过大，内存放不下该怎么办？”最后，“如果多道程序都装入内存，它们之间存在干扰吗？”以问题为导线，化问题为牵线，进行层层深入讲解，从而提高学生学习主动性，激发学生求知欲，启发学生思维。
(3) 游戏化闯关在线教学法
用于线上实践教学，将“闯关”、“竞争”、“排行榜”等游戏化元素应用于线上SPOC课堂的闯关实践中，通过设计任务关卡，增强教学的趣味性和挑战性，有效激发学生的学习兴趣。以“信息处理与多媒体技术实践2”为例，共设置五个关卡，关卡难度逐关递增，每关通关之后会获得积分奖励，查看答案会扣掉相应的积分。前一关通关之后才能进入下一关，不能跳关。每个关卡有对应的排行榜，通关用时最短的学生位居榜首。学生做实践的过程类似于游戏通关过程，兴趣大大提高，如图7所示。
Figure 6. Online classroom expansion reading
图6. 线上课堂拓展阅读
Figure 7. Task level of “information processing and multimedia technology practice 2”
图7.“信息处理与多媒体技术实践2”任务关卡
(4) 任务驱动教学法
用于线下实践教学，以具体任务驱动实践教学活动，围绕任务小组讨论、协同实践、交流分享，促进应用、分析、评估等高阶实践能力的达成。以“计算机发展新技术实践”课为例，实践任务为使用KNN最邻近算法来实现MSTAR数据集中的SAR图像的分类检测和识别，从而实现对步兵战车、装甲运输车等不同武器装备的辨别。基于任务，将实践步骤分解为四个步骤：“读入单个图像文件转化为一维向量”、“读入目录所有图像转换为像素矩阵”、“利用K-邻近算法进行目标分类识别”、“读取测试集所有图片并统计识别率”，围绕任务展开学习，使学生主动建构探究、实践、思考、运用等的学习体系，通过新知识和原有知识的相互作用，提升学生自主学习和他人协作能力。
2.5. 融入课程思政，建设立德树人全程育人的课程思政
立德树人自从首次在党的十八大中提出以来，一直是中国教育尤其是高等教育的根本任务之一。全面推进课程思政建设是深入贯彻习近平总书记关于教育的重要论述和全国教育大会精神、落实立德树人根本任务的战略举措，所有课程和教师都应致力于培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人[5]。
结合《大学计算机基础》课程特点，提炼计算机科学与技术中蕴含的思政元素，将家国情怀、时政热点、科学素养等融入线上课堂、理论课堂、实践课堂、俱乐部活动等教学全过程中进行价值培塑，全程支撑素质目标达成，如图8所示。
Figure 8. Course ideological and political design
图8. 课程思政设计
2.6. 设计课程评价，采用能力评估为核心的课程评价
(1) 以能力评估为核心进行全过程考核
根据混合式教学特点，采用以能力评估为核心的全过程考核方式，过程性考核成绩和终结性考核成绩各占50%，包括平时作业、单元测试、闯关实验、线上学习、俱乐部活动等，终结性考核包括闭卷笔试和综合实践，见表1。
(2) 提升课程考核挑战度
对教学全过程均实施考核，对线上线下每个环节都设计评价标准，进行多元评价，逐步提高考核挑战度，实现考核的过程性和科学性，增强考核结果的可信度。过程性考核中，在线闯关任务考核难度梯次提高，俱乐部竞赛成绩纳入评价体系；终结性考核综合实践内容注重知识探究、归纳分析、编程实践等能力，提升考核挑战度[6]。
Table 1. Course assessment method
表1. 课程考核方式
| 分类 |
序号 |
考核项目 |
比例分配 |
| 过程性考核 |
1 |
平时作业 |
50% |
5% |
| 2 |
单元测试 |
5% |
| 3 |
闯关实验 |
25% |
| 4 |
线上学习 |
10% |
| 5 |
俱乐部活动 |
5% |
| 终结性考核 |
1 |
闭卷笔试 |
50% |
40% |
| 2 |
综合实践 |
10% |
| 备注 |
终结性考核采取一票否决制。 |
3. 线上线下混合式教学成效
通过校园网线上平台的线上课堂对所有学生进行了课中、结课后的问卷调查，绝大部分学生对课程的满意度较高，对课程内容、教学方法等百分百满意的学生人数占比约93%，仅有7%左右的学生觉得高阶性综合实践难度大，自己无法独立完成。经过教学创新，学生自主学习能力明显提高，团队协作意识、动手能力和计算思维等都得到了锻炼和提升。在今年的全国大学生计算机设计大赛中，取得了较好成绩。同时，本课程得到专家认可，被评为校级精品课程和军种级精品课程。
4. 结束语
本文对《大学计算机基础》线上线下混合式课程进行了探索与实践，优化了课程内容、丰富了课程资源、创新了教学模式、改进了教学方法、融入了课程思政、设计了课程评价，达到了较好的教学效果，提高了学生的实践能力和计算思维，可以为其他教学研究者开展线上线下混合式教学实践和研究提供借鉴。