航天工程大学 王 琳 张学波 李晋丽

1 课程现状

新一轮的课程改革对《大学计算机基础》课程提出了新的要求，从内容上，改变以往陈旧的计算机教学理念和知识结构；从目标角度，更加重视学生信息素养的培养，把信息素养放在学生基本素养培养的首要位置；从理念上，将计算思维的培养作为课程的最终目标。进而，在知识结构上，改革后的《大学计算机基础》将基础的操作知识作为学生自学的内容，大幅度增加计算机专业知识，选择Python作为编程语言，覆盖“算法”、“信息编码”、“计算机组成原理”、“操作系统”、“数据库”和“计算机网络”等计算机领域的综合知识。

虽然改革后课程为学生提供了广泛的计算机基础知识，但同时存在知识面广、难度大，层次多等问题，尤其Python程序设计对初学者绝非易事，而且课时较少。要想在有限的时间内，掌握众多的计算机专业知识，并形成相应的编程能力，对很多学生来说无疑是一次的艰难的挑战。

课程组从2018年开始进行课程建设，并承担课程改革任务。在很长的时间内，实际教学没有从传统的教学模式中脱离出来。为了让学生掌握更多的知识，课堂仍然采取满堂灌，填鸭式的传统教学方法；课堂节奏快，内容多，组织形式单一。基于传统模式，在授课时，采取讲细讲透的原则，尤其在对教材中程序示例的讲解时，从而忽略了学生自主学习的能力，没有给足学生内化吸收知识的时间。由于没有重视学生的主体地位，导致学生的积极性提不上来。学生计算思维塑造慢，程序设计水平提高缓慢，对于一些基础薄弱的学生，或者编写程序没有思路，或者导致程序执行错误；进而容易产生畏难情绪，学习一直处于被动状态。

2 对分课堂教学模式

从承担课程改革任务开始到至今，已讲授了三期本科班，期间不断组织议教等活动，教师之间也不断的进行探讨交流，不断尝试创新，获得一些突破。

对分课堂是复旦大学心理学教授张学新提出的新型教学模式，是在整合了讲授式课堂和讨论式课堂各自优势的基础上提出的。对分课堂的核心理念是把一半课堂时间分配给教师讲授，另一半时间分配给学生以讨论的形式进行交互学习。在讲授过程中，对分强调“精讲留白”，即教师只讲授框架、重点和难点，将那些通过课后复习就能够理解的知识，留给学生课后自学。在时间上，“对分课堂”划分为三个清晰分离的过程，分别为讲授、内化和吸收、讨论。

无论对学生还是对教师来说，学习最好的效果就是会提问题，提出高水平的问题，并学会解决问题。而这一切的前提是：必须做到对知识足够的内化和吸收，进而能够思考讨论，利用所学知识解决实际问题。

将对分课堂模式引入《大学计算机基础》课程，可以有效地改变学生的学习状态，化被动学习为主动学习，从满堂灌到自主消化吸收，从被动接受知识到主动思考问题。把课堂划分为讲授、内化吸收、讨论三个阶段，将师生角色进行重新定位，给予学生充足的自主学习和思考的时间，降低学生的畏难情绪，提升学生的积极性和参与度，促进学生之间、师生之间的互动交流，提高学生利用计算思维解决实际问题的能力。

3 对分课堂在《大学计算机基础》实验课中的课堂教学设计

在《大学计算机基础》课程中，第五章计算机硬件系统部分被安排了4学时，其中理论2学时，实验2学时。这一章要求学生在了解计算机系统的组成、理解系统各部分作用和冯·诺依曼体系结构的基础上，能够利用Python构建冯·诺依曼体系结构模拟器，进而理解冯·诺依曼体系结构计算机硬件系统的工作机制。该章节对学生而言，理论知识抽象，实践难度较大，要求学生在较短的时间内对计算机系统的组成及工作原理有一个较为全面的认知，并在此基础上编写Python程序。

下面以Python构建冯·诺依曼体系结构模拟器实验为例，将对分课堂引入实验教学中，从讲授、内化吸收、讨论、实践四个环节对课堂进行重新设计，并应用于实际的教学中。

3.1 讲授

该实验是利用Python构建冯·诺依曼体系结构模拟器，首先要求学生理解冯·诺依曼体系结构，理解现代计算机的工作原理，然后，根据实验的任务和要求，设计程序思路并编写Python程序，最后上机实践加以验证。在前期的课堂中，已经讲授了两学时的计算机硬件系统的理论知识，为了让学生打好实验基础，上课前的10min，教师首先对该部分知识进行回顾，再利用10min发布雨课堂进行随堂测试，巩固所学知识。接下来的10min，以精讲+留白的方式进行讲解，考虑到是实验，精讲时间不宜过长，由于实验内容较为抽象，所以重难点内容讲到位，并且提出留白问题，让留白显化，从而引导学生对“寄存器”、“存储器”、“指令”、“指令集”等重要概念的掌握，以及对“指令执行过程”、“模拟器工作原理”的理解。

3.2 内化和吸收

知识的内化需要一个过程，简单的知识可以在课堂的讲解过程中内化，但抽象复杂的知识如果说在课堂上已被内化，那仅仅停留在表面，并不能被真正的吸收。因此，这个环节给了学生独立学习、独立思考、独自解惑的时间，教师在精讲+留白后，学生在这个时间段结合精讲要点，通过仔细阅读教材，对冯·诺依曼体系结构模拟器的结构有了整体的认识，理解了该模拟器下的指令集中指令的含义及用法，并完成教师提出的留白问题，学会利用该指令集独立设计一段程序实现一定的功能。

完成以上任务后，知识进阶，难度加大，学生需要学会利用Python构建模拟器的工作过程，首先需要为该模拟器建模，包括对内存、寄存器和显示器的建模，建模的过程也是利用Python组织数据结构的过程。接下来，需要利用建模后的计算机模拟程序的运行机理，包括如何将文件中的程序读入内存、将程序计数器指向内存中的第一条指令、并取指令到指令寄存器，完成译码、执行的过程。这部分知识作为重难点需要教师在前期的精讲中加以引导，给学生指出设计的方向，学生才能在内化环节梳理Python程序的架构和编写思路，当然，还需要进入讨论环节对每个细节性的问题逐一解决，才能最终完成程序的编写。

3.3 讨论

学生梳理完程序思路后，教师将学生进行分组，对程序各部分功能进行讨论与设计，可以采取提问、抽查、引导的方式监督各小组的进展情况和讨论结果。

期间，教师通过提问如何利用Python对内存、显示器进行建模等问题，了解到学生对列表的运用比较熟练，但在如何利用Python将文件中的程序读入内存时进展缓慢，此时就需要教师加以引导。因此，在讨论环节，教师需要及时掌控课堂情况，对共性问题统一讲解，个性问题单独辅导，既要充分了解学生的实际学习能力和个体差异，又要善于观察学生的课堂表现和学习动态，才能在讨论环节与学生进行有效的互动，为学生布置难度适中的学习任务。

3.4 实践

作为实验课，实践环节必不可少，当然，这个实践环节不是独立于前面的三个阶段，它融入于前面三个阶段，但分量又大于前面三个阶段。相比于理论课，学生需要在讲授、内化吸收、讨论后，形成一套完整的程序设计思路和实现方法，并用Python语言加以实践，这个过程需要花费更多的时间和精力。通过编写该实验，学生借助Python重新构建了一个复杂的计算机系统，并在此系统上模拟了计算机工作的过程，把抽象的理论与复杂的实践进行有效的结合，在理解理论的基础上构建了实践体系，反过来实践体系更好的诠释了理论的根基。

教师可以因势利导，依托Educoder平台下达实训任务，设置积分和关卡，以闯关形式吸引学生完成实训任务，任务可根据实验的难易程度设置1-3关，进一步巩固该部分知识，并达到灵活运用、举一反三的效果。实训中，闯关成功的学生可获得相应的积分和经验值，闯关困难的学生可以寻求参考答案，但平台会扣除相应的积分。学生通过积分排行榜查看自己的排名，促使每个人不仅要认真对待每一次的实验，而且要善于思考、积极讨论，高质量的完成每一次的实验任务，不断提高利用计算思维解决实际问题的能力。

总结：将对分课堂教学模式有效的运用到《大学计算机基础》课程中，尤其是运用到实验教学中，教师利用对分课堂理念对课堂进行重新设计，根据实验课的特点，将课堂划分为讲授、内化吸收、讨论、实践四个阶段，不仅给学生一个真正的自主学习、独立思考、独自解惑的空间，而且有效地提高了学生的参与度和团队协作能力。后续，课程组将会继续开展《大学计算基础》教学的“对分课堂”实践，通过不断的探讨实践，把“对分课堂”方法灵活运用到《大学计算机基础》课堂教学环节，并通过教学反馈，不断修改和完善基于“对分课堂”的《大学计算机基础》课堂教学设计，使之更加合理有效，切实提升学生学习知识的主动性和教师的授课质量。