河南大学作为一所地方综合性大学，设有12个学科门类94个本科专业，在校本科生近四万人。其大学计算机课程作为公共必修课开始于上个世纪九十年代，一直呈“量大面广”的特点。随着时代的发展，大学公共计算机课程面临诸多困境： 第一、地方高校普遍存在的师资和实验设备等教学资源的不足很大程度上制约了教学水平的提升。第二、课题研究开始时面对的形势是大学新生信息化水平的大幅提升，作为互联网原住民的大学新生对大学计算机课程有了更高的期望，社会各领域对计算机的应用提出了更深刻和更广泛的要求，各专业学生应用计算机解决更复杂问题的诉求日益强烈。第三、现代教学理念的深刻变革，信息技术的快速发展对大学计算机课程的教学模式也提出了更新和更高的要求，这也是所有高校的大学公共计算机课程必须面对的问题。 针对上述情况，从2013年开始，我们着手对我校公共计算机课程的教学内容、教学方法、教学手段进行了一系列改革。目前已建成面向新形势下具有地方综合高校特色的“二级三类”教学形式、“混合虚拟”教学平台、“多维多层”课程体系的大学计算机公共课新型教学生态。

本研究成果主要解决4个方面的问题。

1.教学理念固化

项目改革之初的2013年，大学计算机公共课教育的“工具论”理念在地方高校仍占据主导地位，教学目标固守于操作层面，没有及时适应新形势下大学公共计算机教育理念的新变化。

2.教学内容滞后

教学内容多年维持Windows操作和Office应用，虽然软件版本不断升级，但仍没有摆脱“微软培训班”的内容。没有关注大数据、人工智能等计算机应用发展的新态势，严重滞后各专业领域对计算机应用提出的新需求。

3.教学方法陈旧

教学方法长期停留在“用PPT教PPT”的传统课堂教学与单一的上机操作练习形式，学生积极性不高，教学效益低下，不能适应新形势要求。

4.教学资源不足

地方综合性高校在公共计算机课程教育上普遍存在学生人数多、教师紧张、资金短缺、实验空间和设备难以满足需要等问题。

1. 变粗放的“一刀切”为精细的“二级三类”

解决问题的基本方法为：依据学生计算机基础理论与应用技能测试结果，将学生分为“思维培养级”和“技能应用级”；按照专业培养目标将教学内容设置为三类，即：理工类、人文社科类和艺术体育类。对于思维培养级学生侧重计算思维、创新能力和计算机解决各专业领域复杂问题的教学；其他学生侧重技能应用教学。针对不同级、类教学班分配不同学时。见表1。

通过围绕计算思维、新工科理念与创新能力培养等新内容为主的教学，打破了教学内容长期滞后的局面，触动了教师长期固化的教学理念，实现了公共计算机教育从工具操作到能力和创新意识培养的转变，同时有效节省了师资和实验设备等教学资源。

2. 变传统的“课堂教学+上机实验”为线上线下“混合教学+虚拟仿真实验”

与北京理工大学团队共建共享虚拟仿真实验的研讨现场

2013年，团队积极申请并顺利加入北京理工大学的“大学计算机课程教学改革沙龙”，引入北京理工大学研制的虚拟仿真实验系统，结合自主研发的VR教学资源，在河南大学公共计算机课程教学中开展虚拟仿真实验教学的研究与实践，为不同级、类学生提供演示型、体验型、验证型和设计创新型等定制化实验教学，并实现学生实验的过程跟踪与管理，逐步建立起了适应地方综合高校公共计算机课程的实验教学体系。这种实验教学从2014年的4个教学班，扩展到2015年的30个教学班，2016年全面铺开。

VR：一条指令的执行

为提高教学质量、缩短和一流高校的差距，引入优质MOOC资源，补充和更新教学内容；为满足不同专业对公共计算机教学的需求，面向不同级类教学班，搭建不同的SPOC教学平台，根据本校实际补充课件、资源链接等教学素材15件，补充课堂练习与测验题240余个，实现线上线下“MOOC+SPOC”混合精准教学。在此基础上，结合自主开发的网络学习空间、实验管理系统和无纸化考试系统，以及VR和虚拟仿真实验资源，构建了“混合虚拟”教学平台。通过该平台的应用，丰富了教学资源，改进了教学方法，更新了教学理念，为地方综合高校公共计算机教育快速发展提供了可操作方法和可借鉴通道。

混合虚拟教学平台

3.变单一的“大学计算机”课为“多维多层”的公共计算机课程体系

为适应计算机应用新形势，结合地方综合高校多学科专业的特点，创建多维（不同学科专业）多层（不同培养定位）的公共计算机课程体系，主要包括：“大学计算机(思维培养级|技能应用级)”、“计算思维培养与训练(人文|理工版)”、“智能数据分析与建模(人文|理工版)”、“Python程序设计(人文|理工版) “C程序设计(理工版)”、“UI与网页设计(人文社科版)”、“数据库应用(经管教专业版)”等课程。该课程体系丰富了公共计算机课教学内容，有力支撑了各学科专业的人才培养。

本着边建设实践边研究创新的原则，在原有研究成果有效应用的基础上，近年来不断深入研究新形势对人才培养的要求和地方综合高校在公共计算机教学所面临的问题，创建了“二级三类”教学形式+“混合虚拟”教学平台+“多维多层”课程体系的新的教学模式。具体创新点包括：

1.基于“二级三类”的教学管理模式创新

基于传统分级教学方法，提出“二级三类”教学形式，创新性地构建了与之相配套的适合地方综合高校推广应用分级教学的完善管理模式。分级教学的理念在教育界被较早提出，之所以没有得到很好应用，特别是在地方综合高校公共计算机教学中较少应用，主要是实施过程存在许多具体的问题、矛盾冲突和管理上的困难。本课题针对这些问题，创新性地设计一套可操作的管理模式，包括“教学班编制办法、课表编制方法、教师配制方法、成绩评定办法”等，使得该模式可以稳妥有效地落实分级分类的教学形式，具有较强的理论与应用创新。

2.基于“混合虚拟”平台的教学方法创新

将MOOC+SPOC网络教学平台、虚拟仿真实验网络平台和自主开发的VR教学资源、网络学习空间、实验管理系统、题库与无纸化考试系统有机融合，创新地构建了适合地方综合高校公共计算机教学的“混合虚拟”教学平台。为新形势下地方综合高校公共计算机教育提供可靠的平台保障、丰富的教学方法和多样化的实验方法，使得个性化学习、研究性学习和设计创新型定制化实验教学得以实现。

虚拟仿真实验：指令的执行过程

我们积极探讨在教学过程中引入VR教室和VR情景教学。已制作包括组装计算机，一条指令的执行过程，典型排序算法和数据结构等知识单元。将抽象的计算机理论形象化、感知化，从乐学到爱学，提高了学生的学习态度、学习兴趣和学习热情，教学效果明显改善。

学生利用VR体验安装计算机的全过程

3.基于“多维多层”课程体系的教学内容创新

按照教育部教指委发布的《大学计算机基础课程教学基本要求》，本着 “以学生为中心，以成果为导向”的理念，结合“二级三类”教学形式，创新构建“多维多层”课程体系。面向地方综合高校学生，开设“计算思维培养与训练”和“智能数据分析与建模”等课程；同一门课，按照学生专业，设计不同的教学案例、采用不同的计算工具和分析方法，实现精准教学，有力支撑各专业人才培养，具有较强示范性和较大推广应用价值。

该成果于2016年荣获河南省高等教育教学成果特等奖，并于2018年初通过全国高等院校计算机基础教育研究会多位知名专家的成果鉴定。

1. 教学效果分析

分析样本包括河南大学2014级10个学院共2782名本科生，其中普通文、理、工专业学生1956人；艺术体育专业学生826人。本次考试采用课题组研制的网络考试系统。测试内容、难度和规则与对照组（上年相同专业学生）相当。普通文理专业学生平均成绩90.33分；而对照组学生1859人，考试平均成绩85.32分。艺术体育专业学生平均成绩73.65分，而对照组（上年同专业）学生854人，期末考试平均成绩68.05分。详见表1。

表1 教学效果分析表

2. 师资投入分析

河南大学的课改试点学院实行了“二级三类”教学模式，由于精准教学，故可对不同教学班分配不同的学时，2014年秋季学期采用了全程（16周）和半程（8周）两种学时安排，有效地减少了师资投入：本学期改革试点教学班共有全程班7个，半程班25个，折合满额教学量投入教师3.80人。上年同期的对照组2713名学生，编制38个教学班，全部实行全程教学，占用满额教学量教师8.44人。见表2。

表2 师资投入分析表

数据分析表明，采用本成果研究的教学模式，教学效果更好，师资投入更少。

3.人才培养效果

四年来，河南大学非计算机专业本科生参加全国“互联网+”、“挑战杯”、“大学生数学建模竞赛”、“数据挖掘建模竞赛”等赛事活动人数环比增长3倍多。在各项赛事活动中，学生们取得了优异成绩，包括中国“互联网+”大学生创新创业大赛金奖1项，全国及美国大学生数学建模竞赛一等奖3项，“挑战杯”一等奖若干项等。另外，计算机等级考试报名人数和通过率、优秀率都明显上升。这一现象表明，本成果所研究的教学模式发挥了积极作用，学生将计算机相关知识应用到他们的专业领域，辅助专业学习和研究的热情在不断提高，教师的教学理念和教学方法在不断进步，教学相长，使得河南大学的公共计算机教育蓬勃发展。成果的应用效果显著，具有较强的推广应用价值。

4.推广应用情况

在北京理工大学进行成果报告与交流

本教学成果首先在河南大学、河南大学民生学院、南阳理工学院、开封大学和开封文化艺术职业学院等多所高校进行了4年的教学实践，均取得显著教学效果。

在湖北工业大学进行成果报告与交流

该成果2014年10月在国防科技大学举办的全国“高校计算机课程教学系列报告会”、2015年初在北京理工大学举行的“计算机虚拟实验教学改革研讨会”以及2018年3月在湖北工业大学举行的全国高校计算机教育研究会理工分会等渠道作了报告；《计算机教育》杂志等多家媒体对本项目研究及所取得的成果进行了详细报道，引起更多院校的深厚兴趣和广泛关注。海南大学、河北大学、湖北工业大学、武汉轻工业学院、华北水利水电大学、郑州轻工业学院等兄弟院校就相关教学改革问题与我们保持交流沟通。