信息化平臺(tái)下的程序設(shè)計(jì)課程混合式教學(xué)

郭艷燕　周世平　賀利堅(jiān)　畢遠(yuǎn)偉　盧云宏　楊軍

摘 要：結(jié)合程序設(shè)計(jì)課程的特點(diǎn)，以藍(lán)墨云班課、OJ平臺(tái)等信息化教學(xué)輔助工具作為課程支持，提出符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的混合式教學(xué)改革新思路，從教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容的設(shè)置、教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)施以及課上課下的實(shí)踐教學(xué)幾個(gè)方面進(jìn)行混合式教學(xué)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：混合式教學(xué)；程序設(shè)計(jì)；信息化平臺(tái)；藍(lán)墨云班課；OJ平臺(tái)；BOPPPS教學(xué)模型；螺旋式教學(xué)

程序設(shè)計(jì)課程是計(jì)算機(jī)類專業(yè)的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是利用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言來解決實(shí)際問題的課程[1]，是后續(xù)專業(yè)課的基礎(chǔ)和支撐，在整個(gè)課程體系中起著舉足輕重的作用。程序設(shè)計(jì)課程以一門具體編程語言（C語言）的講授為主線，結(jié)合算法分析和數(shù)學(xué)模型等，通過計(jì)算機(jī)科學(xué)體系基礎(chǔ)知識(shí)和問題分析解決方法的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的編程能力，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

Bloom按照人的認(rèn)知層次將學(xué)習(xí)目標(biāo)由低到高逐漸劃分為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)估和創(chuàng)新6個(gè)層次[2]。在教學(xué)過程中，學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解、問題的分析解決都是呈現(xiàn)螺旋式上升。在高校教學(xué)改革的新形勢(shì)下，結(jié)合信息化教學(xué)平臺(tái)，運(yùn)用混合式教學(xué)新模式也需要符合科學(xué)的認(rèn)知規(guī)律。

1 信息化教學(xué)平臺(tái)

程序設(shè)計(jì)課程主要采用藍(lán)墨云班課和OJ平臺(tái)兩種信息化平臺(tái)來進(jìn)行各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)輔助工作。

（1）藍(lán)墨云班課——移動(dòng)設(shè)備教學(xué)平臺(tái)

“藍(lán)墨云班課”是藍(lán)墨科技推出的一款移動(dòng)教學(xué)助手APP，是利用移動(dòng)智能設(shè)備開展課堂內(nèi)外即時(shí)反饋互動(dòng)教學(xué)的云服務(wù)平臺(tái)[3]。該平臺(tái)為教師提供課堂管理、教學(xué)活動(dòng)開展、學(xué)習(xí)情況跟蹤、教學(xué)評(píng)價(jià)等功能，為學(xué)生提供課程訂閱、消息提醒、個(gè)性化學(xué)習(xí)資源、討論交流等功能。移動(dòng)式教學(xué)平臺(tái)與非移動(dòng)式教學(xué)平臺(tái)有很大的不同，前者不僅可以避免非移動(dòng)式教學(xué)地理位置的限制，而且讓學(xué)生的手機(jī)變成學(xué)習(xí)工具，幫助學(xué)生改善學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性、獲得適應(yīng)新時(shí)代的學(xué)習(xí)方法，移動(dòng)式教學(xué)平臺(tái)是傳統(tǒng)教學(xué)方式的有利補(bǔ)充。

（2）OJ平臺(tái)——程序自動(dòng)評(píng)測(cè)平臺(tái)

OJ平臺(tái)全稱Online Judge平臺(tái)，最初在程序競(jìng)賽中用來評(píng)價(jià)參賽選手的程序正確性與時(shí)空效率[4]，現(xiàn)已在程序設(shè)計(jì)教學(xué)過程中普遍采用。OJ平臺(tái)能夠?qū)W(xué)生提交的程序源代碼進(jìn)行編譯和執(zhí)行，并通過預(yù)先設(shè)定的測(cè)試數(shù)據(jù)來檢驗(yàn)源代碼的正確性和完整性。通過OJ平臺(tái)有助于學(xué)生理論知識(shí)的掌握與實(shí)踐能力的提高，并注重學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的積累和過程考核。OJ平臺(tái)中有大量的題庫，題目有易有難，有單一知識(shí)和綜合知識(shí)的應(yīng)用，有基礎(chǔ)知識(shí)和大賽培訓(xùn)的區(qū)分，有利于學(xué)生循序漸進(jìn)的掌握知識(shí)，實(shí)現(xiàn)因材施教的個(gè)性化培養(yǎng)，同時(shí)，通過OJ排行榜獲取類似游戲闖關(guān)成功的成就感，還可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、創(chuàng)新性與競(jìng)爭(zhēng)性。

2 混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

混合式教學(xué)是一種基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的新型教學(xué)模式，是將傳統(tǒng)教學(xué)方式的優(yōu)勢(shì)和信息化、網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來，充分發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，同時(shí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動(dòng)性、積極性與創(chuàng)造性[5]。圖1為程序設(shè)計(jì)課程混合式教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)施圖。

2.1 教學(xué)過程設(shè)計(jì)

教學(xué)過程設(shè)計(jì)如圖2所示，設(shè)計(jì)過程以螺旋式教學(xué)為主線。

2.1.1 教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置

程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容根據(jù)教學(xué)目標(biāo)分為三個(gè)階段。

（1）初級(jí)階段關(guān)注學(xué)生編程技巧的入門，主要讓學(xué)生了解程序構(gòu)成的邏輯和程序執(zhí)行的三大控制結(jié)構(gòu)。該階段的目標(biāo)是通過具體的編程語言，掌握構(gòu)造問題求解的關(guān)鍵步驟，使學(xué)生具有初步程序設(shè)計(jì)的能力。

（2）中級(jí)階段關(guān)注學(xué)生編程技巧的拓展，主要讓學(xué)生掌握各類數(shù)據(jù)類型的存儲(chǔ)和運(yùn)算、復(fù)雜數(shù)據(jù)類型（如數(shù)組、結(jié)構(gòu)體）的表示及應(yīng)用、一二級(jí)指針的使用。該階段的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)學(xué)生在計(jì)算表達(dá)、數(shù)據(jù)組織和程序靈活性等方面程序設(shè)計(jì)能力的提高。

（3）高級(jí)階段從程序框架的構(gòu)建入手，進(jìn)行程序組織方法的技巧拓展，主要關(guān)注函數(shù)、文件以及算法設(shè)計(jì)入門。該階段的目標(biāo)是讓學(xué)生建立起程序設(shè)計(jì)的總體思想，通過設(shè)計(jì)算法來解決實(shí)際問題，具備分析和解決問題的能力。

三個(gè)階段的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容層層遞進(jìn)。教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定遵循Bloom認(rèn)知規(guī)律，隨著對(duì)教學(xué)內(nèi)容的掌握，學(xué)生的編程能力和解決問題能力成螺旋上升的態(tài)勢(shì)。

2.1.2 教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)采用螺旋式，分為“螺過程”和“旋過程”?！奥葸^程”注重學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，“螺”是相關(guān)子項(xiàng)目中知識(shí)點(diǎn)的疊加部分，“旋”是相關(guān)子項(xiàng)目中知識(shí)點(diǎn)的延伸，“旋過程”建立在“螺過程”的基礎(chǔ)上，注重學(xué)生分析和解決能力的提升[6]。教學(xué)項(xiàng)目涉及的知識(shí)面深度要螺旋上升，深度體現(xiàn)在難度上；知識(shí)面寬度也要螺旋上升，寬度體現(xiàn)在解決問題所涉及到的知識(shí)點(diǎn)的數(shù)量。教學(xué)項(xiàng)目深度和寬度的螺旋上升是伴隨著解決思路和解決效率的螺旋上升而上升的。

例如與二進(jìn)制轉(zhuǎn)換相關(guān)的學(xué)習(xí)可以設(shè)計(jì)成螺旋式教學(xué)項(xiàng)目，從二進(jìn)制的表示階段開始，逐步經(jīng)歷二進(jìn)制與其它進(jìn)制轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)計(jì)算、理解二進(jìn)制在內(nèi)存中的存儲(chǔ)方法、采用循環(huán)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制轉(zhuǎn)換、使用位運(yùn)算符實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制轉(zhuǎn)換、采用數(shù)組實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制轉(zhuǎn)換和使用遞歸函數(shù)實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制轉(zhuǎn)換。此項(xiàng)目遵循基于同一問題但解題方案和解題思路呈螺旋上升的設(shè)計(jì)過程。素?cái)?shù)的相關(guān)知識(shí)也可以設(shè)計(jì)成一個(gè)螺旋式教學(xué)項(xiàng)目，從使用單循環(huán)來實(shí)現(xiàn)單個(gè)素?cái)?shù)的判斷開始，逐步經(jīng)歷通過雙重循環(huán)實(shí)現(xiàn)多個(gè)素?cái)?shù)的輸出，使用數(shù)組實(shí)現(xiàn)篩選法求素?cái)?shù)來提高效率，最后通過素?cái)?shù)判斷函數(shù)來實(shí)現(xiàn)哥德巴赫猜想。此項(xiàng)目是以素?cái)?shù)求解為基礎(chǔ)，但在功能擴(kuò)展上實(shí)現(xiàn)螺旋上升的過程。

2.1.3 教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)施

程序設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)施分為三個(gè)階段：準(zhǔn)備階段、實(shí)踐階段與評(píng)估階段，并產(chǎn)生一種有序的遞進(jìn)關(guān)系。

（1）準(zhǔn)備階段，教師通過對(duì)教學(xué)內(nèi)容透徹地領(lǐng)會(huì)和前期評(píng)估階段中得到的教學(xué)反饋，總結(jié)出知識(shí)點(diǎn)學(xué)前的預(yù)備知識(shí)，設(shè)計(jì)自然引出知識(shí)點(diǎn)的方法，構(gòu)建知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用實(shí)例，錄制相應(yīng)的教學(xué)視頻等。只有做好充足的準(zhǔn)備工作，設(shè)計(jì)的教學(xué)項(xiàng)目才能豐富有趣，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。準(zhǔn)備階段中，教師的引導(dǎo)起重要作用，針對(duì)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，重要的概念和方法需要反復(fù)地、多層次地以各種不同的方式展現(xiàn)，主要通過對(duì)知識(shí)的系統(tǒng)化和對(duì)各種問題的綜合和分析，使學(xué)生既掌握知識(shí)又掌握應(yīng)用知識(shí)點(diǎn)的方法。

（2）實(shí)踐階段，教師針對(duì)程序設(shè)計(jì)課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，不僅強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)在理解層上的掌握，而且強(qiáng)調(diào)在實(shí)際應(yīng)用層上的編程實(shí)現(xiàn)，將上機(jī)實(shí)踐和課程設(shè)計(jì)結(jié)合，提高學(xué)生的編程能力和解決問題能力。實(shí)踐階段逐漸以教師為主體過渡到以學(xué)生為主體。此階段是學(xué)生對(duì)編程工具和程序調(diào)試方法熟練掌握的重要階段，是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題的關(guān)鍵時(shí)期。

（3）評(píng)估階段，教師可以全面收集反饋信息，了解學(xué)生對(duì)教學(xué)項(xiàng)目的吸收和掌握情況，全面增強(qiáng)信息反饋教學(xué)的指導(dǎo)力度，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決，從而對(duì)教學(xué)項(xiàng)目進(jìn)行進(jìn)一步加工設(shè)計(jì)，更新和完善準(zhǔn)備階段和實(shí)踐階段的工作。

學(xué)生對(duì)同一相關(guān)知識(shí)的理解隨著教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)施，以螺旋上升的形式逐步加深，從而逐漸形成系統(tǒng)知識(shí)和思維方式的有序[7]。

2.2 課上教學(xué)設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)課程的課上教學(xué)設(shè)計(jì)主要采用BOPPPS教學(xué)模型，借鑒翻轉(zhuǎn)課堂中的討論式教學(xué)模式，并配合多種教學(xué)方法來開展教學(xué)活動(dòng)。

BOPPPS教學(xué)模型是北美高校提出的一種有效的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)模式，將一節(jié)課堂教學(xué)活動(dòng)劃分為引入（Bridge-in）、目標(biāo)（Objective）、預(yù)評(píng)價(jià)（Pre-assessment）、參與式學(xué)習(xí)（Participatory learning）、后評(píng)價(jià)（Post-assessment）和小結(jié)（Summary）6個(gè)階段，如圖3所示。該模型強(qiáng)調(diào)學(xué)生參與到教師的教學(xué)活動(dòng)中，是一種注重教學(xué)互動(dòng)和反思的閉環(huán)反饋教學(xué)模式，有利于促進(jìn)師生交流互動(dòng)，充分發(fā)揮和調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，體現(xiàn)“學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”的教育理念[8]。將BOPPPS教學(xué)模型引入到程序設(shè)計(jì)教學(xué)中，是提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的重要途徑。

借助于信息化教學(xué)平臺(tái)，教師可以順序地開展課堂BOPPPS教學(xué)模型中的各項(xiàng)活動(dòng)。教師不僅可以通過藍(lán)墨云班課的當(dāng)堂測(cè)試、頭腦風(fēng)暴、小組討論等開展教學(xué)活動(dòng)，還可以將OJ平臺(tái)上的題目作為任務(wù)驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目和案例式教學(xué)中的實(shí)例，并結(jié)合案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法和翻轉(zhuǎn)課堂中的討論式教學(xué)法開展參與式教學(xué)，豐富課堂教學(xué)形式并獲取課堂反饋，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的課堂參與度。

2.3 課下教學(xué)設(shè)計(jì)

在教學(xué)環(huán)節(jié)的準(zhǔn)備階段，教師把課件、微視頻、圖文資料等教學(xué)資源通過藍(lán)墨云班課的云平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)和QQ課程群空間進(jìn)行資源分享。通過藍(lán)墨云班課的“及時(shí)推送提醒”功能，及時(shí)提醒并督促學(xué)生按照通知利用學(xué)習(xí)資源做好預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、作業(yè)、討論等工作，并通過答疑討論功能隨時(shí)隨地建立起教師和學(xué)生的聯(lián)系，開展互動(dòng)交流，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化輔導(dǎo)。

在教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)踐階段和評(píng)估階段，通過OJ平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。課前，學(xué)生可以通過OJ平臺(tái)進(jìn)行自我測(cè)試和練習(xí)，老師通過OJ平臺(tái)可以檢驗(yàn)學(xué)生前期知識(shí)點(diǎn)的掌握程度；課后，學(xué)生可以通過OJ平臺(tái)進(jìn)行作業(yè)提交、考試測(cè)試，進(jìn)行查缺補(bǔ)漏，檢驗(yàn)自己所學(xué)知識(shí)是否扎實(shí)，是否能夠?qū)⒗碚撝R(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，并對(duì)自己分析和解決問題的能力加以檢驗(yàn)。教師通過OJ平臺(tái)的學(xué)生做題情況統(tǒng)計(jì)功能以及藍(lán)墨云班課的學(xué)習(xí)記錄跟蹤功能，從多角度多渠道獲取教學(xué)反饋，不僅可以對(duì)學(xué)生做出合理的教學(xué)評(píng)價(jià)，而且可以對(duì)自己的教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，有利于進(jìn)一步開展科學(xué)的教學(xué)優(yōu)化工作。

3 教學(xué)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

（1）藍(lán)墨云班課教學(xué)資源的合理選取和安排、OJ平臺(tái)章節(jié)題目的選取，都需要符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。

（2）設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目不僅要符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，而且需要預(yù)留較強(qiáng)的擴(kuò)展空間，使學(xué)生通過不斷地思考來探索新引入項(xiàng)目的求解過程，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性[9]。教學(xué)項(xiàng)目的開展，還要注重與其它教學(xué)手段、教學(xué)方法和教學(xué)環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)。

（3）教師要認(rèn)清并設(shè)計(jì)自己在各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中扮演的角色。在準(zhǔn)備階段，教師扮演教授者和引導(dǎo)者的角色，讓學(xué)生明確需要掌握的知識(shí)點(diǎn)、方法點(diǎn)和能力點(diǎn)，并引導(dǎo)學(xué)生尋求分析和解決問題的方法；在實(shí)踐階段，教師主要扮演組織者和顧問的角色，幫助學(xué)生解決在知識(shí)掌握和運(yùn)用過程中遇到的問題；在評(píng)估階段，老師充當(dāng)評(píng)估者角色，幫助學(xué)生對(duì)教學(xué)項(xiàng)目的完成情況進(jìn)行評(píng)價(jià)和總結(jié)。

4 結(jié) 語

實(shí)踐證明，將BOPPPS模型引入程序設(shè)計(jì)課程的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，并借助藍(lán)墨云班課和OJ平臺(tái)等信息化教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)輔助工作，開展線上和線下以及多種教學(xué)方法相結(jié)合的混合式教學(xué)，有利于促進(jìn)師生交流互動(dòng)、提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和分析解決問題的能力、提高學(xué)生的實(shí)踐和應(yīng)用能力，從而達(dá)到程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)目標(biāo)——提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

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（編輯：史志偉）