突出實(shí)踐能力培養(yǎng)的《計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程改革與實(shí)踐

胡斌++黃松++雷小宇++史涯晴++張賽男

摘 要：針對解放軍理工大學(xué)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)實(shí)際，提出了突出實(shí)踐能力培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程改革方案。重組了理論和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建了集教、學(xué)、訓(xùn)、考、賽“五位一體”的課程教學(xué)支撐平臺，改革了融“學(xué)訓(xùn)用”于一體的實(shí)踐能力培養(yǎng)教學(xué)組訓(xùn)方式，探索了基于SPOC的在線與課堂混合學(xué)習(xí)教學(xué)模式，創(chuàng)新了突出實(shí)踐能力評價(jià)的多元考核體系，并取得了較好的實(shí)踐效果。該改革方案可為其它計(jì)算機(jī)類課程的教學(xué)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)；SPOC教學(xué)；混合學(xué)習(xí)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2017）22-0041-03

一、引言

《計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》是解放軍理工大學(xué)面向全校所有專業(yè)學(xué)員開設(shè)的一門重要公共基礎(chǔ)課，主要講授程序設(shè)計(jì)語言的基本知識和程序設(shè)計(jì)方法，使學(xué)生了解高級程序設(shè)計(jì)語言的結(jié)構(gòu)，掌握程序設(shè)計(jì)的思想和方法，以及基本的程序設(shè)計(jì)過程和技巧，具備初步的分析問題和利用計(jì)算機(jī)求解問題的能力[1]。對大多數(shù)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)員而言，學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的目的是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)分析和解決問題的基本過程和思路，而不是成為程序員。因此，程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)應(yīng)該避免陷入語言表達(dá)形式的誤區(qū)，特別注重實(shí)踐能力的培養(yǎng)，要使學(xué)生通過實(shí)踐確實(shí)感受和領(lǐng)悟計(jì)算機(jī)問題求解的基本方法和思維模式[2]。

在近年的教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)有相當(dāng)一部分學(xué)員在學(xué)習(xí)這一課程后反映， 他們盡管已經(jīng)熟練掌握了語言的每一條規(guī)則和語法，卻無法靈活運(yùn)用，不知該如何應(yīng)用所學(xué)過的編程知識來解決具體的問題。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生， 說明學(xué)員過多的注重理論知識的學(xué)習(xí)，而缺乏程序設(shè)計(jì)實(shí)踐能力的訓(xùn)練與培養(yǎng)。造成該問題的主要原因分析如下：

（1）傳統(tǒng)的教學(xué)以語言知識為主線來組織教學(xué)內(nèi)容，雖重視了語法知識的完整性，但卻限制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)也只能圍繞這些知識點(diǎn)安排一些不相關(guān)的、零散的實(shí)驗(yàn)，難于從系統(tǒng)的角度培養(yǎng)學(xué)員利用計(jì)算機(jī)求解實(shí)際問題的能力。

（2）學(xué)員缺少貫穿課堂和課后的實(shí)踐平臺，課內(nèi)教學(xué)與課外訓(xùn)練無法有機(jī)銜接，導(dǎo)致 “學(xué)無所練”，難以及時(shí)消化所學(xué)知識點(diǎn)、提高實(shí)踐能力。

（3）課堂教學(xué)組織形式上未考慮該課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，理論教學(xué)與實(shí)踐分離實(shí)施，通常是實(shí)踐環(huán)節(jié)滯后于理論教學(xué)，容易造成理論與實(shí)踐脫節(jié)，致使課堂教學(xué)效果不盡理想，無法突出對學(xué)員實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

（4）對學(xué)員實(shí)踐能力缺乏有效的考核手段，難以檢驗(yàn)學(xué)員實(shí)際運(yùn)用程序設(shè)計(jì)語言的能力，考試中側(cè)重對語法知識的檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)成績比重低，甚至出現(xiàn)為應(yīng)付考試“死記硬背”程序的現(xiàn)象，造成“高分低能”的窘境。

依據(jù)教學(xué)實(shí)際中存在的上述問題，筆者所在的課題組圍繞實(shí)踐能力培養(yǎng)，從教學(xué)內(nèi)容組織、實(shí)踐平臺、組訓(xùn)方法、教學(xué)模式、考核評價(jià)等方面開展了《計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程改革與探索。

二、以程序設(shè)計(jì)實(shí)踐能力培養(yǎng)為主線，重組教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)配套實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容組織多采用以語言知識為主線來組織教學(xué)內(nèi)容，其基本教學(xué)內(nèi)容組織和知識點(diǎn)教學(xué)順序一般為：概論→數(shù)據(jù)類型和表達(dá)式→分支→循環(huán)→數(shù)組→函數(shù)→指針→結(jié)構(gòu)→文件。這種教學(xué)內(nèi)容組織形式雖重視了語法知識的完整性，同時(shí)卻限制了課程配套實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)。為了保證理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的同步性，課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)也不得已分別圍繞這些知識點(diǎn)零散展開；與此同時(shí)，學(xué)員的實(shí)踐訓(xùn)練往往變成了編程語言的語法正確性驗(yàn)證與體驗(yàn)，難于培養(yǎng)學(xué)員利用計(jì)算機(jī)從系統(tǒng)的角度求解問題的基本方法和思維模式，學(xué)員實(shí)踐能力得不到有效鍛煉。

筆者圍繞學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)，以程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)進(jìn)程為主線，打破傳統(tǒng)語言模塊的完整性，由淺入深，由簡單到復(fù)雜，循序漸進(jìn)地組織相關(guān)教學(xué)內(nèi)容。新的課程內(nèi)容組織按照：概論→初識程序設(shè)計(jì)→分支與循環(huán)→數(shù)組應(yīng)用→函數(shù)→指針、結(jié)構(gòu)應(yīng)用→遞歸、鏈表結(jié)構(gòu)→文件應(yīng)用的方式進(jìn)行教學(xué)。為使實(shí)驗(yàn)課與理論課程相配套，課題組設(shè)計(jì)了多個(gè)貫穿課程始終的、功能逐步細(xì)化的系統(tǒng)性綜合實(shí)驗(yàn)課題。首先，在“初識程序設(shè)計(jì)”部分，通過簡單、完整的程序使學(xué)員認(rèn)識程序設(shè)計(jì)的基本概貌、并使學(xué)員能盡快進(jìn)入編程實(shí)踐環(huán)節(jié)。然后，依托實(shí)驗(yàn)課題的需求牽引，在實(shí)驗(yàn)中逐步引入分支與循環(huán)、數(shù)組以及函數(shù)的學(xué)習(xí)，使學(xué)員深入理解語句級控制以及模塊化設(shè)計(jì)基本思想，而有關(guān)數(shù)據(jù)類型和表達(dá)式方面有關(guān)的內(nèi)容則通過案例分散到有關(guān)章節(jié)中。最后，在程序設(shè)計(jì)進(jìn)階部分引入指針、結(jié)構(gòu)、遞歸和文件等高級內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)員通過自己的實(shí)踐、一步一步得到了一個(gè)功能豐富、處理優(yōu)化的中等規(guī)模軟件產(chǎn)品，將部分難點(diǎn)內(nèi)容放到課程的后期教學(xué)中，避免內(nèi)容難點(diǎn)干擾學(xué)生對程序設(shè)計(jì)基本思維方法的理解，突出了對學(xué)員實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

三、構(gòu)建基于SPOC的教學(xué)和實(shí)踐支撐平臺

針對課程實(shí)踐操作性強(qiáng)的特點(diǎn)，課題組從教、學(xué)、訓(xùn)、考、賽等五個(gè)方面統(tǒng)籌教學(xué)資源和平臺設(shè)計(jì)，以解放軍理工大學(xué)SPOC（Small Private Online Course）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺為基礎(chǔ)，集成整合了極域電子教室軟件、以及旨在于解決程序設(shè)計(jì)在線評判的自化系統(tǒng)（Online Judge，簡稱OJ）。借助于SPOC網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，為教員和學(xué)員提供課前導(dǎo)學(xué)、課中研學(xué)和課后練學(xué)的在線教學(xué)支撐平臺[3]；線下教學(xué)過程中，充分利用“極域電子教室軟件”的交互教學(xué)功能，將教員講與學(xué)員練緊密結(jié)合，學(xué)員實(shí)踐操作緊跟理論教學(xué)，教員依托系統(tǒng)監(jiān)控學(xué)員的隨堂實(shí)踐，及時(shí)引導(dǎo)學(xué)員自主解決問題，進(jìn)而使其加深對課堂知識點(diǎn)的理解，提高課堂教學(xué)效果；“OJ系統(tǒng)”為學(xué)員進(jìn)行課后自主訓(xùn)練，鞏固課堂教學(xué)效果和課程考核提供技術(shù)支撐，繼而依托該系統(tǒng)為學(xué)員創(chuàng)新競賽提供條件保障，定期舉辦校內(nèi)比賽，并以大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競賽為驅(qū)動，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的興趣，提高學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力。形成了覆蓋教員授課、學(xué)員學(xué)習(xí)、課外自主訓(xùn)練、各階段考核、系列創(chuàng)新競賽等五個(gè)既自成體系又相互關(guān)聯(lián)的教學(xué)環(huán)節(jié)的“五位一體”的線上線下教學(xué)支撐平臺。將學(xué)員的課前預(yù)習(xí)、課堂學(xué)習(xí)、課后訓(xùn)練考核和創(chuàng)新競賽等有機(jī)銜接，真正達(dá)到了“學(xué)有所依、學(xué)有所練”，為學(xué)員能力培養(yǎng)提供教學(xué)和實(shí)踐平臺。endprint

四、改革融“學(xué)訓(xùn)用”于一體的實(shí)踐能力培養(yǎng)教學(xué)組訓(xùn)方式

傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)課教學(xué)組訓(xùn)方式一般以課堂理論教學(xué)為主，實(shí)踐教學(xué)為輔，采用先理論后實(shí)踐的方式進(jìn)行教學(xué)，且實(shí)驗(yàn)課時(shí)比重往往只占總課時(shí)的25%甚至更少，容易造成理論與實(shí)踐脫節(jié)；同時(shí)由于程序設(shè)計(jì)語言內(nèi)容較為抽象、邏輯性強(qiáng)，尤其是數(shù)組、指針、遞歸等內(nèi)容難點(diǎn)較多且容易出錯(cuò)，學(xué)生在有限的實(shí)踐課中難以掌握實(shí)際編程的應(yīng)用，亦難以加深對理論知識的理解，教學(xué)效果不盡如人意。針對這一現(xiàn)狀，課題組開始探索“學(xué)訓(xùn)用”一體的課程教學(xué)組訓(xùn)方式[4]，打破傳統(tǒng)教學(xué)中理論與實(shí)踐課獨(dú)立開設(shè)的局面，使課程全面進(jìn)機(jī)房，將線上學(xué)習(xí)、線下訓(xùn)練、實(shí)踐應(yīng)用三者融為一體。（1）“學(xué)”。依托SPOC 平臺，使學(xué)員擁有更多的學(xué)習(xí)時(shí)間和地點(diǎn)自主選擇權(quán)，學(xué)員在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中有充分的時(shí)間思考和發(fā)散思維，以便在面授教學(xué)中發(fā)生思想碰撞，產(chǎn)生更多新看法。（2）“訓(xùn)”。采用情境化的SPOC 培養(yǎng)實(shí)踐應(yīng)用能力。教員將工作中的實(shí)際問題寓于有意義的問題情境中，學(xué)習(xí)者在實(shí)踐中運(yùn)用所學(xué)知識解決具體的應(yīng)用問題，更有助于實(shí)踐能力的培養(yǎng)。（3）“用”。通過SPOC 和OJ系統(tǒng)跟進(jìn)和反饋學(xué)習(xí)者的實(shí)踐過程，將理論知識與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來，立竿見影的學(xué)習(xí)效果有助于保持學(xué)習(xí)者的持續(xù)學(xué)習(xí)興趣。通過“學(xué)”、“訓(xùn)”、“用”一體化教學(xué)，將理論知識和實(shí)際技能相互融合，輔以前文中介紹的以“程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)進(jìn)程為主線”的內(nèi)容改革，極大促進(jìn)了理論與實(shí)踐教學(xué)的融合，提高了學(xué)員實(shí)踐能力的培養(yǎng)效果。

五、探索基于SPOC的在線與課堂混合學(xué)習(xí)教學(xué)模式

教學(xué)組織上，課題組依托 “五位一體”的教學(xué)支撐平臺，探索了在線學(xué)習(xí)與課堂面對面學(xué)習(xí)的混合學(xué)習(xí)（Blended learnning）模式[5]。采用翻轉(zhuǎn)課堂的模式進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，將SPOC與傳統(tǒng)課堂教學(xué)相融合，實(shí)現(xiàn)線上線下結(jié)合、課內(nèi)課外互補(bǔ)的混合式教學(xué)[6]。教學(xué)準(zhǔn)備階段：教員依據(jù)在線掌握的學(xué)員學(xué)習(xí)需求、SPOC 平臺應(yīng)用的熟練程度以及混合學(xué)習(xí)的態(tài)度，圍繞教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，將教學(xué)目標(biāo)按知識、能力、素質(zhì)要求進(jìn)行分解，確定教學(xué)知識點(diǎn)，區(qū)分適合線上線下學(xué)習(xí)的內(nèi)容單元，并針對每一知識點(diǎn)制作學(xué)習(xí)任務(wù)單、精選SPOC視頻腳本、設(shè)計(jì)課堂及課外教學(xué)內(nèi)容和過程。課前導(dǎo)學(xué)階段：依托SPOC 課程視頻以及學(xué)習(xí)任務(wù)單進(jìn)行課前導(dǎo)學(xué)，借助視頻學(xué)習(xí)可將課堂中的淺層學(xué)習(xí)向課前轉(zhuǎn)移，使學(xué)員在完成課前任務(wù)單的過程中了解學(xué)習(xí)疑難和自身先備知識的掌握情況，還可利用SPOC 論壇、微信等交流平臺快速組建討論小組，交流彼此的收獲以及疑問。課中研學(xué)階段：教員根據(jù)SPOC 平臺記錄的學(xué)生課前探究路徑和數(shù)據(jù)分析結(jié)果了解學(xué)習(xí)疑難，引導(dǎo)學(xué)員對核心知識及其重要問題進(jìn)行多維度探討，對于難以解決的問題，教員適時(shí)加以點(diǎn)撥，能夠促進(jìn)學(xué)員學(xué)習(xí)的觸類旁通。此外，研學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)一般以具體應(yīng)用為牽引，突出程序設(shè)計(jì)思想和方法的培養(yǎng)，例如， 二重循環(huán)對初學(xué)者來說是比較難理解的， 但如果以 求 x2 + y 2 = 2000的正整數(shù)解！這個(gè)例題來要求學(xué)員研學(xué)就要容易得多。這樣既能在較大程度上避免枯燥的語法知識，又能引起學(xué)生的興趣，引導(dǎo)他們接受和理解這些思想和方法，達(dá)到實(shí)踐能力培養(yǎng)的目的。課后練學(xué)階段：教員利用SPOC 平臺布置課后作業(yè)后，學(xué)員依托“OJ系統(tǒng)” 在線提交編程作業(yè)，利用系統(tǒng)的自動評分功能，可以及時(shí)測試代碼的完整性和正確性，顯示詳細(xì)的評分結(jié)果；學(xué)生甚至可以獲得比助教更加詳細(xì)的信息反饋，還有機(jī)會重新提交、不斷完善設(shè)計(jì)應(yīng)用程序，提高對課程知識和技能的掌握程度。

六、創(chuàng)新多元化綜合考核評價(jià)體系

原有的課程教學(xué)中，缺乏對學(xué)員實(shí)踐能力進(jìn)行考核的有效手段，考試中側(cè)重對語法知識的檢驗(yàn)，甚至出現(xiàn)為應(yīng)付考試“死記硬背”程序的現(xiàn)象，造成“高分低能”的窘境。課題組改變以往重知識、輕能力考核方式，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐能力考核，將考核重點(diǎn)由語法規(guī)則轉(zhuǎn)移到語法運(yùn)用與編程實(shí)現(xiàn)上，促進(jìn)學(xué)員將學(xué)習(xí)的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向?qū)嵺`能力的提升。課題組構(gòu)建了“語法+思維+實(shí)踐+創(chuàng)新”評價(jià)體系，綜合以語法為主的理論考試、思維鍛煉為主的平時(shí)在線作業(yè)、能力為主的實(shí)驗(yàn)考核以及拓展提高的創(chuàng)新競賽的表現(xiàn)，對學(xué)員能力進(jìn)行全方位考核。將原有的理論80%+實(shí)驗(yàn)20%的分值比例調(diào)整為理論30%、平時(shí)10%、實(shí)驗(yàn)60%+創(chuàng)新競賽10%（附加分值）。在實(shí)驗(yàn)考核方面，提出了“自動評價(jià)+質(zhì)詢”的考核方式。依托“程序設(shè)計(jì)在線自動評判系統(tǒng)”，學(xué)員通過在線提交答卷，系統(tǒng)進(jìn)行自動評測和代碼相似性檢查，提高了考核與評卷效率，杜絕了實(shí)驗(yàn)考核中相互抄襲的現(xiàn)象；同時(shí)，輔以教員質(zhì)詢，杜絕了學(xué)員死記硬背語法規(guī)則和程序代碼的應(yīng)考方式。

七、結(jié)語

《計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程改革與探索，緊扣軍隊(duì)信息化建設(shè)對人才培養(yǎng)的需求，正確把握計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程的發(fā)展趨勢，緊密圍繞實(shí)踐能力的培養(yǎng)，探索出了一條適合本課程教學(xué)的改革之路。本改革方案從2015年秋季學(xué)期開始試點(diǎn)，在學(xué)期末對該課程的問卷調(diào)查中發(fā)現(xiàn)100%的學(xué)員認(rèn)可新的教學(xué)模式和教學(xué)方法，希望加以推廣；教學(xué)改革試點(diǎn)班中8名學(xué)員參加2016年 “藍(lán)橋杯”全國軟件專業(yè)人才設(shè)計(jì)與創(chuàng)業(yè)大賽獲江蘇省賽區(qū)一、二等獎；試點(diǎn)班學(xué)員在二年級參加2016年全國計(jì)算機(jī)等級考試的通過比例為94%，而同期其他班次通過率為27.5%。因教學(xué)成果顯著，該課程分別獲評2015、2016年度解放軍理工大學(xué)優(yōu)秀教改課。因此，該改革方案可為其他計(jì)算機(jī)類課程的教學(xué)提供借鑒。

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（編輯：郭桂真）endprint