基于大數(shù)據(jù)過程評價的計算思維C語言混合式教學模式探究

王嘯楠，雷大正

（安徽信息工程學院 計算機與軟件工程系，安徽 蕪湖 241000）

2006年3月，美國卡內(nèi)基·梅隆大學計算機科學系周以真（JeannetteM.Wing）教授在美國計算機權威期刊Communications of the ACM上提出了“計算思維”(Computational Thinking)的概念和詳細定義[1].在這樣的背景下，陳國良院士和李廉教授發(fā)起并組織了若干次關于“計算思維”的研討會，對什么是“計算思維”及計算思維與理論思維、實驗思維的關系給出了科學的論述.可以說大家已經(jīng)形成了“大學計算機”課程的核心價值就是培養(yǎng)學生的“計算思維”，應該以計算思維為導向進行大學計算機課程改革的共識，面向“計算思維”的大學計算機教育的基本思路已經(jīng)深入人心[2].

因此，作為所有計算機專業(yè)甚至其他理工類專業(yè)課程的前驅(qū)課程，面向從未接觸過計算機編程語言的低年級學生，如何快速的讓學生掌握計算機科學基本概念，培養(yǎng)其計算思維以及編程能力，我們做了一次大膽的嘗試，即將計算機科學基本概念和實際編程語言進行相結(jié)合，形成計算思維C語言綜合性課程.

1 課程現(xiàn)狀分析

目前，計算思維導論課程在國內(nèi)只有少數(shù)幾個學校開設.很多學校都是在學生沒有對計算機科學的基本概念掌握上，直接進行編程語言（大多數(shù)學校開設課程為C語言）的學習，這樣容易導致學生對編程語言理解的困難，需要很長一段時間進行適應.大部分學校在對計算機科學概念介紹時，也只是停留在概念的區(qū)別上，沒有采用有效的實踐進行深刻的體會.并且，從學生的實際情況來看，大部分學生在《計算思維導論（C語言）》課程之前沒有編程基礎，C語言對于學生來說屬于入門學科，而在一門入門課程中不僅要完成知識點的學習，并且實現(xiàn)兩種思維的轉(zhuǎn)換，這種教學效果是不理想的.

總體來說，傳統(tǒng)的課程教學現(xiàn)狀主要存在以下四個問題：

1.1 教學過程缺乏學生自主學習能力的培養(yǎng)

大部分學生在課前沒有準備工作，有的只是對新內(nèi)容簡單預習，有的甚至不做預習工作，并且課上更多的是以老師講授為主，學生缺乏自主思維的能力，在課堂上總是被動接受知識，所以課堂效率低，授課效果不是很理想.而在當下，尤其是計算機行業(yè)相關的技術可以說是日益更新，學生必須具有自主學習的能力，能夠不斷學習新的技術才能在計算機行業(yè)得以立足，因此在總的課程培養(yǎng)中應將學生自主學習能力的培養(yǎng)放在首要位置.

1.2 課程資源內(nèi)容老舊，缺乏綜合性

主要是兩個方面，第一點缺少思維的培養(yǎng)，課程資源中需引入數(shù)學或物理模型，提高學生邏輯思維和建模的能力，第二點C語言部分主要是培養(yǎng)學生編程的感覺，建立模塊化的思維方式，所以課程內(nèi)容上應進行調(diào)整，讓學生在編程的開始就具有函數(shù)化的思維方式，另外學生的實踐環(huán)節(jié)應增加.

1.3 缺少綜合性過程考核

傳統(tǒng)的考核采用“一考定合格”的方式，但是這種方式的考核，存在一定的弊端，期末考試側(cè)重理論知識的考核，不能檢測學生綜合項目開發(fā)的能力以及整門課程學習過程的學習情況，而且大多數(shù)學生都是以考前瘋狂背誦記憶的方式應對，所以從傳統(tǒng)的角度考慮是不合理的，因此《計算思維導論（C語言）》課程應采用過程考核的方式，從多個維度考核學生的整體素質(zhì).

1.4 無法滿足學生學習過程中個性化需求

學生在學習的過程中，結(jié)合自身學習差異性，每個人的學習情況均不相同，對同一個知識，每個人的掌握情況也是不同的，而現(xiàn)有的教學資源不能針對性的向?qū)W習者提供個性化的學習資源用于鞏固提升.

為解決上述問題，在此次新的課程實施過程中，通過建設信息化教學服務平臺形成“教學練管”新閉環(huán)管理模式，深入推進混合式教學模式、過程考核評價和特色教學資源體系等一系列改革，構(gòu)建完整的課程支撐體系.

圖1 計算思維導論C語言課程實施框架圖

2 以精品資源建設為支撐的教學改革

2.1 合理定位實施群體，明確課程改革目標

課程設計緊密圍繞學院規(guī)劃及應用型人才培養(yǎng)定位，通過建設信息化教學服務平臺（智慧學習平臺），深入推進教學模式、教學考核評價和資源體系改革，講師理論授課與學生實際操作課時達到1：5，真正落實“以學為主”的教學模式，建立以學習者為中心的個性化學習體系.

2.2 重構(gòu)知識能力體系，形成特色教學資源

針對培養(yǎng)目標進行整體知識能力體系的重構(gòu)，同時考慮到當前國內(nèi)已有的關于計算思維課程或者C語言課程的教材均為獨立單一的，目前市場上并無一本適用于該門課程的指導教材，因此需要由專業(yè)師資隊伍實現(xiàn)一系列高度匹配的特色系列教學材料，例如實施計劃表、學習指南等，以替換部分傳統(tǒng)教學資源，從根本上解決市場現(xiàn)有資源與實際課程不匹配的現(xiàn)象，為后期實施混合式教學模式改革奠定基礎.

表1 特色系列教學材料功能一覽表

2.3 建設信息化教學服務平臺，實現(xiàn)“教學管練”閉環(huán)新模式

建設信息化教學服務平臺，依據(jù)大數(shù)據(jù)思維構(gòu)建知識技能圖譜，將知識能力與學習任務、考核、學習行為數(shù)據(jù)維度進行建模，針對每一名學生規(guī)劃和設置成長路徑.通過大數(shù)據(jù)分析、處理能夠可視化學生成長地圖，可以對整個學習過程提供大量的反饋和精準預警，對教學過程進行優(yōu)化、對異常情況采取補救措施.

圖2 學生平臺自主學習在線時段分布圖

（1）教，包含最新的行業(yè)學習資源，打破傳統(tǒng)教學，全面實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂.

（2）學，引導式任務驅(qū)動模式，改變學習習慣，成功實現(xiàn)學生依賴轉(zhuǎn)換.

（3）管，讓學生全過程學習結(jié)果、學習行為和狀態(tài)數(shù)據(jù)透明，形成輔導員與講師課內(nèi)外學習協(xié)同管理閉環(huán)式機制.

（4）練，結(jié)合學生自身學習程度差異，自適應推送學習與練習任務，隨機出題，杜絕抄襲.

2.4 基于大數(shù)據(jù)過程評價的可持續(xù)教學內(nèi)容設計

為避免出現(xiàn)課程中注重語法講解，而沒有通過實踐培養(yǎng)學生抽象和建模的能力，著重在教學內(nèi)容上引入數(shù)學和物理知識，引導學生自主分析問題和建模的能力；以項目化實戰(zhàn)的方式，培養(yǎng)學生計算思維和編程感覺的建立.

（1）基于個性化學習方式，實現(xiàn)個性化學習內(nèi)容推薦以及個性化學習模式的建立.結(jié)合信息化平臺自適應練習推送功能，構(gòu)建兩種學習模式：普通模式和學霸模式.普通模式只需學習基礎章節(jié)，并且每個章節(jié)中只學習初級資源和中級資源；學霸模式需要學習基礎章節(jié)中初中高三個等級的資源，并且還要學習擴展章節(jié).其中基礎章節(jié)分為：C語言入門、簡易計算器案例引入與分析、C語言輸入與輸出、函數(shù)、運算符、C語言基本邏輯、編程規(guī)范、數(shù)組、指針；擴展章節(jié)：枚舉、結(jié)構(gòu)體、文件.

（2）基于能力導向應用型人才培養(yǎng)要求分解，合理設計迭代式教學案例.課程涉及3個綜合案例，且3個案例難易程度及作用均不同.首先通過第一個綜合案例引入函數(shù)化的思維模式，從輸入、處理、輸出三個維度引導學生分析項目需求，從而使學生形成模塊化的思維方式，然后隨著項目需求的擴大，提出問題并引出新的知識；第二個綜合案例主要用于配合第一個案例，學生通過第一個綜合案例學習知識，同步的通過第二個綜合案例鞏固和提升能力，在難度上，第二個綜合案例比第一個綜合案例要難，其業(yè)務邏輯較第一個更為復雜；第三個綜合案例是學生在學完整門課程后的一個綜合大項目，案例給出項目需求，要求學生自主進行需求分析和詳細設計，最后通過C語言實現(xiàn)項目.

（3）基于引導式及項目化驅(qū)動學習方式，合理設計教學內(nèi)容.改變傳統(tǒng)知識接收方式，引入函數(shù)化的思維方式.函數(shù)化的思維方式需要培養(yǎng)學生將一個大的項目進行模塊化劃分的能力，函數(shù)的關鍵在于輸入處理輸出這樣三個部分，因而課程將采用學生比較熟悉又易于理解的生活場景出發(fā)，然后通過項目需求的擴大，不斷的學習新的知識，進行版本的迭代.

（4）課程資源中引入初等數(shù)學知識和物理模型，提高學生分析問題和建模的能力.為鍛煉學生模型構(gòu)建能力，在課程中引入初等數(shù)學知識和物理模型，將涉及的初等數(shù)學、物理知識的范圍包括一元、二元方程組、一元、二元不等式、最優(yōu)盈利、分解質(zhì)因數(shù)、數(shù)列、最大公約數(shù)、最小公倍數(shù)、階乘、排列組合、幾何、運動軌跡、擲球模型、波形圖、小球碰撞等.引導學生分析問題和建模的能力，然后使用C語言自動化實現(xiàn)，從而改變以往C語言只學語法，不能鍛煉學生思維能力的問題.

2.5 引入助教機制，全面構(gòu)建翻轉(zhuǎn)課堂

區(qū)別以往的教學模式，在整個教學過程中，側(cè)重學生個人學習能力的培養(yǎng)，老師，助教的角色演變?yōu)榧夹g的指導者，幫助學生解決學習中的問題.因此整體課程學習模式為“學生自主學習，學習服務平臺支撐，老師、助教輔助，梯形團隊管理”，主講老師大班理論、重難度講解，助教小班作業(yè)輔導.

圖3 基于大數(shù)據(jù)學習服務平臺的翻轉(zhuǎn)課程實施流程圖

在該模式中，講師、助教和輔導員承擔不同的角色和職責，講師角色定位于解決學生學習質(zhì)量問題，制定引導式計劃、查看平臺數(shù)據(jù)、整理授課內(nèi)容、助教相關任務安排；助教角色定位于提升學生自主學習質(zhì)量，針對自主學習進行輔導答疑，督促學生提交線下作業(yè)，督促學生完成學習計劃；輔導員主要協(xié)助解決學生不學問題，跟蹤不學學生情況并及時反饋給主講老師.

2.6 建立嚴格的面向應用能力的綜合性過程考核機制

延續(xù)大部分高校傳統(tǒng)的教考分離制，強化課程過程性考核，通過考試的導向性作用激發(fā)學生自主學習的動力，使得考核更具有全面性和綜合性.整體考核分為5大部分，分別是：

3 總結(jié)

我院《計算思維導論》課程于2015年被安徽省教育廳立項為省級精品課程.為了支持課程的實踐教學改革，培養(yǎng)學生的編程實踐能力和自主學習能力，歷經(jīng)多年的不斷努力，建設了全方位、多元化的實踐教學支撐環(huán)境，覆蓋了課堂以外的各個教學環(huán)節(jié)，如在線平臺學習、線上線下作業(yè)、答疑討論、機上考試與自動閱卷等，形成了一系列可持續(xù)的精品課程資源.

通過對學生進行調(diào)查問卷顯示，我院學生對該門課程教學改革模式的認可度達到90%，對學習平臺中的教學資源滿意度達到91%，對助教滿意度達到100%，并表示希望其他課程均引入助教協(xié)助教學模式.目前該門課程教學模式已在我院推廣同類型課程累計85門.

參考文獻：

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