MOOC環(huán)境下程序設(shè)計(jì)語言類課程教學(xué)改革探索

徐科，孫媛

（1.中南民族大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，武漢430074；2.湖北中醫(yī)藥大學(xué)科學(xué)技術(shù)處，武漢430065）

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)Web2.0和云計(jì)算等技術(shù)的成熟以及知識(shí)傳播的日益全球化，教學(xué)形式呈現(xiàn)多樣化，以慕課（Massive Open Online Course，MOOC）為代表的在線學(xué)習(xí)平臺(tái)是一種新的教育模式[1]。國際慕課平臺(tái)edX、Coursera、Udacity和國內(nèi)慕課平臺(tái)學(xué)堂在線（Xu?etangX）、好大學(xué)在線等在線學(xué)習(xí)平臺(tái)吸引了近千萬用戶參與學(xué)習(xí)，慕課理念與實(shí)踐獲得包括哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、北京大學(xué)和清華大學(xué)等國內(nèi)外優(yōu)秀大學(xué)的認(rèn)同。慕課具有免費(fèi)性、開放性、易用性、大規(guī)模和學(xué)習(xí)資源豐富的特點(diǎn)，面向?qū)W習(xí)者提供在線教學(xué)視頻、習(xí)題作業(yè)、測(cè)驗(yàn)練習(xí)及交互式討論區(qū)，突破學(xué)習(xí)時(shí)間和學(xué)習(xí)場(chǎng)所等限制，讓學(xué)習(xí)者可以更方便地獲取知識(shí)[2-3]。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者更多自主地學(xué)習(xí)知識(shí)和參與討論，形成創(chuàng)造性和自主性的知識(shí)學(xué)習(xí)社交網(wǎng)絡(luò)，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者相互交流和傳播知識(shí)，相互促進(jìn)和共同進(jìn)步[4-5]。

針對(duì)高校計(jì)算機(jī)課程的教學(xué)現(xiàn)狀和面臨的問題，諸多學(xué)者論述了大學(xué)計(jì)算機(jī)課程進(jìn)行教學(xué)改革的必要性，從內(nèi)容、模式和考核等方面提出改革建議。文獻(xiàn)[6]以學(xué)生為主體，分層次、分模塊、有針對(duì)性地劃分教學(xué)內(nèi)容，運(yùn)用MOOC和SPOC等教育新模式，對(duì)教學(xué)和考核進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。高校程序設(shè)計(jì)語言類課程的學(xué)習(xí)具有實(shí)用性、普及性等特點(diǎn)，計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言是MOOC平臺(tái)的開設(shè)的重要課程之一。王之元探討運(yùn)用MOOC工具同課堂教學(xué)相結(jié)合進(jìn)行課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)。從概念圖、學(xué)習(xí)目標(biāo)、主動(dòng)學(xué)習(xí)和評(píng)價(jià)等4個(gè)方面開展研究，提出具體建議和操作方法[7]。文獻(xiàn)[8]結(jié)合Java教學(xué)實(shí)踐，討論MOOC平臺(tái)選擇和資源建設(shè)需要注意的問題，探討MOOC與課堂教學(xué)的有效融合，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。鄭煒分析了MOOC在西北工業(yè)大學(xué)的《軟件測(cè)試》課程的實(shí)踐情況，提出結(jié)合MOOC的軟件測(cè)試課程教學(xué)方法[9]。文獻(xiàn)[10]分析MOOC對(duì)數(shù)據(jù)庫原理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的影響，并從實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)、內(nèi)容、教學(xué)方法等方面，提出數(shù)據(jù)庫原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)建議。MOOC還被用于高校創(chuàng)業(yè)教育課程，在教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)，采用MOOC、實(shí)驗(yàn)拓展和反饋調(diào)試等3種模式，構(gòu)建一個(gè)多層次、模塊化的理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐環(huán)境，豐富教學(xué)效果，更好地指導(dǎo)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)[11]。

1 程序語言設(shè)計(jì)類課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

當(dāng)前，計(jì)算機(jī)學(xué)科知識(shí)發(fā)展日新月異，編程語言不斷推陳出新。1972年，C語言由美國貝爾實(shí)驗(yàn)室推出，它可以編寫系統(tǒng)應(yīng)用程序，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語言。1983年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室Bjarne在C語言基礎(chǔ)上推出C++，它是一種面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言。1995年，Sun公司推出Java語言，它具有卓越的通用性、高效性、平臺(tái)移植性和安全性。1989年，Guido發(fā)明Python語言，它的語法簡潔而清晰，具有豐富和強(qiáng)大的類庫。

程序設(shè)計(jì)語言類課程是計(jì)算機(jī)學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課程，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果直接影響后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。目前，程序設(shè)計(jì)語言類課程教學(xué)主要面臨以下幾個(gè)問題：（1）教學(xué)思想和方式陳舊。教學(xué)方式主要以書本為核心、以教師為主導(dǎo)、以課堂為中心，這種單純知識(shí)傳授的教學(xué)模式可以快速和系統(tǒng)地傳遞知識(shí)，但這種“灌輸”方法不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力和創(chuàng)新思維。培養(yǎng)具有創(chuàng)造能力的人才，需要改變傳統(tǒng)的教學(xué)方法。（2）學(xué)習(xí)者主動(dòng)性缺失。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，學(xué)生是被動(dòng)接受的“聽眾”群體，忽視調(diào)動(dòng)學(xué)生主觀能動(dòng)性。在課堂之外，由于各種因素導(dǎo)致教師和學(xué)生雙向交流不足，造成學(xué)生雖在課堂但沒有進(jìn)入到學(xué)習(xí)狀態(tài)的現(xiàn)象。（3）理論教學(xué)脫離實(shí)踐。理論教學(xué)過于強(qiáng)調(diào)語法知識(shí)、注重語法細(xì)節(jié)，導(dǎo)致知識(shí)講授抽象、枯燥和無味。特別是低年級(jí)學(xué)生大多數(shù)初次接觸編程語言，往往難以理解和接受，導(dǎo)致教學(xué)成效不佳。

2 MOOC為程序語言設(shè)計(jì)類課程教學(xué)帶來的影響

國內(nèi)外高校的課堂教學(xué)模式有著較大的不同，美國高校針對(duì)低年級(jí)學(xué)生采用課堂教學(xué)和小組討論模式，針對(duì)高年級(jí)學(xué)生采用開放式課堂教學(xué)模式，程序設(shè)計(jì)類課程往往需要獨(dú)立完成項(xiàng)目實(shí)踐。英國高校主要形式是學(xué)生閱讀相關(guān)內(nèi)容，作課堂匯報(bào)，教師會(huì)提出問題，學(xué)生就問題在課后繼續(xù)查閱文獻(xiàn)資料，準(zhǔn)備下一次匯報(bào)。國外高校教師授課是以講座和研討會(huì)的形式進(jìn)行，課程對(duì)學(xué)生能力的考核包括資料查閱、方案設(shè)計(jì)、社交能力、協(xié)助精神、領(lǐng)導(dǎo)力和表達(dá)能力等方面。國內(nèi)高校教學(xué)模式主要是傳統(tǒng)課堂講授形式，受制于師資力量和教學(xué)資源限制，針對(duì)本科生的課堂教學(xué)暫時(shí)無法實(shí)施開放式課堂教學(xué)模式，但是在研究生階段的諸多課程采用課堂匯報(bào)和分組討論形式。由此可見，國外教學(xué)模式的特點(diǎn)是“學(xué)生為中心”和“重視合作學(xué)習(xí)”，國內(nèi)在逐步向這種教學(xué)方式轉(zhuǎn)變。MOOC是促進(jìn)和加速這種教學(xué)方式改變的重要工具。

MOOC的迅猛發(fā)展，其教學(xué)效果受到越來越多的關(guān)注。但慕課針對(duì)學(xué)習(xí)者不限制選修條件，由于學(xué)習(xí)者的基礎(chǔ)知識(shí)參差不齊，導(dǎo)致慕課注冊(cè)率高但完成率低[12]。相關(guān)研究對(duì)當(dāng)前部分高校在主流慕課平臺(tái)的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，雖然有課程完成率能達(dá)到40%的情況，但大部分課程完成率不到10%[13]。慕課的高輟學(xué)率和未通過率，是困擾當(dāng)前包括MOOC在內(nèi)的在線教育面臨的重大難題。提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果是勢(shì)在必行，諸多研究通過對(duì)在線學(xué)習(xí)行為與學(xué)習(xí)效果的關(guān)系進(jìn)行實(shí)證研究，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為對(duì)學(xué)習(xí)效果有著重要影響[14-15]。哈佛大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校等全球頂尖高校提出一種比慕課更精細(xì)化的課程教學(xué)模式——SPOC（Small Private Online Course，小規(guī)模限制性在線課程，微課）[16]，這類課程的人數(shù)規(guī)模一般限制在幾十人到幾百人，要求學(xué)習(xí)者滿足一定門檻要求。微課同慕課一樣屬于免費(fèi)在線課程，是融合了實(shí)體課堂與在線教育的混合教學(xué)模式[12,17]。

MOOC為學(xué)習(xí)者提供一種新的知識(shí)傳播模式和學(xué)習(xí)方式，給學(xué)習(xí)者帶來影響是多方面的：（1）滿足學(xué)習(xí)個(gè)性化需求。慕課促使學(xué)習(xí)者從被動(dòng)型和功利性學(xué)習(xí)環(huán)境中解脫，讓他們體驗(yàn)到非功利性的學(xué)習(xí)興趣，形式靈活的微課更貼近新時(shí)代大學(xué)生的個(gè)性化需求和學(xué)習(xí)習(xí)慣。（2）提高學(xué)習(xí)的自主性。慕課教學(xué)模式給學(xué)習(xí)者更大的靈活自主性，他們可以自主選擇學(xué)習(xí)時(shí)間和地點(diǎn)，隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)短視頻微課；在較好的學(xué)習(xí)狀態(tài)時(shí)，選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)進(jìn)度、視頻的觀看次數(shù)，實(shí)現(xiàn)按需學(xué)習(xí)。（3）增加學(xué)習(xí)交流互動(dòng)。慕課給學(xué)習(xí)者提供更多參與學(xué)習(xí)活動(dòng)和互動(dòng)交流的機(jī)會(huì)，例如：在線練習(xí)、作業(yè)互評(píng)、學(xué)習(xí)社區(qū)中的交流討論。學(xué)習(xí)者與其他學(xué)習(xí)者、教師等通過平臺(tái)進(jìn)行交流互動(dòng)，突破只能當(dāng)面向教師提問題的限制，增加學(xué)習(xí)交流互動(dòng)的機(jī)會(huì)。

3 MOOC環(huán)境下程序語言設(shè)計(jì)類課程教學(xué)改革方法

程序語言設(shè)計(jì)類課程教學(xué)改革，主要從在線學(xué)習(xí)環(huán)境、課堂教學(xué)手段、考核方式等三方面著手。通過兩個(gè)學(xué)期的實(shí)踐，以《C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》課程教學(xué)為試點(diǎn)，進(jìn)行教學(xué)模式改革探索和實(shí)踐。

3.1在線學(xué)習(xí)環(huán)境

根據(jù)計(jì)算機(jī)類專業(yè)學(xué)生的實(shí)際情況，借鑒微課的教學(xué)模式，課程學(xué)習(xí)流程分為幾個(gè)環(huán)節(jié)：（1）課前根據(jù)任務(wù)開展在線自主學(xué)習(xí)，觀看視頻、學(xué)習(xí)資料，并進(jìn)行提問。（2）課堂上根據(jù)學(xué)生的掌握程度，有針對(duì)性地講解和討論，選取重點(diǎn)案例剖析。（3）課后在線提交作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和項(xiàng)目材料。

在國家精品課程資源網(wǎng)（http：//www.jingpinke.com）上，選擇浙江工業(yè)大學(xué)的錢能老師開設(shè)的《C++程序設(shè)計(jì)》精品課程作為本課程的學(xué)習(xí)資料。在2017年至2018年的第1個(gè)學(xué)期和第2個(gè)學(xué)期，我們?cè)赑TA程序設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)平臺(tái)（https：//pintia.cn/），分別創(chuàng)建了《C++藍(lán)橋杯競賽編程》和《C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》兩門課程的在線學(xué)習(xí)課程練習(xí)模塊，前者是面向2014級(jí)至2016級(jí)計(jì)算機(jī)專業(yè)的選修課，后者是面向2017級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)必修課，見圖1所示。

圖1 在PTA平臺(tái)開設(shè)的課程練習(xí)題目集

3.2課堂教學(xué)手段

國外CDIO工程教育理念將課堂教學(xué)劃分為構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate）等環(huán)節(jié)[18]，涵蓋培養(yǎng)計(jì)劃、教學(xué)方法、師資、學(xué)生考核以及學(xué)習(xí)環(huán)境等方面，以期達(dá)到“做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目的教育和學(xué)習(xí)”的目標(biāo)。根據(jù)計(jì)算機(jī)專業(yè)的程序語言設(shè)計(jì)類課程的相關(guān)要求，考慮學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)特點(diǎn)，我們的課堂教學(xué)采用了以下多種教學(xué)手段相結(jié)合。

（1）課后視頻回看與小結(jié)。針對(duì)上課沒聽懂的內(nèi)容，要求學(xué)生在課后通過觀看MOOC教學(xué)視頻來補(bǔ)救和復(fù)習(xí)，并且需要簡要進(jìn)行小結(jié)。（2）課前預(yù)習(xí)與提問。針對(duì)即將學(xué)習(xí)的內(nèi)容，要求學(xué)生在課前觀看MOOC視頻進(jìn)行預(yù)習(xí)，并且要能夠提出問題，在任課教師課堂講授時(shí)候進(jìn)行回復(fù)或者提問；帶著教師在課堂提出的問題在課后去回看MOOC視頻，達(dá)到更有效率和有針對(duì)性學(xué)習(xí)。（3）自主在線練習(xí)。在PTA程序設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)平臺(tái)定期發(fā)布在線訓(xùn)練題目和自主測(cè)試作業(yè)，給學(xué)生提供更多編程鍛煉機(jī)會(huì)，培養(yǎng)他們的自主學(xué)習(xí)能力。（4）自我評(píng)價(jià)與反饋。在線作業(yè)允許學(xué)生多次提交，采納最高分作為最終成績，學(xué)生提交后發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后可再提交。每一次提交的錯(cuò)誤結(jié)果反饋，可以大概指出問題所在，促使學(xué)生在多次作業(yè)提交中強(qiáng)化所學(xué)的知識(shí)，達(dá)到自動(dòng)反饋與自我評(píng)價(jià)，達(dá)到“在學(xué)中做，并在做中學(xué)”的學(xué)習(xí)效果。（5）項(xiàng)目實(shí)踐驅(qū)動(dòng)教學(xué)。挑選一些有趣、有實(shí)際意義、難度適中的“任務(wù)”或經(jīng)典算法以項(xiàng)目實(shí)踐形式布置給學(xué)生。先將課程中抽象的概念與實(shí)踐任務(wù)結(jié)合起來，以此加深對(duì)概念的理解，再將課程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)分解，適時(shí)、適量地滲透到各個(gè)任務(wù)中，讓學(xué)生循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的思想和方法。

MOOC環(huán)境下程序語言設(shè)計(jì)類課程教學(xué)，要能夠保持學(xué)生參與學(xué)習(xí)的持續(xù)性。通過MOOC平臺(tái)提供豐富的學(xué)習(xí)資源給學(xué)生，通過在線練習(xí)平臺(tái)給學(xué)生提供訓(xùn)練機(jī)會(huì)，通過互動(dòng)討論及時(shí)答疑解惑。在線上和線下學(xué)習(xí)過程中，提供一些幫助和指導(dǎo)可以幫助學(xué)生克服困難、保持興趣。除了教師的答疑之外，可以鼓勵(lì)學(xué)有余力的學(xué)生參與答疑、討論、互動(dòng)，來提升學(xué)習(xí)體驗(yàn)、學(xué)習(xí)效果。

3.3考核方式

課程考核是檢驗(yàn)教學(xué)效果和學(xué)生掌握水平的有效方式。計(jì)算機(jī)類專業(yè)的C、C++、Java和Python等程序設(shè)計(jì)語言是強(qiáng)調(diào)操作性、實(shí)踐性的課程，要求學(xué)以致用和解決實(shí)際問題。本課程的考核擬采用理論卷面考試、上機(jī)實(shí)驗(yàn)考試與在線練習(xí)考核相結(jié)合的方式。本文探討《C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》課程的考核成績由3個(gè)部分構(gòu)成：（1）平時(shí)課堂情況：包括考勤、課堂討論、回答提問、實(shí)驗(yàn)題解答、綜合項(xiàng)目完成情況。（2）理論卷面考試成績，主要考察基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況，題目類型包括選擇題、判斷題、填空題、程序結(jié)果分析、編程題等。（3）在線練習(xí)成績，在PTA程序設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)平臺(tái)完成作業(yè)的情況。

3.4教學(xué)改革效果分析

本文將選修了《C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》的4個(gè)小班的學(xué)生作為研究對(duì)象，分為試驗(yàn)組和對(duì)照組，每組兩個(gè)小班。試驗(yàn)組的教學(xué)采用MOOC和SPOC資源，在PTA程序設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行在線練習(xí)。對(duì)照組采用傳統(tǒng)教學(xué)方式。在數(shù)據(jù)預(yù)處理環(huán)節(jié)，考慮到對(duì)比的可信度，將兩組學(xué)生都限定為該課程的初學(xué)者，將選修學(xué)生中非應(yīng)屆初修者的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)剔除。

兩組學(xué)生的教學(xué)手段略有不同，但是教學(xué)進(jìn)度相同。試驗(yàn)組的學(xué)生被要求在PTA程序設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行三次在線練習(xí)，每次練習(xí)題目根據(jù)前一階段的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)定，每次練習(xí)題目集由判斷題、選擇題、函數(shù)題、編程題等幾種題型構(gòu)成。三次在線練習(xí)考核的知識(shí)模塊和知識(shí)點(diǎn)的分值情況、學(xué)生答題情況、得分率，依次見表1、表2、表3所示。

表1 第一次在線練習(xí)考核的知識(shí)點(diǎn)得分情況

表2 第二次在線練習(xí)考核的知識(shí)點(diǎn)得分情況

表3 第三次在線練習(xí)考核的知識(shí)點(diǎn)得分情況

表4 試驗(yàn)組期末考試卷面成績統(tǒng)計(jì)分析

三次在線練習(xí)題目覆蓋了《C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》的知識(shí)點(diǎn)，針對(duì)知識(shí)點(diǎn)得分情況的統(tǒng)計(jì)分析，可以分析學(xué)生整體的掌握情況。通過分析學(xué)生答題過程提交答案的時(shí)間、次數(shù)、頻率等，可以微觀分析每位學(xué)生針對(duì)相關(guān)知識(shí)的掌握情況。

本文選擇期末考試卷面成績來分析兩組學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，試驗(yàn)組期末考試卷面成績統(tǒng)計(jì)分析見表4所示，對(duì)照組期末考試卷面成績統(tǒng)計(jì)分析見表5所示。試驗(yàn)組學(xué)生的平均分為74.67，對(duì)照組學(xué)生的平均分為71.86；前者的優(yōu)秀率為17%，后者的優(yōu)秀率為10%?？傮w來說，試驗(yàn)組學(xué)生的表現(xiàn)優(yōu)于對(duì)照組學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)。兩組學(xué)生均來自2017級(jí)相同專業(yè)的學(xué)生，任課教師也相同，學(xué)生的選擇哪個(gè)班級(jí)課堂進(jìn)行學(xué)習(xí)，是他們自由選擇。實(shí)驗(yàn)對(duì)照結(jié)果表明，采用MOOC和SPOC教學(xué)模式有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

表5 對(duì)照組期末考試卷面成績統(tǒng)計(jì)分析

4 結(jié)語

采用MOOC和SPOC教學(xué)模式的班級(jí)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中具有更大的優(yōu)勢(shì)，講授內(nèi)容可以隨時(shí)重復(fù)，得以加深鞏固知識(shí)；在線練習(xí)過程和結(jié)果，可以方便教師查看，給出有針對(duì)性的學(xué)習(xí)建議；在討論區(qū)與教師、同學(xué)有效互動(dòng)，提高答疑的效率。因此，計(jì)算機(jī)類專業(yè)程序設(shè)計(jì)類課程可以嘗試采用MOOC和SPOC模式，它能提升教學(xué)效果，加深學(xué)生對(duì)問題的理解和提高學(xué)習(xí)效果。MOOC環(huán)境下的程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)，采用MOOC和SPOC方式改變傳統(tǒng)的教學(xué)手段，融合線上和線下的混合式教學(xué)，在高校課堂中的應(yīng)用切實(shí)可以提高教與學(xué)的質(zhì)量。