“在線平臺(tái)+實(shí)踐驅(qū)動(dòng)”模式下的程序類課程實(shí)踐教學(xué)研究

程序設(shè)計(jì)類課程是大學(xué)本科網(wǎng)絡(luò)空間安全和計(jì)算機(jī)等相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課程或者核心課程，具備強(qiáng)烈的實(shí)踐性和應(yīng)用性[1]。此類課程要求學(xué)生通過實(shí)踐性教學(xué)，掌握編程語言知識(shí)和編程技術(shù)，掌握程序設(shè)計(jì)的思想和方法，擁有利用編程語言解決實(shí)際問題的能力。微軟公司首席法務(wù)官Brad Smith已經(jīng)把計(jì)算機(jī)科學(xué)提升到國家戰(zhàn)略的高度，并呼吁制定更具競爭力的教育策略[2]。國務(wù)院《關(guān)于印發(fā)“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃的通知》明確指出，“要面向云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新需求開展操作系統(tǒng)等關(guān)鍵基礎(chǔ)軟硬件研發(fā)，扭轉(zhuǎn)我國基礎(chǔ)信息產(chǎn)品在自主保障等方面的被動(dòng)局面”[3]。為“踐行國家戰(zhàn)略，助力創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”，“張江杯”“百度之星”“華為軟件精英挑戰(zhàn)賽”等相關(guān)程序設(shè)計(jì)大賽也蓬勃展開。因此，圍繞國家戰(zhàn)略和《教育部2018年工作要點(diǎn)》的精神和要求，積極探索程序設(shè)計(jì)類課程實(shí)踐教學(xué)的新思路，促進(jìn)軟件開發(fā)人才的培養(yǎng)尤為必要。

程序設(shè)計(jì)類課程實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、動(dòng)手能力、綜合能力的主要手段，是全面提升學(xué)生綜合素質(zhì)的必要措施。然而，程序類課程傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)實(shí)例與實(shí)際工程應(yīng)用聯(lián)系松散，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)功能單一、關(guān)聯(lián)不夠緊密，使得學(xué)生學(xué)習(xí)過程中只見點(diǎn)，不見面，沒有整體布局和視角，且不能很好地融會(huì)貫通各個(gè)子學(xué)習(xí)模塊。為此，如何以平臺(tái)為支撐，實(shí)踐為導(dǎo)向，結(jié)合學(xué)生實(shí)際，個(gè)性化設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，開展交互式云端教學(xué)具要重要意義。

一、程序設(shè)計(jì)類課程實(shí)踐教學(xué)實(shí)際

由于程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和平臺(tái)資源的有限性，使得程序設(shè)計(jì)類課程實(shí)踐教學(xué)在實(shí)際教學(xué)過程中常面臨以下困難[4-5]。

1.編程訓(xùn)練偏少，理論和實(shí)際難以結(jié)合。程序設(shè)計(jì)類課程通常是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的專業(yè)必修課或選修課，包括理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)部分，其中，理論教學(xué)學(xué)時(shí)一般占總學(xué)時(shí)的大部分。例如，總學(xué)時(shí)為32學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)24學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)。相關(guān)程序設(shè)計(jì)類課程學(xué)時(shí)分配如表1所示。然而，程序設(shè)計(jì)課程實(shí)踐性極強(qiáng)，學(xué)生通常沒有充分的時(shí)間對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行理解和消化。學(xué)生編程訓(xùn)練偏少，理論和實(shí)際難以結(jié)合。

表1 程序設(shè)計(jì)類課程學(xué)時(shí)分配

2.實(shí)驗(yàn)室資源有限，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容偏少。高校實(shí)驗(yàn)室是教學(xué)科研活動(dòng)和大學(xué)生人才培養(yǎng)的基地，是鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力的重要場所。然而，實(shí)驗(yàn)室程序設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為分散，關(guān)聯(lián)松散。實(shí)驗(yàn)室功能單一，且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容偏少。上述問題不僅導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室資源浪費(fèi)，而且不利于學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

3.編程上手困難，學(xué)生存在畏懼心理。程序設(shè)計(jì)語言是一種計(jì)算機(jī)編程語言，其實(shí)質(zhì)是一組記號(hào)和一組規(guī)則，需要學(xué)生利用邏輯思維去解決某個(gè)問題。然而，學(xué)生常缺乏動(dòng)手編程的信心，感覺編程上手困難，不知如何入手、如何分析和解決實(shí)際問題。最終，使得學(xué)生對(duì)其存在畏懼心理。

4.書本文字單一，學(xué)生感覺枯燥。程序設(shè)計(jì)類課程書本文字單一，實(shí)驗(yàn)過程不詳細(xì)。書本不能為學(xué)生提供色彩豐富、內(nèi)容翔實(shí)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。在實(shí)驗(yàn)過程中，單一的書本內(nèi)容導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)效率低，感覺枯燥，不能很好地完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

二、基于“在線平臺(tái)+實(shí)踐驅(qū)動(dòng)”模式的實(shí)驗(yàn)課程方案

筆者針對(duì)程序設(shè)計(jì)類課程實(shí)踐教學(xué)的實(shí)際情況，基于“在線平臺(tái)+實(shí)踐驅(qū)動(dòng)”模式，對(duì)程序設(shè)計(jì)類課程實(shí)踐教學(xué)方式進(jìn)行了設(shè)計(jì)，如圖1所示。首先，學(xué)生通過課堂理論的學(xué)習(xí)，熟練掌握程序設(shè)計(jì)語言的理論知識(shí)，為后面實(shí)踐編程打下良好基礎(chǔ)。其次，學(xué)生根據(jù)教學(xué)安排和個(gè)人的學(xué)習(xí)情況，個(gè)性化設(shè)置系統(tǒng)功能，包括系統(tǒng)操作界面設(shè)置和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置。然后，以實(shí)踐驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向，學(xué)生自主學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)開發(fā)，通過平臺(tái)完成學(xué)生學(xué)習(xí)的全過程跟蹤。最后，實(shí)時(shí)線上線下和同學(xué)、老師互動(dòng)交流，完成輔導(dǎo)，引導(dǎo)創(chuàng)新。

三、程序設(shè)計(jì)類課程實(shí)踐教學(xué)新模式

基于“在線平臺(tái)+實(shí)踐驅(qū)動(dòng)”的程序設(shè)計(jì)類課程實(shí)踐教學(xué)模式，從在線平臺(tái)和實(shí)踐驅(qū)動(dòng)兩個(gè)方面入手，即以平臺(tái)為支撐，實(shí)踐為導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。結(jié)合學(xué)生實(shí)際，個(gè)性化設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，開展交互式云端教學(xué)。

圖1 新模式下的實(shí)驗(yàn)方案示意圖

1.結(jié)合在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)資源。在當(dāng)今信息時(shí)代，在線程序設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)平臺(tái)不同于傳統(tǒng)的純實(shí)驗(yàn)室教學(xué)，前者擁有更大的內(nèi)容拓展空間，提供更好的互操作性和用戶體驗(yàn)。如商業(yè)化的動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，輕松學(xué)IT的實(shí)驗(yàn)樓，為用戶提供了一個(gè)集線上討論、學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)于一體的在線學(xué)習(xí)平臺(tái)。同時(shí)，也有免費(fèi)的輔助程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)的在線代碼判題系統(tǒng)We?Judge，他擁有強(qiáng)大的在線教學(xué)管理，正規(guī)的程序類競賽和多樣化的判題技術(shù)，致力于打造更好的程序教學(xué)輔助系統(tǒng)。

圖2 新模式下的在線實(shí)驗(yàn)界面

在線平臺(tái)不受時(shí)間、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和場地的限制，并可對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行隔離，讓學(xué)生并行操作實(shí)驗(yàn)。更重要的是，我們可以根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)際情況，靈活設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，充分契合學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和進(jìn)度。例如，Java語言基本語法中關(guān)鍵字、標(biāo)識(shí)符、注釋等相關(guān)知識(shí)的實(shí)驗(yàn)，其在線實(shí)驗(yàn)界面如圖2所示。通過平臺(tái)，學(xué)生可以一邊學(xué)習(xí)、一邊操作、一邊交流，完成多方位的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。在線平臺(tái)將有限的實(shí)驗(yàn)室物理空間，擴(kuò)展到無線的網(wǎng)絡(luò)空間，為學(xué)生提供了一種線上可交流互動(dòng)，線下可請(qǐng)教指導(dǎo)的交互式云端教學(xué)。

2.以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，實(shí)踐為導(dǎo)向。《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》明確指出“要以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性”。在程序設(shè)計(jì)類課程中，我們著重強(qiáng)調(diào)“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，實(shí)踐為導(dǎo)向”。教師的引導(dǎo)為外因，學(xué)生的學(xué)習(xí)為內(nèi)因，其中，工程實(shí)踐是聯(lián)系教師與學(xué)生關(guān)系的核心紐帶。教師通過線上平臺(tái)為學(xué)生提供充分的工程實(shí)踐引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使得學(xué)生從被動(dòng)的實(shí)驗(yàn)主體，轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)的主動(dòng)探索者，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索和學(xué)習(xí)的精神。

基于實(shí)踐驅(qū)動(dòng)的程序設(shè)計(jì)類課程實(shí)踐教學(xué)方式能夠在學(xué)習(xí)內(nèi)容方面為學(xué)生提供更多好的選擇[6]。一方面，學(xué)生可以結(jié)合自己的興趣愛好和學(xué)習(xí)進(jìn)度，通過發(fā)現(xiàn)和提出自己感興趣和關(guān)心的現(xiàn)實(shí)問題，合理安排自主的個(gè)性化學(xué)習(xí)。興趣是一個(gè)人力求認(rèn)識(shí)和趨向某種客體的積極態(tài)度的個(gè)性傾向[7]。我們常說，興趣是學(xué)生最好的老師，通過興趣助力學(xué)生的實(shí)踐學(xué)習(xí)，兩者相輔相成。另一方面，基于實(shí)踐驅(qū)動(dòng)的教學(xué)，使得更多問題來源于具體實(shí)踐與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，讓學(xué)生在實(shí)踐與應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，為學(xué)生提供良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境（包括線上環(huán)境和線下環(huán)境），培養(yǎng)學(xué)生思考、實(shí)踐、創(chuàng)新等綜合能力。

總之，“在線平臺(tái)+實(shí)踐驅(qū)動(dòng)”的實(shí)踐教學(xué)模式，為程序設(shè)計(jì)類課程的實(shí)踐教學(xué)提供了新的思路。利用信息時(shí)代下交互式云端平臺(tái)，從實(shí)踐教學(xué)實(shí)際出發(fā)，結(jié)合個(gè)性化實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主觀能動(dòng)性，最終培養(yǎng)合格的軟件開發(fā)人才。