基于“慕課+”的螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式

李 薇，申小玲，魯曉鋒，江巧永，王 磊，3

（1.西安理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安710048；2.西安理工大學(xué) 實(shí)驗(yàn)室管理處，陜西 西安710048；3.陜西理工大學(xué) 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，陜西 漢中723001）

0 引言

教育部長(zhǎng)陳寶生在四川成都召開的新時(shí)代全國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議上指出，人才培養(yǎng)的質(zhì)量和效果是檢驗(yàn)一切工作的根本標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)涵建設(shè)、質(zhì)量提升應(yīng)體現(xiàn)在每一個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果上。在學(xué)科頻繁交叉、知識(shí)、信息爆炸的時(shí)代，世界范圍新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命撲面而來(lái)，我國(guó)高等教育需因時(shí)而進(jìn)，因勢(shì)而新，在人才培養(yǎng)過(guò)程中，要遵循教育規(guī)律和人才成長(zhǎng)規(guī)律，創(chuàng)新思想、創(chuàng)新理念、創(chuàng)新方法技術(shù)和創(chuàng)新教育教學(xué)模式，形成勇于創(chuàng)新和實(shí)踐的高素質(zhì)專業(yè)人才不斷涌現(xiàn)的局面。

當(dāng)前，創(chuàng)新教育教學(xué)模式已經(jīng)成為改革與提升教學(xué)質(zhì)量的必由之路。慕課的迅速發(fā)展，不僅對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行了創(chuàng)新，而且翻轉(zhuǎn)課堂、碎片化學(xué)習(xí)、自主與互動(dòng)學(xué)習(xí)、線上線下教學(xué)等模式對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)也產(chǎn)生了巨大的沖擊[1]。在推動(dòng)高等教育變軌超車的目標(biāo)指引下，探索“以學(xué)生為中心，學(xué)生學(xué)習(xí)成果驅(qū)動(dòng)”的教育教學(xué)新模式，不僅是高等院校普遍關(guān)注的新焦點(diǎn)，還是當(dāng)前迫切需要解決的問(wèn)題。

1 新型教學(xué)模式的影響因素

為了解決傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)傳授的問(wèn)題，教育工作者積極探索新的教學(xué)模式，提出了案例教學(xué)模式、啟發(fā)式教學(xué)模式、問(wèn)題驅(qū)動(dòng)模式、基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)模式、團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)模式、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式等。

案例教學(xué)模式的難點(diǎn)在于案例設(shè)計(jì)的深度與教師水平有關(guān)。啟發(fā)式教學(xué)模式的難點(diǎn)在于教師能否巧設(shè)情境、抓住時(shí)機(jī)。問(wèn)題驅(qū)動(dòng)模式的教學(xué)效果取決于教師是否具備較強(qiáng)的課堂掌控能力和引導(dǎo)能力。基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)（project-based learning, PBL）[2]模式的效果取決于學(xué)生是否能達(dá)到項(xiàng)目學(xué)習(xí)的目標(biāo)，并且解決項(xiàng)目中所出現(xiàn)的問(wèn)題與學(xué)生自身的能力有關(guān)。團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)（Team-based learning, TBL）[3]模式的效果與學(xué)生的主動(dòng)合作意識(shí)和參與度有關(guān)。翻轉(zhuǎn)課堂[4]模式拓展了學(xué)習(xí)時(shí)空，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。不足之處是學(xué)生在自主學(xué)習(xí)過(guò)程中不能與教師進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)，當(dāng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解有偏差時(shí)，教師無(wú)法像傳統(tǒng)教學(xué)模式那樣，在課堂上及時(shí)解決學(xué)生提出的問(wèn)題。

綜上所述，已有的典型教學(xué)模式在加強(qiáng)學(xué)生素質(zhì)，提高學(xué)生專業(yè)技能等方面表現(xiàn)出各自的優(yōu)勢(shì)。然而學(xué)生個(gè)體存在差異，例如有的學(xué)生上課認(rèn)真聽講，但自學(xué)能力弱；有的學(xué)生上課不愿意互動(dòng)，但具有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力，動(dòng)手能力強(qiáng)；有的學(xué)生自學(xué)能力強(qiáng)，且善于表達(dá)，上課愿意互動(dòng)；因此在教學(xué)過(guò)程中，如果只是采用單一的教學(xué)模式，則很難滿足所有學(xué)生的需求。

2 “慕課+”螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式在C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中的應(yīng)用

2008年斯蒂芬·唐斯和喬治·西蒙斯提出了慕課，即大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)開發(fā)課程平臺(tái)（Massive Open Online Courses, MOOCs），2012年得到廣泛的認(rèn)同。慕課的迅猛發(fā)展，不僅引發(fā)了高等教育教學(xué)模式的創(chuàng)新，而且給高等教育帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)特點(diǎn)是重知識(shí)輕能力、重學(xué)輕思，學(xué)生通常是積累了很多“知識(shí)”，但也失去了創(chuàng)新的“動(dòng)力”。C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程中實(shí)施“慕課+”螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式，旨在引導(dǎo)學(xué)生將知識(shí)內(nèi)化為經(jīng)驗(yàn)、能力，培養(yǎng)和提高學(xué)生的“分析問(wèn)題能力+求解復(fù)雜工程問(wèn)題能力+創(chuàng)新能力”。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將掌握C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本概念、抽象思維和邏輯思維能力、算法分析與設(shè)計(jì)能力、程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)能力，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)?！澳秸n+翻轉(zhuǎn)課堂多元化教學(xué)+團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)”的螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式如圖1所示，整個(gè)教學(xué)過(guò)程由課前學(xué)習(xí)、課堂內(nèi)化和實(shí)踐強(qiáng)化組成。

以C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容中的循環(huán)結(jié)構(gòu)為例，課前學(xué)習(xí)階段（1）～（4）和課堂內(nèi)化階段（5）～（9）的具體步驟如下。

圖1 慕課+翻轉(zhuǎn)課堂多元化教學(xué)+團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)教學(xué)流程

（1）布置視頻學(xué)習(xí)任務(wù)：在第一次線下課程前，學(xué)生完成視頻學(xué)習(xí)任務(wù)，掌握while語(yǔ)句、do-while語(yǔ)句和for語(yǔ)句的語(yǔ)法，理解循環(huán)嵌套的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用場(chǎng)景；并將學(xué)生分為若干個(gè)小組。

（2）自主學(xué)習(xí)：學(xué)生通過(guò)觀看視頻對(duì)循環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。

（3）自我測(cè)試：學(xué)生完成視頻中的相關(guān)測(cè)試。

（4）小組討論：每個(gè)小組討論老師布置的思考題，并給出解決方案。

（5）重點(diǎn)、難點(diǎn)分析：采用講授法教學(xué)模式，對(duì)重要的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解。例如，當(dāng)循環(huán)體語(yǔ)句超過(guò)一條，必須用花括號(hào)形成復(fù)合語(yǔ)句；強(qiáng)調(diào)for語(yǔ)句中的循環(huán)體必須有能夠使得表達(dá)式3趨于假的語(yǔ)句，以保證循環(huán)正常結(jié)束；while語(yǔ)句和do-while語(yǔ)句中必須有能夠使條件表達(dá)式趨于假的語(yǔ)句，否則將出現(xiàn)死循環(huán)現(xiàn)象；設(shè)計(jì)循環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)，需要思考哪些語(yǔ)句是在循環(huán)開始之前執(zhí)行，哪些語(yǔ)句是在循環(huán)中執(zhí)行，哪些語(yǔ)句是在循環(huán)之后執(zhí)行。學(xué)生學(xué)習(xí)有一個(gè)過(guò)程，每個(gè)學(xué)生對(duì)知識(shí)的認(rèn)識(shí)能力不同。教師通過(guò)對(duì)重點(diǎn)及難點(diǎn)知識(shí)的講解，可以加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。

（6）學(xué)生代表講解：每個(gè)小組選派一個(gè)代表講解程序，重點(diǎn)講解自己的設(shè)計(jì)思路和算法原理，尤其是設(shè)計(jì)思想的特點(diǎn)；接著，該代表講解在設(shè)計(jì)程序時(shí)需要注意的問(wèn)題，以及自己出現(xiàn)的錯(cuò)誤；最后，本組的其他學(xué)生進(jìn)行補(bǔ)充。

（8）點(diǎn)評(píng)：在提問(wèn)結(jié)束后，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，進(jìn)一步對(duì)基本理論及概念進(jìn)行講解并總結(jié)，保證學(xué)生知識(shí)的系統(tǒng)性和連貫性。

（9）布置任務(wù)：通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方式，繼續(xù)給學(xué)生布置新的任務(wù)，并給予一定的引導(dǎo)，要求學(xué)生課后完成。在完成任務(wù)的過(guò)程中，學(xué)生要對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行思考、挖掘和靈活應(yīng)用，從而掌握隱含在任務(wù)里面的知識(shí)。

課前采用慕課學(xué)習(xí)方式的目的是培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的自主學(xué)習(xí)能力，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行滲透式學(xué)習(xí)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)知識(shí)、吸收知識(shí)、活躍思路。課堂上采用翻轉(zhuǎn)課堂多元化教學(xué)模式是以學(xué)生為中心，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改變學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)的現(xiàn)象，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)理解的深度和寬度；學(xué)生依靠自身努力達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)，成就感的不斷獲得進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲望和創(chuàng)造欲望，學(xué)生在運(yùn)用知識(shí)的過(guò)程中創(chuàng)新知識(shí)。因此，課前學(xué)習(xí)和課堂內(nèi)化促進(jìn)了學(xué)生的個(gè)性發(fā)展，形成了認(rèn)識(shí)知識(shí)、吸收知識(shí)、理解知識(shí)、運(yùn)用知識(shí)和創(chuàng)新知識(shí)的螺旋漸進(jìn)式發(fā)展。

實(shí)踐環(huán)節(jié)是能力培養(yǎng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，實(shí)踐環(huán)節(jié)與教學(xué)環(huán)節(jié)有機(jī)地結(jié)合是學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)、能力和素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的重要保證。然而，傳統(tǒng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)基本過(guò)程是：學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書編寫程序，然后將所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，最后做出相應(yīng)的解釋和分析。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大多是驗(yàn)證性，枯燥單一。在這種模式下，學(xué)生的自由度很少，不利于發(fā)揮學(xué)生的積極性；學(xué)生的參與度不高，缺少探索激情，其創(chuàng)新能力很難得到行之有效的培養(yǎng)[5]。此外，有些學(xué)者提出的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法雖然在一定程度上激發(fā)了學(xué)生編寫程序的興趣，但是由于有限的工程知識(shí)和技能，一個(gè)人獨(dú)立、成功地完成一個(gè)項(xiàng)目往往較為困難。為此，筆者對(duì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，引入團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)模式。

在實(shí)踐環(huán)節(jié)中，為了保證學(xué)生高效率地掌握知識(shí)，鼓舞學(xué)生持續(xù)保持濃厚的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)驗(yàn)題目分為3個(gè)層次：第1層次為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，這一階段主要是樹立學(xué)生的自信心，培養(yǎng)學(xué)生形成概念和解決問(wèn)題的能力，以及學(xué)生學(xué)會(huì)提出問(wèn)題的能力；第2層次為深層次實(shí)驗(yàn)，這一階段主要是培養(yǎng)學(xué)生直接思維、發(fā)散思維和歸納思維的能力，以及以批評(píng)的方式系統(tǒng)推理的能力；第3層次為綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，這一階段重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

以設(shè)計(jì)“學(xué)生信息管理系統(tǒng)”為例，這是一個(gè)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。首先，小組進(jìn)行討論，這個(gè)系統(tǒng)應(yīng)該分解為幾個(gè)模塊，每個(gè)模塊涉及哪些知識(shí)點(diǎn)。學(xué)生通過(guò)討論對(duì)系統(tǒng)分解的結(jié)果是：系統(tǒng)整體框架設(shè)計(jì)（模塊化設(shè)計(jì)）、整個(gè)系統(tǒng)的菜單設(shè)計(jì)（選擇結(jié)構(gòu)）、學(xué)生成績(jī)統(tǒng)計(jì)（循環(huán)結(jié)構(gòu)）、學(xué)生成績(jī)排序（數(shù)組）、學(xué)生信息的定義和處理（結(jié)構(gòu)體）、學(xué)生信息查找（用指針實(shí)現(xiàn)）、學(xué)生信息的存儲(chǔ)（文件）。團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)模式加強(qiáng)了學(xué)生之間的交流與合作，學(xué)生通過(guò)交流，加深了對(duì)課堂知識(shí)和概念的理解，并將課程內(nèi)容有效地結(jié)合起來(lái)。接著，學(xué)生分工對(duì)各模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)；然后整合成一個(gè)完整的系統(tǒng)，觀察并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果；針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，一方面檢查實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否正確，另一方面討論實(shí)驗(yàn)方案是否是最優(yōu)的，如果不是，還能進(jìn)行哪些優(yōu)化。此時(shí)教師根據(jù)學(xué)生實(shí)踐能力的反饋，及時(shí)掌握學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度及薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)而及時(shí)修訂和完善教學(xué)內(nèi)容。同時(shí)，教師將設(shè)計(jì)思路新穎、效率高的算法向全班同學(xué)展示，進(jìn)一步拓展學(xué)生的思路。最后，實(shí)踐環(huán)節(jié)通過(guò)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等加強(qiáng)了學(xué)生科學(xué)工作的基本素養(yǎng)的培養(yǎng)。

在實(shí)踐強(qiáng)化環(huán)節(jié)中，通過(guò)團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)模式，學(xué)生不再是僅僅編寫單一的程序，而是完成與實(shí)際緊密結(jié)合的綜合應(yīng)用實(shí)例，激發(fā)學(xué)生的實(shí)踐興趣；通過(guò)理論與實(shí)踐相結(jié)合，激勵(lì)學(xué)生以多視角來(lái)觀察和解決問(wèn)題、反思并錘煉自身發(fā)展的意識(shí)與能力；通過(guò)學(xué)生之間的相互交流與學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了學(xué)生與他人合作的能力、責(zé)任意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神，為以后進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)積累經(jīng)驗(yàn)。實(shí)踐環(huán)節(jié)通過(guò)3個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)研究能力、分析問(wèn)題能力、求解復(fù)雜工程問(wèn)題能力、交流合作能力和創(chuàng)新競(jìng)爭(zhēng)能力的螺旋漸進(jìn)式發(fā)展。

3 “慕課+”螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式效果分析

為了檢驗(yàn)“慕課+”螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式的教學(xué)效果，筆者選擇了2個(gè)專業(yè)的學(xué)生，分別進(jìn)行“慕課+”螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式和傳統(tǒng)教學(xué)模式，并在教學(xué)過(guò)程中分3個(gè)階段對(duì)學(xué)生進(jìn)行測(cè)試。第1階段測(cè)試的內(nèi)容是：基礎(chǔ)知識(shí)、常量、變量和表達(dá)式、順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)，5道題目，主要考核知識(shí)的掌握程度；第2階段測(cè)試的內(nèi)容是：循環(huán)結(jié)構(gòu)、函數(shù)和數(shù)組，8道題目，考核知識(shí)的掌握和編程能力；第3階段即期末測(cè)試，考核知識(shí)的掌握和綜合能力。采用“慕課+”螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式和傳統(tǒng)教學(xué)模式的學(xué)生在3個(gè)階段學(xué)習(xí)成果評(píng)價(jià)對(duì)比如圖2所示。

圖2 學(xué)生成果評(píng)價(jià)

圖2表明，第一階段采用傳統(tǒng)教學(xué)模式的學(xué)生掌握程度好。這是因?yàn)榈谝浑A段主要是測(cè)試基本概念的掌握程度，傳統(tǒng)教學(xué)模式以教師的講解為主，教師的詳細(xì)講解有助于學(xué)生很快地理解知識(shí)并記憶?！澳秸n+”螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式要求學(xué)生首先通過(guò)看視頻進(jìn)行自學(xué)，然后教師在課堂上對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行講解。個(gè)人學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的，則掌握得比較好；反之，個(gè)人學(xué)習(xí)能力弱的，則掌握得比較差。第二階段不僅檢測(cè)知識(shí)的掌握，還有能力測(cè)試，這時(shí)采用“慕課+”螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式的學(xué)生成績(jī)略高于采用傳統(tǒng)教學(xué)模式的學(xué)生成績(jī)。這是因?yàn)榻?jīng)過(guò)一段時(shí)間的學(xué)習(xí)，采用“慕課+”螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式的學(xué)生已經(jīng)適應(yīng)了這種模式，學(xué)習(xí)能力和解決問(wèn)題的能力逐步增強(qiáng)。期末測(cè)試結(jié)果表明，“慕課+”螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式通過(guò)課前學(xué)習(xí)、課堂內(nèi)化和實(shí)踐強(qiáng)化環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生將知識(shí)內(nèi)化為經(jīng)驗(yàn)、能力，提高了學(xué)生的分析問(wèn)題能力、求解復(fù)雜工程問(wèn)題能力和創(chuàng)新能力，因此采用“慕課+”螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式的學(xué)生學(xué)習(xí)成果比采用傳統(tǒng)教學(xué)模式的學(xué)生學(xué)習(xí)成果有了顯著提高。

4 結(jié)語(yǔ)

創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略的提出、“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展以及“華盛頓協(xié)議”的簽署，我國(guó)高等工程教育國(guó)際化進(jìn)程日益加速，對(duì)創(chuàng)新型工程人才和工程師應(yīng)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題的能力也提出了更高的要求[6]。西安理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院在“學(xué)習(xí)能力、工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、交流能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力”的能力目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，根據(jù)知識(shí)的特點(diǎn)，對(duì)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行改革，構(gòu)建了“慕課+”螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式，通過(guò)課前學(xué)習(xí)、課堂內(nèi)化和實(shí)踐強(qiáng)化環(huán)節(jié)的能力培養(yǎng)，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)了學(xué)生具有科學(xué)研究精神和探求真理精神，磨練了學(xué)生的意志品質(zhì)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，交流溝通能力，團(tuán)隊(duì)組織、分工協(xié)調(diào)能力和創(chuàng)新能力。計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院組織學(xué)生參加2017“ACM-ICPC國(guó)際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽亞洲區(qū)域賽青島站”比賽和第十六屆“圖靈杯”競(jìng)賽取得的成果表明，我們所提出的教學(xué)模式對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)具有重要的意義。