基于TPACK模型的程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程混合式教學(xué)改革

郭艷燕

基于TPACK模型的程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程混合式教學(xué)改革

郭艷燕

（煙臺大學(xué) 計(jì)算機(jī)與控制工程學(xué)院，山東 煙臺 264005）

針對傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程存在的問題，對程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行混合式教學(xué)改革，基于TPACK模型將程序設(shè)計(jì)學(xué)科知識、信息技術(shù)、多樣化的教學(xué)方法和教學(xué)理論有效整合到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐中，以ARCS動(dòng)機(jī)模型和BLOOM認(rèn)知規(guī)律為理論指導(dǎo)，對在線教學(xué)資源、實(shí)驗(yàn)題目、實(shí)驗(yàn)階段、實(shí)驗(yàn)評價(jià)體系進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，促使實(shí)驗(yàn)效果的提升和實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的有效達(dá)成，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加符合“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的學(xué)習(xí)環(huán)境。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)；TPACK模型；混合式教學(xué)；程序設(shè)計(jì)；翻轉(zhuǎn)課堂；ARCS模型

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，層次教育需求不斷增強(qiáng)，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的學(xué)習(xí)環(huán)境應(yīng)運(yùn)而生。“互聯(lián)網(wǎng)+教育”環(huán)境下，教師要具備適應(yīng)信息時(shí)代的教學(xué)能力，強(qiáng)調(diào)技術(shù)知識、學(xué)科教學(xué)知識、教學(xué)法知識3者的深度融合，即整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識（technological pedagogical and content knowledge，TPACK）[1]?；赥PACK來開展教學(xué)改革，給高校教師提出了更高的挑戰(zhàn)，也給教學(xué)模式帶來了創(chuàng)新的可能。程序設(shè)計(jì)課程是強(qiáng)調(diào)操作性和實(shí)踐性的應(yīng)用型課程，包括理論課堂教學(xué)和上機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)2部分。實(shí)驗(yàn)課程作為理論知識加以實(shí)踐的重要過程，在程序設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)體系中占據(jù)重要地位?？茖W(xué)合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，不僅有利于學(xué)生對理論知識的理解、消化、吸收與應(yīng)用，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力、綜合應(yīng)用能力、創(chuàng)新意識和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神[2]。

蘇小紅教授作為ACM CS2013中國工作組成員之一，參與了實(shí)踐教學(xué)體系中“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”核心課程實(shí)踐教學(xué)體系的設(shè)計(jì)和編寫，制定出程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的實(shí)踐教學(xué)實(shí)施方案，提出實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)的3大原則，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐過程中知識點(diǎn)的循序漸進(jìn)和深入、知識點(diǎn)的實(shí)際運(yùn)用和綜合應(yīng)用、自主學(xué)習(xí)能力的引導(dǎo)和強(qiáng)化[3]。本文以蘇小紅教授提出的實(shí)施方案作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的指導(dǎo)性綱領(lǐng)，基于TPACK開展程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程的混合式教學(xué)改革。通過信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立具有多樣性、靈活性、開放式特點(diǎn)的在線教學(xué)輔助資源，并搭建可以幫助學(xué)生自主學(xué)習(xí)和自我檢測的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺；以布魯姆認(rèn)知規(guī)律為依據(jù)設(shè)計(jì)具有階段性、層次化特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)題目的選取以符合ARCS（attention、relevance、conffidence、satisfaction，注意、關(guān)聯(lián)、信心、滿意）教學(xué)設(shè)計(jì)模型為標(biāo)準(zhǔn)；將先進(jìn)科學(xué)的教學(xué)方法和教學(xué)理論引入到實(shí)驗(yàn)課堂上，借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺和實(shí)驗(yàn)平臺開展多樣化的翻轉(zhuǎn)課堂參與式活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在有限的實(shí)驗(yàn)課堂時(shí)間內(nèi)最大限度地提升學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力；通過構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的過程化、多元化、精準(zhǔn)化的實(shí)驗(yàn)過程監(jiān)管體系和考核評價(jià)體系，對學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、計(jì)算思維能力、程序設(shè)計(jì)能力、自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力進(jìn)行全方位的綜合評價(jià)。

1 傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的不足

（1）實(shí)驗(yàn)課時(shí)不足，課后缺乏相應(yīng)的教師指導(dǎo)。程序設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性，學(xué)生通過“做中學(xué)，學(xué)中練，練中提高”才能實(shí)現(xiàn)理論知識到實(shí)踐能力的轉(zhuǎn)換，大量的上機(jī)實(shí)驗(yàn)是提高編程能力的重要途徑，但學(xué)生僅靠有限的實(shí)驗(yàn)課堂學(xué)時(shí)無法完成所有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而課后又得不到教師的及時(shí)指導(dǎo)，從而影響學(xué)生的編程積極性。

（2）實(shí)驗(yàn)課程定位不準(zhǔn)確，未引起學(xué)生的充分重視。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程通常作為理論教學(xué)的輔助手段，處于次要地位，實(shí)驗(yàn)課往往是教師指定實(shí)驗(yàn)題目，學(xué)生處于一種完成作業(yè)的心態(tài)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，缺乏教師的深度參與，無法引起學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課程的重視，也沒有充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)課的作用[4]。

（3）實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)形式單一，主要關(guān)注答疑解惑，缺少對共性問題的及時(shí)總結(jié)。實(shí)驗(yàn)課上教師大部分時(shí)間幫助學(xué)生進(jìn)行程序查錯(cuò)、調(diào)試工作，更多地關(guān)注語法層面的問題，而較少關(guān)注解題思路的分析、算法設(shè)計(jì)等有關(guān)計(jì)算思維層面的提升。此外，很多學(xué)生在相同實(shí)驗(yàn)中存在的錯(cuò)誤問題是相似的，一方面教師的解答是重復(fù)工作，另一方面學(xué)生認(rèn)為此類問題僅僅是自己出現(xiàn)的問題而無法引起足夠的重視。

（4）實(shí)驗(yàn)課程缺乏對學(xué)生調(diào)試能力、測試意識和編程規(guī)范的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生在復(fù)雜的程序邏輯錯(cuò)誤和運(yùn)行錯(cuò)誤面前手足無措，從而減弱了學(xué)生編程的興趣。另外，學(xué)生測試意識淡薄，當(dāng)編寫的程序通過編譯并能正常運(yùn)行時(shí)就認(rèn)為大功告成，卻忽略了該程序是否能夠應(yīng)對所有的異常情況及覆蓋所有的測試用例[5]。

（5）實(shí)驗(yàn)教學(xué)反饋不夠及時(shí)、準(zhǔn)確，教師無法及時(shí)了解學(xué)生知識的掌握情況和應(yīng)用實(shí)踐的能力，無法為后續(xù)教學(xué)提供準(zhǔn)確的指導(dǎo)依據(jù)[6]。

（6）實(shí)驗(yàn)階段、實(shí)驗(yàn)題目、實(shí)驗(yàn)類型和實(shí)驗(yàn)難度設(shè)置不合理，不符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，不能有效地發(fā)揮出實(shí)驗(yàn)課程引發(fā)學(xué)生思考的積極作用。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)也缺少個(gè)性化教學(xué)服務(wù)，難以滿足不同水平學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

（7）沒有充分強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)流于形式，教師對學(xué)生的預(yù)習(xí)情況無法掌握，實(shí)驗(yàn)進(jìn)度難以統(tǒng)一，實(shí)驗(yàn)質(zhì)量參差不齊，無法達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果。

（8）評價(jià)考核方法單一，只關(guān)注實(shí)驗(yàn)結(jié)果而忽視實(shí)驗(yàn)過程，無法對學(xué)生多方面能力和學(xué)習(xí)態(tài)度做出科學(xué)合理的評價(jià)。

2 基于TPACK模型的程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程的混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

混合式教學(xué)作為“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代教育信息化的產(chǎn)物，發(fā)揮傳統(tǒng)教學(xué)和信息化教學(xué)的優(yōu)勢，采用“線上”和“線下”2種途徑開展教學(xué)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的主體性，突出教師教學(xué)過程的指導(dǎo)性和啟發(fā)性。程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程的混合式教學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)合了課程特點(diǎn)，依據(jù)學(xué)習(xí)和教學(xué)規(guī)律，給予學(xué)生及時(shí)、準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)教學(xué)支持，努力提升學(xué)生的學(xué)習(xí)深度。TPACK模型給出了專業(yè)教師應(yīng)具備的知識結(jié)構(gòu)框架，雖然沒有明確給出教學(xué)設(shè)計(jì)的流程和方法，但為教學(xué)過程中實(shí)施學(xué)科知識、信息技術(shù)以及教學(xué)法的整合提供了新的指導(dǎo)方法[7]。本文提出的基于TPACK模型的混合式教學(xué)框架如圖1所示，完成了在線教學(xué)資源、實(shí)驗(yàn)題目、實(shí)驗(yàn)階段和實(shí)驗(yàn)評價(jià)體系的教學(xué)設(shè)計(jì)。

2.1 在線教學(xué)資源的設(shè)計(jì)

通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺和實(shí)驗(yàn)平臺的搭建，可以讓學(xué)生充分利用在線資源進(jìn)行知識的學(xué)習(xí)、鞏固、檢測和延伸，開展好實(shí)驗(yàn)課前的準(zhǔn)備工作，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課后 的能力擴(kuò)展工作，克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)課時(shí)不足的問題。在線教學(xué)資源主要包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)微視頻、學(xué)前任務(wù)指南、交互測試系統(tǒng)和編程練習(xí)系統(tǒng)、交流討論答疑區(qū)、實(shí)驗(yàn)作品展示區(qū)、實(shí)驗(yàn)編程環(huán)境和工具。

2.1.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)微視頻

每一章節(jié)實(shí)驗(yàn)課程對應(yīng)的微視頻包括課前微視頻和課后微視頻，視頻類型為講解視頻或演示視頻。講解視頻包括實(shí)驗(yàn)涉及的理論知識、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求、實(shí)驗(yàn)中常見錯(cuò)誤及原因分析；演示視頻包括軟件開發(fā)工具的使用、調(diào)試方法的演示、實(shí)驗(yàn)案例全過程示范。學(xué)生通過課前微視頻做好實(shí)驗(yàn)課堂的預(yù)備工作，而后有的放矢地參與實(shí)驗(yàn)，充分提高實(shí)驗(yàn)課堂效率和質(zhì)量；學(xué)生通過課后微視頻來擴(kuò)展課外知識，獲取支持性和擴(kuò)展性資源，拓展課外實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)因材施教。

圖1 基于TPACK模型的程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程的混合式教學(xué)框架

實(shí)驗(yàn)教學(xué)微視頻設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意的問題：

（1）實(shí)驗(yàn)微視頻的選取要具有典型性，講解具有示范化，利于舉一反三，便于在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)改進(jìn)和擴(kuò)展，達(dá)到創(chuàng)新效果。

（2）實(shí)驗(yàn)微視頻的制作角度和類型多樣化，包括理論知識介紹、解題思路分析、算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、程序調(diào)試、糾錯(cuò)和測試，滿足多種實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成和學(xué)生多方面能力的培養(yǎng)。

（4）把握好實(shí)驗(yàn)微視頻的難度，避免視頻內(nèi)容難度過高而給學(xué)生造成的挫敗感，避免視頻內(nèi)容太過簡單和重復(fù)，降低學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性[8]。微視頻內(nèi)容的選取和講解方式都要符合ARCS教學(xué)設(shè)計(jì)模型。

（5）單個(gè)實(shí)驗(yàn)微視頻要保持相對獨(dú)立性，多個(gè)實(shí)驗(yàn)微視頻間建立一定的線性關(guān)聯(lián)性，一系列實(shí)驗(yàn)微視頻構(gòu)成結(jié)構(gòu)完整的層次化學(xué)習(xí)單元。

（6）實(shí)驗(yàn)環(huán)境和工具的多樣性，需要提供多種編程工具和調(diào)試工具的演示視頻。

（7）課后微視頻是對難度大的擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)進(jìn)行啟發(fā)，不能過于詳細(xì)，點(diǎn)到為止，否則不利于學(xué)生的自主思考。

2.1.2 學(xué)前任務(wù)指南

用來為學(xué)生的課前自主學(xué)習(xí)進(jìn)行指導(dǎo)，給出學(xué)習(xí)目標(biāo)和要求，讓學(xué)生能夠把握重點(diǎn)并帶著問題進(jìn)行學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率。

2.1.3 交互測試系統(tǒng)和編程練習(xí)系統(tǒng)

貫穿于整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，不僅可以用于實(shí)驗(yàn)前的學(xué)習(xí)任務(wù)完成情況檢測，而且可用于實(shí)驗(yàn)后的加強(qiáng)練習(xí)和鞏固提升。交互測試系統(tǒng)以客觀選擇題為主、程序閱讀題為輔，自動(dòng)完成出題和批閱工作。編程練習(xí)系統(tǒng)以主觀編程題為主，程序填空題和程序改錯(cuò)題為輔，通過在線評測系統(tǒng)Online Judge進(jìn)行自動(dòng)化的評測，不僅可以反饋測試用例通過率，培養(yǎng)學(xué)生的測試意識，而且可以反饋算法的執(zhí)行效率和空間使用情況，培養(yǎng)學(xué)生的算法優(yōu)化能力。交互測試系統(tǒng)和編程練習(xí)系統(tǒng)不僅是學(xué)生學(xué)習(xí)效果檢測進(jìn)行自主反思的主要工具，而且是教師獲取教學(xué)反饋的重要途徑。

需要指出的是,工程認(rèn)證教育不是精英教育,應(yīng)在適當(dāng)拉開梯度的同時(shí)避免難度過大。做好各考核的記錄和分析,針對每個(gè)同學(xué)進(jìn)行考試分析和達(dá)成度計(jì)算,確保考核的結(jié)果能科學(xué)評價(jià)學(xué)生的知識掌握情況,為改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量提供依據(jù)[5-6]。

2.1.4 實(shí)驗(yàn)交流討論答疑區(qū)

用于線上師生間、生生間的交流互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)的分析討論，完成編程經(jīng)驗(yàn)、錯(cuò)誤處理等方面的交流。

2.1.5 實(shí)驗(yàn)作品展示區(qū)

實(shí)驗(yàn)作品和報(bào)告的交流展示，用于實(shí)現(xiàn)學(xué)生的自我評價(jià)和互評，引發(fā)學(xué)習(xí)反思。優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)作品評選，還有利于增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自信和滿足感，從而激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

2.1.6 實(shí)驗(yàn)編程環(huán)境和工具

為了滿足信息化發(fā)展趨勢，提供個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺提供多種實(shí)驗(yàn)編程環(huán)境和工具，學(xué)生可以根據(jù)自身需要進(jìn)行選擇。

2.2 實(shí)驗(yàn)題目的設(shè)計(jì)

2.2.1 實(shí)驗(yàn)題目應(yīng)具備的特點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)題目的選取要符合ARCS教學(xué)設(shè)計(jì)模型，具有趣味性、綜合性、階梯性、實(shí)用性的特點(diǎn)。趣味性體現(xiàn)在學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)；綜合性體現(xiàn)在知識之間的關(guān)聯(lián)應(yīng)用；階梯性體現(xiàn)在題目難度的階梯化，學(xué)生可以根據(jù)自身能力和學(xué)習(xí)進(jìn)度加以選擇，滿足個(gè)性化需求，增強(qiáng)自信心；實(shí)用性體現(xiàn)在學(xué)以致用，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用促進(jìn)對程序設(shè)計(jì)實(shí)際價(jià)值的認(rèn)知，收獲滿足感。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)題目難度階梯化

根據(jù)布魯姆認(rèn)知規(guī)律，任何學(xué)習(xí)都遵循記憶、理解、模仿、熟練、應(yīng)用、綜合、創(chuàng)新這樣循序漸進(jìn)的過程。記憶和理解是前提，模仿和熟練是基礎(chǔ)，應(yīng)用和綜合是目標(biāo)，創(chuàng)新是升華[9]，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也要符合這一認(rèn)知規(guī)律。按照基礎(chǔ)、提高、綜合、創(chuàng)新4個(gè)層次來設(shè)置每一章節(jié)實(shí)驗(yàn)題目的難度階梯，每一難度階梯對應(yīng)多個(gè)實(shí)驗(yàn)題目，形成實(shí)驗(yàn)題目備選集。

2.2.3 實(shí)驗(yàn)題型、類型多樣化，培養(yǎng)目標(biāo)全面性

通過多樣化的實(shí)驗(yàn)題型和實(shí)驗(yàn)類型來加強(qiáng)程序設(shè)計(jì)各方面的訓(xùn)練，有利于從不同角度、不同方面提升程序設(shè)計(jì)能力，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)培養(yǎng)，對應(yīng)蘇小紅教授的實(shí)踐指導(dǎo)方案3原則。

實(shí)驗(yàn)題型包括程序閱讀題、程序填空題、改錯(cuò)題、編程題、程序優(yōu)化題、程序擴(kuò)展題。程序閱讀題，閱讀程序?qū)懗鲞\(yùn)行結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生讀程序的能力；程序填空題，根據(jù)程序已有的邏輯結(jié)構(gòu)補(bǔ)充代碼，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和計(jì)算思維能力；改錯(cuò)題，根據(jù)錯(cuò)誤提示和調(diào)試結(jié)果修改代碼，培養(yǎng)學(xué)生的調(diào)試和糾錯(cuò)能力；編程題，根據(jù)題目要求實(shí)現(xiàn)問題求解，培養(yǎng)學(xué)生的分析解決問題的能力和綜合應(yīng)用能力；程序優(yōu)化題，對現(xiàn)有程序效率和空間進(jìn)行提高和優(yōu)化，培養(yǎng)學(xué)生算法優(yōu)化能力和比較分析能力；程序擴(kuò)展題，在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)題目的基礎(chǔ)上進(jìn)行自主創(chuàng)新或功能擴(kuò)展，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

實(shí)驗(yàn)類型包括驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)、綜合型實(shí)驗(yàn)、自主創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。通過驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，可以加深學(xué)生對程序語法的記憶和理解，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作、數(shù)據(jù)處理、觀察等技能[10]。通過設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，可以促進(jìn)學(xué)生對理論知識的熟練應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。綜合型實(shí)驗(yàn)是設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的高級形式，體現(xiàn)在知識點(diǎn)覆蓋廣度和能力訓(xùn)練深度上具有綜合性，培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。通過自主創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，開展以項(xiàng)目為導(dǎo)向的研究性學(xué)習(xí)、推薦學(xué)習(xí)，以學(xué)科競賽和科學(xué)研究為驅(qū)動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和自主學(xué)習(xí)能力。

2.3 實(shí)驗(yàn)階段的設(shè)計(jì)

按照實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，將實(shí)驗(yàn)階段分為實(shí)驗(yàn)課前、實(shí)驗(yàn)課堂、實(shí)驗(yàn)課后3個(gè)階段。實(shí)驗(yàn)課前，以驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生通過標(biāo)準(zhǔn)程序了解程序執(zhí)行流程、驗(yàn)證運(yùn)行結(jié)果；實(shí)驗(yàn)課堂，以設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和綜合型實(shí)驗(yàn)為主，討論選定實(shí)驗(yàn)的解題思路，進(jìn)行算法設(shè)計(jì)并分析設(shè)計(jì)方案的可行性。實(shí)驗(yàn)課后，以自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)為主，進(jìn)行課堂實(shí)驗(yàn)的功能擴(kuò)展或自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。通過這3個(gè)階段相得益彰的有效結(jié)合，使學(xué)生對實(shí)驗(yàn)有一個(gè)總體的把握，形成完整、深入的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

2.3.1 實(shí)驗(yàn)課前階段的教學(xué)設(shè)計(jì)

教師針對每一堂實(shí)驗(yàn)課，課前在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上發(fā)布實(shí)驗(yàn)任務(wù)，給出實(shí)驗(yàn)要求和目標(biāo)，上傳實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻和輔助學(xué)習(xí)資源，發(fā)布實(shí)驗(yàn)前學(xué)習(xí)指南，并公布實(shí)驗(yàn)題目集，讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)題目和難度，進(jìn)行對應(yīng)的題目選擇。每個(gè)實(shí)驗(yàn)題目按照基礎(chǔ)、提高、綜合和創(chuàng)新4個(gè)梯度標(biāo)注難度，學(xué)生從每種梯度題目集中選擇自己感興趣的題目?；A(chǔ)、提高、綜合梯度實(shí)驗(yàn)題目為必選項(xiàng)，每種梯度題目至少選一題，創(chuàng)新梯度實(shí)驗(yàn)題目為附加自選項(xiàng)。通過這種具有一定的深度和廣度的實(shí)驗(yàn)題目選擇機(jī)制，讓學(xué)生有選擇和發(fā)揮的空間，有利于達(dá)成學(xué)生學(xué)習(xí)的信心和滿意度，并有助于實(shí)現(xiàn)過程性學(xué)習(xí)評價(jià)。

學(xué)生需要將實(shí)驗(yàn)視頻、課前測試和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過程中存在問題通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺進(jìn)行反饋，為教師開展實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)活動(dòng)提供依據(jù)。

2.3.2 實(shí)驗(yàn)課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)

將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式引入到實(shí)驗(yàn)課堂，根據(jù)課前學(xué)情反饋，設(shè)計(jì)各類參與式活動(dòng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)熱情，發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位。實(shí)驗(yàn)課堂上的參與式活動(dòng)方式主要有解答式、討論式、總結(jié)式、演示式、交流式、啟發(fā)式、探究式。解答式活動(dòng)體現(xiàn)在教師根據(jù)課前收集的學(xué)情反饋，以及實(shí)驗(yàn)課堂隨時(shí)遇到的問題進(jìn)行個(gè)體或集體解答。討論式活動(dòng)體現(xiàn)在師生間討論實(shí)驗(yàn)題目的解題思路、探討設(shè)計(jì)方法的可行性，或進(jìn)行小組討論，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作能力。總結(jié)式活動(dòng)關(guān)注歸納總結(jié)實(shí)驗(yàn)過程中的常見問題及對應(yīng)解決方案。演示式活動(dòng)關(guān)注現(xiàn)場演示實(shí)驗(yàn)步驟，包括從實(shí)驗(yàn)題目分析、算法設(shè)計(jì)、編程、測試、調(diào)試、錯(cuò)誤分析和糾錯(cuò)全過程，整個(gè)實(shí)驗(yàn)參與過程會讓學(xué)生印象深刻。交流式活動(dòng)關(guān)注學(xué)生實(shí)驗(yàn)成果展示、實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)和收獲。啟發(fā)式活動(dòng)關(guān)注實(shí)驗(yàn)算法的優(yōu)化和實(shí)驗(yàn)性能的提高，引發(fā)學(xué)生積極參與思考。探究式活動(dòng)關(guān)注如何從探究解決實(shí)際復(fù)雜問題的角度提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決綜合復(fù)雜應(yīng)用的能力。實(shí)驗(yàn)課堂上的參與式活動(dòng)，可以充分借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺或各種信息技術(shù)來開展。

在實(shí)驗(yàn)課堂上，教師需要不斷觀察、發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程中存在的共性問題，及時(shí)提醒、引導(dǎo)，引發(fā)學(xué)生的關(guān)注，提升實(shí)驗(yàn)質(zhì)量。

2.3.3 實(shí)驗(yàn)課后的教學(xué)設(shè)計(jì)

學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)課后階段來完成對所學(xué)知識的固化和延伸。知識固化體現(xiàn)在學(xué)生一方面通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告來加深知識的理解和掌握，另一方面通過交互測試系統(tǒng)和編程練習(xí)系統(tǒng)強(qiáng)化編程來提高實(shí)踐應(yīng)用能力。知識延伸體現(xiàn)在學(xué)生一方面通過在線教學(xué)資源來學(xué)習(xí)課外擴(kuò)展知識，另一方面通過綜合型實(shí)驗(yàn)和自主創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展知識的實(shí)際應(yīng)用。

實(shí)驗(yàn)課后教師需要獲取實(shí)驗(yàn)效果反饋，分析不同學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的批閱，做好實(shí)驗(yàn)評價(jià)，并通過交流討論答疑區(qū)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)式學(xué)習(xí)和探究式學(xué)習(xí)，更好地實(shí)施個(gè)性化教學(xué)。

2.3.4 實(shí)驗(yàn)評價(jià)體系的設(shè)計(jì)

為了引導(dǎo)學(xué)生從關(guān)注“實(shí)驗(yàn)成績”到注重“實(shí)驗(yàn)過程”和“實(shí)驗(yàn)成效”，采取目標(biāo)與過程并重的價(jià)值取向，引入形成性評價(jià)和過程性評價(jià)，構(gòu)建科學(xué)合理的多維度實(shí)驗(yàn)評價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)評價(jià)主體多元化、評價(jià)指標(biāo)多樣化、評價(jià)過程階段性。形成性評價(jià)和過程性評價(jià)都提倡評價(jià)和教學(xué)相互交叉與融合，注重師生互動(dòng)，全面體現(xiàn)以學(xué)生為本，及時(shí)發(fā)現(xiàn)教和學(xué)中的問題[11]。教師通過教學(xué)過程的連續(xù)反饋，為調(diào)整教學(xué)方案提供參考；學(xué)生通過反思學(xué)習(xí)過程，發(fā)現(xiàn)適合于自己的學(xué)習(xí)策略，樹立正確的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。過程性評價(jià)可以通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上的實(shí)驗(yàn)作品展示區(qū)進(jìn)行學(xué)生自評、互評，增強(qiáng)學(xué)生的自信心。形成性評價(jià)主要從課前任務(wù)的完成、課上實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量、課下拓展實(shí)驗(yàn)的完成程度等方面做出發(fā)展性評價(jià)。

多維度評價(jià)體系避免了終結(jié)性評價(jià)內(nèi)容片面評價(jià)方式單一的不足，從多個(gè)維度對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行評價(jià)考核，評價(jià)指標(biāo)包括程序設(shè)計(jì)能力、自主學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)方式、綜合應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)題型、類型多樣化和實(shí)驗(yàn)題目難度階梯化為從不同方面評價(jià)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力提供了依據(jù)。通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的學(xué)習(xí)情況統(tǒng)計(jì)功能，可以為多維評價(jià)提供豐富的參考指標(biāo)數(shù)據(jù)[12]，今后還可以結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)算法對學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行預(yù)測，為制定科學(xué)教學(xué)指導(dǎo)和教學(xué)策略提供數(shù)據(jù)理論依據(jù)。

3 基于TPACK模型開展混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革對教師的要求

（1）基于TPACK模型發(fā)展教師自身的信息化教學(xué)能力。深入分析程序設(shè)計(jì)學(xué)科知識，研究程序設(shè)計(jì)為主線的知識體系和實(shí)踐體系；學(xué)習(xí)和掌握多種信息化技術(shù)，并將其應(yīng)用到微視頻的制作、實(shí)驗(yàn)輔助資源的構(gòu)建、實(shí)驗(yàn)平臺的搭建、參與式活動(dòng)的開展以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的評價(jià)和反饋；學(xué)習(xí)先進(jìn)的教學(xué)法，并應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施中，例如學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)理論、BOPPPS教學(xué)模型、協(xié)作式學(xué)習(xí)等。

（2）不斷進(jìn)行教學(xué)研究、教學(xué)實(shí)踐和教學(xué)反思，并擴(kuò)大教學(xué)交流，積極參加課程研討會和教學(xué)技能培訓(xùn)班，開闊視野，吸取相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程成功實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)，聽取同行提出的改進(jìn)建議，處理好實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)互相支撐互為補(bǔ)充的關(guān)系，不斷改進(jìn)和完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，逐步拓展實(shí)驗(yàn)課程實(shí)踐成果應(yīng)用的廣度和深度[13]。

（3）教師利用信息技術(shù)有效促進(jìn)“如何教”的同時(shí)，也要關(guān)注“如何促進(jìn)學(xué)”?；旌鲜浇虒W(xué)使得學(xué)生的認(rèn)知方式發(fā)生改變，需要教師引導(dǎo)學(xué)生利用各類信息技術(shù)和工具來改善學(xué)習(xí)途徑和學(xué)習(xí)方法，例如手機(jī)移動(dòng)端學(xué)習(xí)工具、Raptor算法建模工具、思維導(dǎo)圖思維展示和認(rèn)知工具等。

4 結(jié)語

程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是程序設(shè)計(jì)教學(xué)研究的重要環(huán)節(jié)[14]，為了提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，充分利用在線教學(xué)和課堂教學(xué)的優(yōu)勢互補(bǔ)，通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源和在線實(shí)驗(yàn)平臺的合理開發(fā)和利用，構(gòu)建“以多方面能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，以學(xué)習(xí)成效為驅(qū)動(dòng)，以個(gè)性化教學(xué)服務(wù)為目標(biāo)”的混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與學(xué)科的深度融合[15]。改革后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)將部分實(shí)驗(yàn)從課堂遷移到課前或課后，拓展了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間和空間，通過線上線下不同學(xué)習(xí)方式的融合，加強(qiáng)了師生間的交流互動(dòng)，形成課前、課堂、課后3階段緊密結(jié)合互為補(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程。通過實(shí)驗(yàn)題目的科學(xué)設(shè)置和靈活多樣的選擇機(jī)制，結(jié)合多種參與式教學(xué)策略，采取階段性多角度的評價(jià)體系，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性，滿足個(gè)性化學(xué)習(xí)需求的同時(shí)，學(xué)生的編程能力、計(jì)算思維能力、創(chuàng)新能力、自主學(xué)習(xí)能力都得到了很大的提高。

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Mixed teaching reform of programming experimental course based on TPACK model

GUO Yanyan

(School of Computer and Control Engineering, Yantai University, Yantai 264005, China)

In view ofthe problems existing in the traditional experimental course of Programming Design, the mixed teaching reform of such course is carried out. Based on the TPACK model, the program design knowledge, information technology, diversified teaching methods and teaching theories are effectively integrated into the practice of experimental teaching. Guided by the ARCS motivation model and BLOOM cognitive law, the online teaching resources, experimental subjects, experimental stages and experimental evaluation system are scientifically designed, the students’ enthusiasm is fully mobilized, the improvement of experimental results is promoted and the experimental goals are effectively achieved, and the experimental teaching has become more consistent with the learning environment for “Internet + education”.

experimental teaching; TPACK model; mixed teaching; programming; flipped classroom; ARCS model

10.16791/j.cnki.sjg.2019.10.058

G642.0

A

1002-4956(2019)10-0238-05

2019-02-11

教育部高等教育司產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目（201602018013）；山東省本科高校教學(xué)改革研究項(xiàng)目（Z2016M082，C2016M045）；山東省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃項(xiàng)目（YC2017015）；煙臺大學(xué)教學(xué)研究與改革項(xiàng)目（jyxm2017057）

郭艷燕（1980—），女，山東煙臺，碩士，講師，研究方向?yàn)檐浖こ?、人工智能。E-mail: smallgyy@sina.com