基于課堂派和PTA的混合式教學(xué)實踐與探索

何穎剛 鄭如濱 葉曉紅 夏麗麗 王宇

摘? 要：針對新工科建設(shè)對人才培養(yǎng)的需求，基于課堂派和PTA雙平臺，對C語言程序設(shè)計課程展開混合式教學(xué)改革。利用課堂派平臺豐富的教學(xué)資源、教學(xué)工具，結(jié)合PTA平臺的OJ系統(tǒng)優(yōu)勢，設(shè)計課前、課中、課后混合式教學(xué)模式，訓(xùn)練和提高學(xué)生程序設(shè)計能力和計算思維能力。實踐表明，基于課堂派和PTA平臺的混合式教學(xué)模式能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、增強學(xué)習(xí)主動性和積極性，顯著提升教學(xué)效果、教學(xué)質(zhì)量，為今后其他程序設(shè)計類課程改革的探索提供有價值的借鑒。

關(guān)鍵詞：混合式教學(xué);課堂派;PTA;C語言程序設(shè)計

中圖分類號：TP39;G642? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A文章編號：2096-4706（2021）23-0183-04

Practice and Exploration of Blended Learning Mode Based on Ketangpai

and PTA Platform

HE Yinggang1， ZHENG Rubin2， YE Xiaohong1， XIA Lili1， WANG Yu1

（Chengyi University College， Jimei University， Fujian? 361021， China; 2.College of Computer Engineering， Jimei University， Xiamen? 361021， China）

Abstract： According to the requirements of talent training in the construction of new engineering， based on the dual platforms of Ketangpai and PTA， the blended teachihng reform of C language programming course is carried out. Making use of the rich teaching resources and teaching tools of the Ketangpai platform， combined with the OJ system advantages of PTA platform， design the blended learning mode before， during and after class， train and improve students’ programming ability and computational thinking ability. Practice shows that the blended learning mode based on Ketangpai and PTA platform can effectively stimulate students’ learning interest， enhance their learning initiative and enthusiasm， significantly improve teaching effect and teaching quality， and provide valuable reference for the exploration of other programming course reform in the future.

Keywords： blended learning; Ketangpai; PTA; C language programming

0? 引? 言

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新一輪科技和產(chǎn)業(yè)興起和發(fā)展，加快培養(yǎng)新興領(lǐng)域工程科技人才勢在必行。近年來教育部大力推進全國高?！靶鹿た啤苯ㄔO(shè)，2017年2月18日，教育部在復(fù)旦大學(xué)召開了高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會，會議達成了“復(fù)旦共識”[1]。2017年4月8日，教育部在天津大學(xué)召開新工科建設(shè)研討會，發(fā)布了“天大行動”[2]建設(shè)行動路線。2017年6月12日教育部發(fā)布《新工科研究與實踐項目指南》，指南中要求以一流人才培養(yǎng)、一流本科教育、一流專業(yè)建設(shè)為目標(biāo)，以實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃2.0版”為抓手，把握工科的新要求、加快建設(shè)發(fā)展新興工科，持續(xù)深化工程教育改革，培養(yǎng)德學(xué)兼修、德才兼?zhèn)涞母咚刭|(zhì)工程人才[3]。新工科建設(shè)要求高校更新人才培養(yǎng)體系，探索和建設(shè)新的課程結(jié)構(gòu)、新的教學(xué)方法、新的教學(xué)內(nèi)容。

C語言程序設(shè)計課程是軟件工程專業(yè)基礎(chǔ)必修課，課程目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生良好的程序設(shè)計技能和計算思維能力，培養(yǎng)分析和解決實際工程問題能力，并為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。因此，研究和探索新的課程教學(xué)和方法，提高課程學(xué)習(xí)效果，對于新工科背景下的軟件工程專業(yè)建設(shè)具有重要的意義。

慕課MOOC（Massive Open Online Course）即大規(guī)模開放在線課程，是一種教育受眾面廣（大規(guī)模）、開放的、基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的在線課程[4]。眾多高校教師不斷在探索基于慕課的新教學(xué)模式，例如，李娟、高麗平[5]在教學(xué)實踐中提出“SPOC+OJ系統(tǒng)”的混合教學(xué)模式，實現(xiàn)了“翻轉(zhuǎn)課堂”，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。王達、張坤[6]等將雨課堂應(yīng)用于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中，設(shè)計三段式導(dǎo)學(xué)模式，提高了教學(xué)質(zhì)量。李穎[7]等基于“超星學(xué)習(xí)通”APP，探索了混合式教學(xué)改革，也取得了不錯的教學(xué)效果。

本文通過在C語言程序設(shè)計課程中引入課堂派互動教學(xué)平臺和浙江大學(xué)自主研發(fā)的OJ系統(tǒng)——PTA，實現(xiàn)混合式教學(xué)。利用互聯(lián)網(wǎng)思維重構(gòu)教學(xué)方法、貫通教學(xué)過程，通過OJ系統(tǒng)競賽式程序設(shè)計實驗激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，提高教學(xué)效果和學(xué)習(xí)質(zhì)量。同時，基于雙平臺的教學(xué)架構(gòu)解決了傳統(tǒng)教學(xué)方法單一、實驗過程監(jiān)控不足、成績評價體系簡單等問題，對提高教學(xué)效率、提升教學(xué)效果具有積極的意義。

1? 課程教學(xué)現(xiàn)狀

C語言程序設(shè)計課程是一門理工科類專業(yè)均開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，課程知識點繁多、教學(xué)難度大，同時具有很強的實踐性要求。課程對于培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力、邏輯思維能力、問題求解能力和基本編程能力具有重要的影響。傳統(tǒng)的課程教學(xué)主要在課堂內(nèi)完成，以教師講授、操作示范、學(xué)生練習(xí)、教師輔導(dǎo)為主要形式[8]。傳統(tǒng)教學(xué)模式存在“重知識、輕技能、重語法、輕思維”的弊端，課程之間無法達到無縫銜接[9]。難以培養(yǎng)學(xué)生建立編程思想、難以把實際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型、難以應(yīng)用解決實際問題[10]。單一的教學(xué)形式和枯燥的理論講解，難以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。教師在教學(xué)過程中花費大量的時間，卻無法有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生雖然學(xué)習(xí)了語法規(guī)則和一些算法，但是遇到實際問題或復(fù)雜問題，依然無法編程解決。此外，傳統(tǒng)的實驗課上教師需要面對的是幾十位學(xué)生。由于學(xué)生學(xué)習(xí)能力存在差異，實驗過程中常常會遇到很多問題，需要老師幫助調(diào)試和知道。因此，實驗課上教師工作量巨大，常常為了個別學(xué)生的程序調(diào)試、查錯，而耽誤了對大多數(shù)學(xué)生的輔導(dǎo)。傳統(tǒng)的教學(xué)方法已經(jīng)不能滿足新工科建設(shè)對于課程的要求，課程的教學(xué)模式需要進行改革。

2? 基于課堂派和PTA平臺的混合式教學(xué)模式設(shè)計

課程組在課堂派和PTA平臺上建設(shè)“C語言程序設(shè)計”在線課程和在線實驗，并在我院軟件工程專業(yè)本科生開展雙平臺混合式教學(xué)改革實踐，混合式教學(xué)模式設(shè)計如圖1所示。借助圖中左右兩側(cè)的課堂派和PTA雙平臺，將課前、課中、課后學(xué)習(xí)過程有機聯(lián)系起來，開展靈活和高效的教學(xué)過程，基于課堂派和PTA平臺的混合式教學(xué)模式如圖1所示。

（1）課前預(yù)習(xí)。課程組首先根據(jù)工程教育標(biāo)準(zhǔn)，將課程知識點和能力要求，細分到每節(jié)課程的授課內(nèi)容中，針對能力要求，分為理解、掌握、運用三個層次，然后根據(jù)知識點和達成目標(biāo)，編排預(yù)習(xí)視頻、課堂互動課件、PTA實驗題目集和課后練習(xí)等。課前通過課堂派向?qū)W生手機微信推送預(yù)習(xí)任務(wù)，并統(tǒng)計預(yù)習(xí)人數(shù)、任務(wù)完成數(shù)等數(shù)據(jù)。

（2）課中學(xué)習(xí)與實踐。教師首先進行30～40分鐘的知識講解，講授核心內(nèi)容，并通過課堂派搶答、互動答題、隨機點名答題等功能，與學(xué)生進行翻轉(zhuǎn)課堂互動教學(xué)。然后在PTA平臺發(fā)布約30分鐘的實驗任務(wù)，實驗任務(wù)題目由易到難、層層遞進，從基礎(chǔ)語法到設(shè)計算法讓學(xué)生在分析問題、設(shè)計算法、代碼實現(xiàn)的循環(huán)實踐過程中，不斷編程、調(diào)試、改進，逐步掌握理論、語法，培養(yǎng)程序設(shè)計思想和計算思維能力。

在學(xué)生編程的同時，教師通過如圖2所示的PTA平臺代碼提交列表查看功能，可從題目和學(xué)生兩個維度，實時監(jiān)控學(xué)生提交代碼的次數(shù)、代碼測試通過與否、獲得分值、代碼運行狀況等等。通過對代碼質(zhì)量的監(jiān)控實現(xiàn)對學(xué)生編程技能的客觀評價，使得教師能夠把握班級每位同學(xué)的學(xué)習(xí)效果。PTA平臺OJ系統(tǒng)對于代碼提交運行結(jié)果，分為“編譯錯誤、部分正確、格式錯誤、運行超時、運行時錯誤、答案正確等多種類型，教師通過點擊學(xué)生提交的錯誤代碼，還可發(fā)現(xiàn)普遍存在的問題，匯總和分析后，在輔導(dǎo)和答疑階段進行統(tǒng)一說明，從而提高課堂答疑的針對性，實現(xiàn)對全體同學(xué)的有效指導(dǎo)。

課堂教學(xué)最后階段，教師對OJ習(xí)題進行約15分鐘的講解和答疑。通過如圖3所示的PTA平臺的習(xí)題集“排名”功能，教師可了解學(xué)生對題目解答進度和得分情況，將精力放在針對難點的評析，提高課堂效率。通過排名頁面，教師還可以發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)懈怠同學(xué)，并進行督促。此外，排名功能提供了一種模擬ACM競賽的場景，由于每道題目具有測試點，通過測試點可獲一定分值，提交代碼后，學(xué)生可實時看自己的排名，并籍由排名高低可獲得參加競賽般的滿足感，進而提高學(xué)習(xí)的積極性。

（3）課后練習(xí)鞏固。教師通過發(fā)布課堂派自測、PTA作業(yè)，讓學(xué)生對課堂知識進行鞏固。借助PTA平臺試卷分析功能，教師可以從知識點得分、得分率分布、人數(shù)分布等多個維度，掌握學(xué)生對該次課程知識點掌握情況，并為后續(xù)課程的改進和開展，進行合理的規(guī)劃。

3? C語言程序設(shè)計課程建設(shè)

3.1? 課堂派平臺課程資源建設(shè)

課堂派是由北京愛課互動科技有限公司開發(fā)的一款在線課堂管理平臺，集在線直播教學(xué)、課堂互動、實時測評、協(xié)同備課、作業(yè)和練習(xí)、成績管理、教學(xué)數(shù)據(jù)分析等多重功能為一體。目前，全國包括北京大學(xué)、中國人民大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、廈門大學(xué)等6 000多所學(xué)校正在使用“課堂派”[11]?；谡n堂派的教學(xué)活動組織安排，主要集中于課前和課后階段。課前，教學(xué)小組教師根據(jù)教學(xué)大綱和要求，精心選取省級精品課程配套教材。詳細制定教學(xué)計劃，設(shè)計編排每節(jié)課知識點，制作教案和互動課件，并通過課堂派題庫功能，按照章節(jié)和知識點建設(shè)題庫。在線課程資源如圖4所示，包含課程簡介、互動課件、題庫、參考資料、課堂錄像、作業(yè)、試卷、互動答題等等。

3.2? PTA平臺課程資源建設(shè)

Online Judge系統(tǒng)（簡稱OJ）是基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的在線測評系統(tǒng)，最初在ACM-ICPC國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽中用于自動判題。國內(nèi)不少大學(xué)均建立或開發(fā)自主OJ平臺，其中運用最廣泛的OJ系統(tǒng)屬浙江大學(xué)PTA平臺。程序設(shè)計類教學(xué)輔助教學(xué)平臺（Programming Teaching Assistant， PTA）是浙江大學(xué)國家級程序設(shè)計系列課程教學(xué)團隊與網(wǎng)易公司、杭州百騰教育科技有限公司合作推出面向高校和社會的程序自動評測、開放式的教學(xué)輔助平臺。PAT平臺提供了判斷題、選擇題、填空題、編程題和主觀題等多種類型題型的支持，并可按知識點和難易度進行題目分類。在創(chuàng)建題目時，教師可輸入題目描述、分值、難度、解題報告，并可以通過設(shè)定多組測試數(shù)據(jù)，從多方面對學(xué)生的答題代碼進行驗證。由于學(xué)生提交的答題代碼很少一次可以通過所有測試點，因此，很多學(xué)生編程中的一項樂趣和挑戰(zhàn)就是研究思考如何修改代碼以通過所有測試點。同時，教師利用系統(tǒng)自動測評功能，大大減輕了批改學(xué)生代碼的工作量，使得教師可以將更多的精力集中在教學(xué)上，提高課堂教學(xué)效率。

程序設(shè)計基礎(chǔ)課程的目標(biāo)重點在培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計能力、利用程序解決實際問題的能力。因此，在實驗課前，根據(jù)實驗任務(wù)和知識點，在題庫中精心挑選編程題、函數(shù)題，按由易到難、由基礎(chǔ)理論實踐到工程問題解決的順序進行組卷，從而達到循序漸進鍛煉學(xué)生編程技能和計算思維能力的目的。PTA平臺的創(chuàng)建題目集功能為教師統(tǒng)一備課、選題、組卷提供了極大的幫助。此外，教師可使用分享碼，將題目集分享給同課程組教師，從而實現(xiàn)教學(xué)小組備課、資源共享，極大減輕教師工作量。

3.3? 課程考核評價方式

基于雙平臺的課程教學(xué)方式需要與之相匹配的考核方式?？疾旖虒W(xué)改革成效，應(yīng)當(dāng)從課程全過程分析學(xué)生每次課堂學(xué)習(xí)效果、實驗作業(yè)成績。傳統(tǒng)課程考核方式以期末考試為主，缺乏對過程性、形成性的評價。使得學(xué)生依賴于考前進行突擊復(fù)習(xí)，死記硬背語法格式等，沒有真正形成程序設(shè)計能力和計算思維能力。因此，設(shè)計基于全要素、過程性的教學(xué)考核方案也是本次課程改革的重要目標(biāo)之一。本次教學(xué)改革考核評價由三部分組成：期末考試占60%，實驗和作業(yè)占25%，平時成績占15%（包括考勤、課堂互動、課堂表現(xiàn)等等）。

4? 教學(xué)效果分析

以本校軟件工程專業(yè)為研究對象，采用問卷調(diào)查的形式調(diào)研課堂派+PTA混合式教學(xué)的效果。在2019和2020級班級中發(fā)放了50份調(diào)查問卷，回收有效問卷50份，調(diào)查結(jié)果顯示92%的同學(xué)認為PTA程序設(shè)計實驗平臺對C語言程序設(shè)計的學(xué)習(xí)非常有幫助，86%的同學(xué)認為課堂派平臺在增加課堂互動、提高課堂注意力、提升課堂學(xué)習(xí)質(zhì)量效果顯著。90%的同學(xué)認為課堂派+PTA的混合式教學(xué)，對學(xué)習(xí)的幫助優(yōu)于使用單一的課程平臺。實踐證明，采用基于雙平臺混合式教學(xué)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)意愿、信心和能力得到了明顯的提高。同時，參加大學(xué)生程序設(shè)計競賽的人數(shù)和獲獎等級逐年提升。

5? 結(jié)? 論

相比于傳統(tǒng)教學(xué)模式和使用單一平臺教學(xué)模式而言，基于課堂派和PTA平臺的C語言程序設(shè)計課程混合式教學(xué)模式實踐，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提升學(xué)習(xí)效果;使得教師能夠更加靈活的組織和管理教學(xué)全過程，提高了教學(xué)效率，提升了教學(xué)質(zhì)量。教學(xué)模式對開展一流本科課程建設(shè)，樹立課程建設(shè)新理念，推進課程改革創(chuàng)新有著參考意義。

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作者簡介：何穎剛（1981—），男，漢族，福建漳州人，講師，碩士，研究方向：機器學(xué)習(xí)、圖像處理、人工智能。