基于“線下體驗式教學+線上輔助教學”混合教學模式的C 語言課程教學改革實踐

馮艷君，王紅霞，馬秀麗

（沈陽理工大學信息科學與工程學院，遼寧沈陽 110159）

隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計算的飛速發(fā)展，新技術(shù)與各行各業(yè)實現(xiàn)了深度融合，產(chǎn)生了第四次工業(yè)革命下的工程新業(yè)態(tài)，這就為高等院校的人才培養(yǎng)提出了更高的要求。相對于傳統(tǒng)的工科人才，未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟需要的是工程實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復合型的“新工科”人才。［1］24程序設(shè)計是實現(xiàn)信息技術(shù)與新工科的關(guān)鍵，對未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)起到引領(lǐng)作用。［2］C 語言程序設(shè)計是大部分工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，對大學生后續(xù)信息類課程的學習及程序設(shè)計能力的培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用?；诖?，通過分析現(xiàn)代大學生特點和原有教學模式的弊端，對C 語言課程進行教學改革，采用“線下體驗式教學+線上輔助教學”混合教學模式，提高學生學習興趣，加深算法設(shè)計和編程感受，培養(yǎng)學生自主學習能力，注重計算思維訓練和上機編程實踐，以期提高學生的信息技術(shù)能力和自身綜合素質(zhì)。

一、C語言教學現(xiàn)狀

C 語言課程是大部分工科專業(yè)學生學習的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課，通常設(shè)置在大學本科第一學期，這對于剛上大學的大一新生來說，既有利又有弊。學生剛剛步入大學，對于各種事物都充滿了新鮮感和好奇心，尤其是程序設(shè)計，通過編程能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析，甚至做出各種有趣的游戲，這對于伴隨著電腦游戲長大的新一代大學生來說，應(yīng)該具有很大的誘惑力。但是，學習程序設(shè)計對于他們來說又有著一定的難度，因為大部分學生在上大學前對計算機原理一無所知，沒有上機編程經(jīng)驗，頭腦中沒有程序設(shè)計的概念。再加上他們初次離開父母容易放飛自我，需要逐步適應(yīng)自我管理、自我學習總結(jié)的大學學習特點。除此之外，他們既懷著希望老師細致講解的依賴心理，又具有反抗“填鴨式”教學的叛逆心理，因此如何化解學生的這種矛盾心理，使學生樂于學習、學會學習，是大學老師面臨的重要問題。

C 語言課程主要講授C 語言編程語法和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計思想。傳統(tǒng)的教學模式是：教師先介紹語法格式，再介紹具體程序，這種教學思路主要的目的是讓學生熟練地掌握C 語言語法，但卻忽視了學生計算思維的培養(yǎng)和編程能力的提高，而后者本應(yīng)是C 語言課程教學的重點。這種“一言堂”“灌輸式”的講解比較枯燥，容易使學生失去學習的興趣，同時也不利于學生養(yǎng)成主動思考的習慣。傳統(tǒng)的大班教學方式又使教師無法在一堂課內(nèi)掌握所有學生的接受情況，不能及時解決學生的知識困惑，從而使C 語言課程的教學效果大打折扣。計算機行業(yè)是一個持續(xù)飛速發(fā)展的行業(yè)，技術(shù)在不斷進步，學生需要具備終生學習的能力，否則就會被社會所淘汰。［3］大學教師承擔著傳授學生如何學習、引導學生找準自己職業(yè)方向的重要責任，這也是高等教育“立德樹人”的根本目標。因此，有必要改革C 語言課程教學模式，改進教學方法，回歸“授人以漁”的教學初心，以“學以致用、學用結(jié)合”為教學目標，以培養(yǎng)計算思維和編程能力為教學重點，最終提高學生的綜合素質(zhì)，助力學生終生成長。

二、基于“線下體驗式教學+線上輔助教學”的混合教學模式

基于上述問題，提出“線下體驗式教學+線上輔助教學”的混合教學模式，具體來說，線下將傳統(tǒng)的課堂搬到實驗室進行小班授課，利用“電子教室”使學生近距離體驗算法設(shè)計和編程實現(xiàn)的整個過程，同時采用問題導向法等有效的教學方法和小組競賽等競爭機制激發(fā)學生學習興趣，并精簡講授內(nèi)容，增加課堂互動和上機訓練，使學生當堂消化所學內(nèi)容。當然，課堂時間有限，學生感悟能力參差不齊，為了保證全員跟進，課前和課后均利用資源豐富的MOOC 平臺安排線上形式的預習和復習任務(wù)，作業(yè)和答疑也依靠線上進行，結(jié)合MOOC 平臺的過程數(shù)據(jù)和期末考試結(jié)果綜合評判學生的學習情況。基于“線下體驗式教學+線上輔助教學”混合教學模式的教學活動設(shè)計如圖1所示。

圖1 基于“線下體驗式教學+線上輔助教學”混合教學模式的教學活動設(shè)計

1.線下體驗式教學模式實施方案

（1）基于“電子教室”的小班授課?！半娮咏淌摇笔且环N在局域網(wǎng)內(nèi)實現(xiàn)的多媒體信息交互平臺,是集教學、控制、管理和電子點名等功能于一體的計算機輔助教學軟件。［4］本校的信息技術(shù)實驗室均安裝了“電子教室”軟件，將傳統(tǒng)的“大班”授課改成基于“電子教室”的小班授課，這樣，教師在講解的同時，學生人手一機，可同步看到教師的講解，從而拉近了教師與學生的距離?！半娮咏淌摇惫δ茇S富、操作簡單，為實驗室的小班教學提供了極大的便利。利用“電子教室”的屏幕廣播功能，學生在學生端電腦上可近距離觀看教師的整個編程過程，恰似身臨其境，體驗非常深刻，避免了大班授課時后排學生看不清的問題。學生在遇到不懂的知識點時，可以利用“電子舉手”進行提問，教師可進行實時的答疑解惑。在練習階段，教師可以通過遠程監(jiān)控功能，查看每個學生的編程過程，歸納總結(jié)學生常犯的錯誤，并可以進行點對點的單獨指導，還可以利用“學生演示”功能，請一位學生演示自己的程序，從而讓全班同學了解正確或錯誤的提示。此外，教師還可利用“文件分發(fā)”功能給學生發(fā)布例子程序或上機任務(wù)，通過“接收文件”功能回收學生提交的程序文件。從上面的介紹可以看出，“電子教室”的運用，不僅實現(xiàn)了“理實一體化”教學，［5］而且加深了學生對C 語言編程的切身體驗，使C 語言課堂教學在效率、管理和交互的有效性等方面均得到了提高。

（2）多種教學方法的有效運用。采用“問題導向法”“語義分析法”和“動畫演示法”等教學方法，啟發(fā)學生思考編程概念、程序運行原理的來龍去脈，再輔之以適時的提問和舉一反三的練習，使學生增強學習的主動性和積極性，提高獨立思考及分析問題、解決問題的能力。

問題導向法，即在引入一個知識點前，先提出一個待解決的實際問題，讓學生思考如何解決，然后教師啟發(fā)學生回答可能的解決方案，進而引出相關(guān)概念。在知識點相關(guān)的語法介紹完后，再完成前邊問題的程序設(shè)計，這樣學生很容易理解該知識點的語法及使用。例如，對數(shù)組的講授，按照以下過程進行教學設(shè)計：首先提出問題，即求10 個數(shù)的平均數(shù)及所有小于平均數(shù)的數(shù)。學生能夠想到定義10 個變量用來存放這10 個數(shù)，但教師可啟發(fā)對于更多數(shù)據(jù)應(yīng)如何處理，進而提出連續(xù)保存數(shù)據(jù)的解決方案。這樣就可引出數(shù)組的概念了。在介紹數(shù)組的定義方式、引用方式、初始化方式后，教師即可給出前邊問題的算法步驟并上機編程。

所謂“語義分析法”，是從漢語語文的角度，幫助學生分析一個概念涉及的語法點有哪些，進而引出語法定義格式，或者針對幾個相似概念，辨別并記憶其語法定義上的區(qū)別。例如，在給出“數(shù)組是一組具有相同數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)的有序集合”的定義后，啟發(fā)學生從字面語義思考“定義數(shù)組需要哪些要素？”，學生能回答出“數(shù)據(jù)類型”，但“有序”不知如何表達。在教師講解數(shù)組在內(nèi)存中的表示后，部分同學可推斷出“要定義元素個數(shù)”這個答案，此時，教師就可將數(shù)組定義格式引出，學生很容易記住。又如，在介紹指針與數(shù)組的關(guān)系前，先幫助學生分析各詞語的語義，如“指向數(shù)組元素的指針”是偏正短語，核心詞是“指針”，“指向數(shù)組元素”是定語，因此，“指向數(shù)組元素的指針”是用來存放數(shù)組元素地址的指針變量，而“指針數(shù)組”也是偏正短語，核心詞是“數(shù)組”，而“指針”是它的定語，因此，“指針數(shù)組”是指針變量的集合。通過這樣的分析，學生就很容易區(qū)分開這兩個概念。

對于晦澀難懂的程序算法，先針對特定數(shù)據(jù)，采取動畫演示的方法，讓學生理解算法的本質(zhì)與思路，然后一步步總結(jié)出程序設(shè)計的步驟及各部分要素，進而寫出整個程序，這種方法對于循環(huán)程序的設(shè)計及其循環(huán)條件的歸納尤其有效。例如，在講解冒泡排序時，先以游戲的方式，按照冒泡排序的思想對5 個學生的身高進行排序，再以動畫的形式一步一步地觀察整數(shù)的排序過程，進而總結(jié)歸納出算法的思路及循環(huán)實現(xiàn)的關(guān)鍵語句，學生對程序?qū)崿F(xiàn)的過程就會非常清晰。

（3）上機編程的魔鬼訓練。每堂課教師演示編程后，要引導學生總結(jié)歸納此類問題的編程要點，使學生掌握這類問題的編程思想和編程步驟，然后將時間交給學生，讓學生上機實現(xiàn)類似問題的程序，這樣學生就能進一步體驗到編程的樂趣，感受到分析問題和解決問題的快樂。在此期間可引入編程競賽，以此激發(fā)學生的學習熱情，加強彼此間的交流，又可提高學生上機調(diào)試能力，實現(xiàn)全員的有效參與和素質(zhì)提升。另外，還可利用“電子教室”，請學生演示程序、講解思路、分享創(chuàng)意、交流感受，并針對學生出現(xiàn)的問題和錯誤進行統(tǒng)一的糾正，這對于提高學生的表達能力、學習熱情和上機調(diào)試能力非常有幫助?，F(xiàn)代社會是競爭的社會，沒有壓力就沒有進步，如此頻繁的上機訓練，能夠增強學生的心理素質(zhì)，提高學生的就業(yè)競爭力，這也是高等教育“立德樹人”的本質(zhì)需要。

2.線上輔助教學實施方案

在課堂教學之外，需要為學生提供預習和復習的有效途徑。MOOC 以其開放性的學習資源、優(yōu)質(zhì)的師資、不限時空的自由學習方式及其豐富的互動功能為C 語言課堂教學提供了強有力的輔助教學平臺。［6］本校基于超星平臺采用東北大學的《高級語言程序設(shè)計》國家精品在線課程，作為C 語言課程的線上輔助教學方案。

在每堂課之前，教師為學生安排一定的在線預習任務(wù)，學生通過MOOC 平臺完成與預習任務(wù)對應(yīng)的課程講解視聽并完成指定數(shù)目的自測練習題。教師在上課前檢查學生的預習自測題完成情況，并針對學生掌握得不好的知識點在課堂上進行重點講解，對于一些過于細致的C 語言語法則留到課后作為拓展任務(wù)交給學生。在每堂課之后，學生需要到該MOOC 平臺按時完成相應(yīng)的拓展學習視頻視聽任務(wù)并提交相關(guān)的程序設(shè)計作業(yè)。個別學生還可對未理解的課堂內(nèi)容利用在線課程進行復習與鞏固，這樣學生的C 語言基礎(chǔ)就會掌握得特別牢固。除此之外，該MOOC 平臺還提供了討論區(qū)、題庫、在線測試及統(tǒng)計功能，學生依靠這些功能可以向教師提問、進行編程訓練、自測及自我評價，教師依靠這些功能可以實現(xiàn)答疑、組織階段性考試及對學生學習過程的監(jiān)督與管理。

MOOC 平臺輔助教學方案的使用，不僅為學生提供了課下學習的有利途徑，而且為教師的課堂教學精簡了時間、提高了效率，這不僅激發(fā)了學生的學習熱情，提高了學生的自主學習能力，而且為教師對學生的監(jiān)管和評價提供了便利的工具。

三、教學改革的實施效果

通過對沈陽理工大學2016-2018 級計算機科學與技術(shù)專業(yè)學生實施“線下體驗式教學+線上輔助教學”混合教學模式，教學效果得到了明顯的提升，主要體現(xiàn)在以下3個方面。

（1）學生學習編程的熱情高漲?；凇半娮咏淌摇钡男“嗍谡n形式，使學生近距離體驗到了一個問題從分析到算法設(shè)計，再到寫出程序直至運行成功的整個過程，再加之以實際問題為導向的教學方法的使用，學生學會了、看懂了，自然有興趣上機實踐并繼續(xù)深入學習。頻繁的課堂練習與編程競賽的引入，使學生積極參與編程的熱情更為高漲。據(jù)統(tǒng)計，學生在學習完C語言課程后，有很多學生都加入了信息技術(shù)類的社團，或者報名參加學校大創(chuàng)項目和各級計算機類比賽，并且都取得了不錯的成績。

（2）學生C 語言課程期末考試成績顯著提高。通過“線下體驗式教學+線上輔助教學”混合教學模式的運用，學生的C 語言基礎(chǔ)得到加強，對程序設(shè)計原理的理解更加深入，問題導向法、語義分析法及動畫演示法的運用，使學生對程序設(shè)計基本概念的掌握更加精準到位，因此學生的期末考試成績逐年提升。這種混合教學模式是從2016 年開始實施的，表1 是計算機專業(yè)學生2015-2018 年C 語言課程期末考試成績的統(tǒng)計，從中可以看出，2016-2018年的課程平均分和最高分比2015 年有明顯提高，而且之后基本呈上升趨勢，從2015-2018 年良好以上的學生人數(shù)在逐年增加，而不及格的人數(shù)在逐年減少，這說明這種混合教學模式達到了教學改革應(yīng)有的效果。

表1 本校計算機專業(yè)學生2015-2018年C語言課程期末考試成績統(tǒng)計結(jié)果

（3）學生的自主學習能力和動手能力顯著增強。問題導向法的運用和課堂互動的增多使學生逐漸養(yǎng)成了主動思考的習慣，MOOC 平臺在線學習任務(wù)的設(shè)置也使學生學會了自我學習和自我約束，通過一學期的訓練，學生自主學習能力得到了明顯的提升。課堂上機練習的增加和MOOC 平臺題庫訓練及在線測試環(huán)節(jié)的設(shè)置，增加了學生上機編程的機會，學生的動手能力得到了顯著增強。2018年，一名學生利用C/C++語言開發(fā)的中國象棋智能程序，在遼寧省計算機博弈大賽中獲得了一等獎的好成績，這說明學生從“線下體驗式教學+線上輔助教學”混合教學模式中受益頗深。

四、結(jié)語

隨著人工智能與“新工科”建設(shè)的興起，計算思維成為三大支柱思維之一，培養(yǎng)程序設(shè)計能力是其主要任務(wù)，同時程序設(shè)計作為計算機學科和其他學科交叉融合的橋梁，學好程序設(shè)計可為未來創(chuàng)新性工科人才培養(yǎng)打下堅實的基礎(chǔ)［1］27。實踐證明，“線下體驗式教學+線上輔助教學”混合教學模式符合應(yīng)用型本科院?！熬珜Ｅc博通并舉、突出實踐與素質(zhì)教育”的教學理念，有利于C 語言課程“培養(yǎng)程序設(shè)計與調(diào)試能力，應(yīng)用計算思維分析和解決實際問題能力”的目標達成，對學生未來的升學和就業(yè)具有深遠的影響。