基于EIP-CDIO的游戲闖關(guān)式教學(xué)探索

紀(jì)亞芳 張凱麗 趙紅梅 王大為

（山西師范大學(xué)物理與信息工程學(xué)院，山西 臨汾 041000）

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，電子產(chǎn)品的集成化要求也越來(lái)越高。在此背景下，硬件軟件化是電子工業(yè)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。C語(yǔ)言是目前國(guó)際廣泛流行的通用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，也是理工科學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)首選的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，為達(dá)到培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才的目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)解決問(wèn)題、完成設(shè)計(jì)任務(wù)的能力，有必要對(duì)C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教學(xué)進(jìn)行改革研究與探索。

2 現(xiàn)行教學(xué)方式的問(wèn)題

根據(jù)目前教學(xué)情況，盡管老師們?cè)诟鱾€(gè)層面的教學(xué)過(guò)程中努力探索，積極實(shí)踐，也取得了一定的成效，但在具體實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中仍存在一些問(wèn)題。

2.1 具體設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題

在面對(duì)具體設(shè)計(jì)時(shí)，很多學(xué)生會(huì)表現(xiàn)得不知所措，無(wú)從下手。C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)是電子信息工程專業(yè)學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后接觸到的第一門計(jì)算機(jī)編程類課程，而大部分學(xué)生此前并未接觸過(guò)此類課程，使用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的思維方式尚未形成，面對(duì)具體設(shè)計(jì)題目時(shí)往往無(wú)法順暢地將自己的構(gòu)思和設(shè)計(jì)通過(guò)程序的方式表達(dá)與實(shí)現(xiàn)。

2.2 編程過(guò)程的心理問(wèn)題

學(xué)生之間的基本知識(shí)扎實(shí)程度和自身素質(zhì)具有一定差距，隨著學(xué)習(xí)難度的增加，部分學(xué)生學(xué)習(xí)到一定階段會(huì)產(chǎn)生畏懼心理，尤其在多次編譯均無(wú)法找到錯(cuò)誤緣由時(shí)，很容易產(chǎn)生挫敗感。如果無(wú)法正確對(duì)待失敗，并且忽略了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，學(xué)生就會(huì)產(chǎn)生“這門課很難，自己無(wú)法學(xué)會(huì)”的心理現(xiàn)象，從而輕言放棄。

2.3 程序設(shè)計(jì)的邏輯問(wèn)題

在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)生需要有較強(qiáng)的邏輯思維能力，思路要保持清晰流暢，考慮充分。然而，部分學(xué)生做不到對(duì)問(wèn)題的深入思考、舉一反三，并且存在對(duì)編程思想理解不透、構(gòu)思和設(shè)計(jì)不明朗的現(xiàn)象，因此在實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作時(shí)往往感到力不從心。

3 EIP-CDIO思想

EIP(Ethics-Integrity-Professionalism)是指講道德、講誠(chéng)信和專業(yè)化，CDIO(Conceive-Design-Implement-Operate)表示構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)行。EIP-CDIO就是注重職業(yè)道德與誠(chéng)信并與構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)作進(jìn)行有機(jī)結(jié)合的新模式。本文基于EIP-CDIO 理念對(duì)C 程序設(shè)計(jì)這門課程進(jìn)行教學(xué)模式探索，設(shè)計(jì)了游戲闖關(guān)式教學(xué)方式，在各個(gè)關(guān)卡充分體現(xiàn)EIPCDIO思想，合理設(shè)置各個(gè)章節(jié)關(guān)卡的梯度和廣度，將靈活多樣的教學(xué)方法充分運(yùn)用于教學(xué)過(guò)程中，在教學(xué)過(guò)程中注重學(xué)生邏輯思維能力的培養(yǎng)，使學(xué)生在面對(duì)設(shè)計(jì)題目時(shí)能通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)作過(guò)程，為后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)在培養(yǎng)過(guò)程中注重人文精神的熏陶，使培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生具備優(yōu)秀的職業(yè)道德、誠(chéng)實(shí)正直、富有責(zé)任感[1]，畢業(yè)后可以更好地融入社會(huì)。

4 游戲闖關(guān)式教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

游戲闖關(guān)式教學(xué)方式以章節(jié)為單元，每個(gè)章節(jié)設(shè)置多個(gè)關(guān)卡，各關(guān)卡融入EIP-CDIO思想，根據(jù)章節(jié)內(nèi)容及關(guān)卡特點(diǎn)選用不同的教學(xué)形式，授課過(guò)程注重構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)作的過(guò)程，各章節(jié)關(guān)卡設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 游戲關(guān)卡設(shè)計(jì)

4.1 初始環(huán)節(jié)

初始環(huán)節(jié)即為每一章的導(dǎo)入，根據(jù)每個(gè)章節(jié)的特點(diǎn)選擇不同的導(dǎo)入方式。在循環(huán)章節(jié)可通過(guò)自然界的重復(fù)動(dòng)態(tài)圖片進(jìn)行導(dǎo)入，將循環(huán)的概念滲入其中，在數(shù)組章節(jié)中以求班級(jí)中學(xué)生某門課的成績(jī)作為研究對(duì)象采用“拋錨式”方式導(dǎo)入，使學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容有直觀印象，從而激發(fā)其認(rèn)知需求，形成學(xué)習(xí)期待。在此教學(xué)環(huán)節(jié)中著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，刺激與激發(fā)學(xué)生的好奇心，鼓勵(lì)學(xué)生的冒險(xiǎn)精神，敢于大膽猜測(cè)、大膽假設(shè)、大膽想象，打破固有思維的束縛，遇到問(wèn)題時(shí)能多角度、多層面、多結(jié)構(gòu)去思考問(wèn)題，尋找答案。

4.2 尋寶環(huán)節(jié)

尋寶環(huán)節(jié)是最重要的課堂活動(dòng)之一，重點(diǎn)為學(xué)生知識(shí)點(diǎn)的獲得和邏輯思維方式的培養(yǎng)。該環(huán)節(jié)中要培養(yǎng)學(xué)生預(yù)習(xí)習(xí)慣，注重教學(xué)形式的多樣性，在教學(xué)中淡化語(yǔ)法上的細(xì)節(jié)部分，按照“人腦思維—計(jì)算思維—C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)思維”的順序努力將計(jì)算思維融入C語(yǔ)言建構(gòu)中，使學(xué)生的邏輯思維能力得到鍛煉，同時(shí)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，積極引導(dǎo)學(xué)生參與到課堂中來(lái)，在課堂上達(dá)到師生思維上的同頻共振。在教學(xué)過(guò)程中，每一個(gè)題目都可看作一個(gè)小項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生嘗試按照“構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)行”的思路去完成，其中構(gòu)思即為題目的需求分析部分，在此部分可滲透數(shù)據(jù)類型、函數(shù)、指針、數(shù)組、結(jié)構(gòu)體等概念；設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)詳細(xì)設(shè)計(jì)部分，可將結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想與算法融入其中，并通過(guò)流程圖的方式將設(shè)計(jì)思路體現(xiàn)出來(lái)；實(shí)現(xiàn)則為具體程序代碼的編寫(xiě)過(guò)程，在此過(guò)程中注意使用正確的語(yǔ)法規(guī)則，把握好程序的可讀性與效率；運(yùn)行即運(yùn)用編程軟件將編寫(xiě)好的程序編譯，學(xué)生可根據(jù)編譯結(jié)果提供的信息對(duì)程序中的錯(cuò)誤進(jìn)行改正，同時(shí)具備檢查運(yùn)行結(jié)果是否正確的能力。

4.3 火眼金睛環(huán)節(jié)

在學(xué)習(xí)過(guò)程中，故意在程序中設(shè)置一些錯(cuò)誤來(lái)驗(yàn)證學(xué)生的掌握情況和理解程度，既可以在課堂氛圍低落時(shí)重新燃起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，又可以加深學(xué)生對(duì)程序的理解和思考。該環(huán)節(jié)著重培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的學(xué)術(shù)態(tài)度，例如在寫(xiě)程序時(shí)可能少了一個(gè)符號(hào)或字母、大小寫(xiě)混淆或者是把字母“l(fā)”看成了數(shù)字“1”都會(huì)導(dǎo)致程序編譯報(bào)錯(cuò)，因此在學(xué)習(xí)與工作中需堅(jiān)決杜絕馬虎粗浮的思想，做到專心、細(xì)心、精心。

4.4 練級(jí)環(huán)節(jié)

練級(jí)環(huán)節(jié)主要是學(xué)生練習(xí)課后習(xí)題及作業(yè)，要求學(xué)生按照CDIO思想，編程前先理清思路，并畫(huà)出流程圖，將編寫(xiě)的程序進(jìn)行上機(jī)運(yùn)行。這樣既可以直觀地查找到程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤，驗(yàn)證程序結(jié)果，又可以增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)程序思維，使學(xué)生的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)能力有質(zhì)的提升。在此教學(xué)環(huán)節(jié)中著重培養(yǎng)學(xué)生良好的責(zé)任心，做有益于網(wǎng)絡(luò)秩序的事情，要謙虛謹(jǐn)慎，戒驕戒躁，寫(xiě)出高質(zhì)量的代碼。

4.5 更上一層樓環(huán)節(jié)

該環(huán)節(jié)主要是上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)，經(jīng)過(guò)上面幾個(gè)環(huán)節(jié)的練習(xí)，尤其是練級(jí)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，學(xué)生實(shí)踐能力已經(jīng)有很大的提高，因此實(shí)驗(yàn)課程可以設(shè)置一些與實(shí)際問(wèn)題緊密結(jié)合的設(shè)計(jì)型和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，訓(xùn)練學(xué)生創(chuàng)新能力和學(xué)以致用的綜合能力。在該環(huán)節(jié)中仍然要求學(xué)生按“構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)作”的過(guò)程去完成實(shí)驗(yàn)題目的程序設(shè)計(jì)，同時(shí)在碰到難題時(shí)可通過(guò)與同學(xué)交流或小組討論等方式解決，從而增強(qiáng)學(xué)生與人積極交流溝通的能力、團(tuán)隊(duì)精神和協(xié)作能力。

4.6 打BOSS環(huán)節(jié)

該環(huán)節(jié)為每個(gè)章節(jié)的測(cè)試環(huán)節(jié)，挑戰(zhàn)有輸有贏，輸了可通過(guò)該環(huán)節(jié)進(jìn)行查缺補(bǔ)漏，對(duì)不熟悉、沒(méi)掌握的內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)強(qiáng)化，贏了可增強(qiáng)學(xué)生信心和成就感，以更濃厚的興趣和熱情進(jìn)入下一個(gè)章節(jié)的學(xué)習(xí)。在此教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師需引導(dǎo)學(xué)生擁有積極向上的學(xué)習(xí)態(tài)度和鉆研精神，著重培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)強(qiáng)的意志與經(jīng)得起失敗磨練的健康心理，使學(xué)生形成良好的心理素質(zhì)和品行。

4.7 挑戰(zhàn)終極BOSS環(huán)節(jié)

該環(huán)節(jié)為本課程的期末測(cè)試環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生的成績(jī)有很大的影響，因此要求前面所有關(guān)卡都通過(guò)后才能進(jìn)行終極挑戰(zhàn)，若挑戰(zhàn)失敗，只能從頭再來(lái)，即為補(bǔ)考或重修。

在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，應(yīng)合理設(shè)置各個(gè)環(huán)節(jié)的梯度，各環(huán)節(jié)之間的難度應(yīng)是循序漸進(jìn)、逐層遞進(jìn)的，難度跳躍過(guò)大會(huì)挫敗學(xué)生銳氣，打擊積極性，過(guò)于簡(jiǎn)單又難以達(dá)到鍛煉學(xué)生思維能力的目標(biāo)，因此需要在實(shí)踐中逐步摸索與調(diào)整。

5 游戲闖關(guān)式教學(xué)實(shí)現(xiàn)形式

C 程序設(shè)計(jì)課程的游戲闖關(guān)式教學(xué)主要通過(guò)理論課與實(shí)踐課、線上與線下相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。面對(duì)2020年突如其來(lái)的新冠疫情，開(kāi)學(xué)日期被迫延后，為保障“推遲開(kāi)學(xué)不停教、不停學(xué)”，線上教育飛速發(fā)展，各個(gè)專業(yè)網(wǎng)課平臺(tái)逐漸融入到我們的教學(xué)工作中，也促使C程序設(shè)計(jì)的線上課程體系逐步完善。本門課程目前的教學(xué)安排是32講授課時(shí)，32實(shí)踐課時(shí)，在教學(xué)過(guò)程中根據(jù)環(huán)節(jié)的內(nèi)容及特點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)安排，初始環(huán)節(jié)與尋寶環(huán)節(jié)主要是在理論課程中完成的，線上資源作為線下補(bǔ)充；火眼金睛環(huán)節(jié)與練級(jí)環(huán)節(jié)則采用線下線上三七分方式，課上進(jìn)行少部分訓(xùn)練，課下利用線上資源完成相應(yīng)環(huán)節(jié)的闖關(guān)，同時(shí)針對(duì)一些易錯(cuò)題、難題在課上進(jìn)行重點(diǎn)分析與講解；更上一層樓環(huán)節(jié)中主要采用線上設(shè)置發(fā)放實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，要求學(xué)生在實(shí)踐課時(shí)能按時(shí)完成任務(wù)并進(jìn)行互評(píng)；打BOSS環(huán)節(jié)采用線上發(fā)放測(cè)試內(nèi)容，學(xué)生利用課余時(shí)間完成并提交，只有分?jǐn)?shù)達(dá)到一定分值才能開(kāi)啟下一關(guān)，否則重新進(jìn)行測(cè)試；最后的挑戰(zhàn)終極BOSS環(huán)節(jié)根據(jù)學(xué)校期末考試統(tǒng)一安排，在此之前需要同學(xué)們完成所有關(guān)卡的挑戰(zhàn)。

C 程序設(shè)計(jì)課程的線上教學(xué)主要借助超星泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)來(lái)完成，各個(gè)章節(jié)內(nèi)容按游戲闖關(guān)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，各個(gè)環(huán)節(jié)內(nèi)容發(fā)放均設(shè)置為闖關(guān)模式，如圖2所示，學(xué)生們只有完成前面環(huán)節(jié)的任務(wù)才能進(jìn)入后面的環(huán)節(jié)，教師在后臺(tái)可隨時(shí)檢查學(xué)生的完成情況，及時(shí)督促與指導(dǎo)需要幫助的學(xué)生。

圖2 各章節(jié)內(nèi)容設(shè)計(jì)

6 實(shí)踐效果

由上學(xué)期學(xué)生的問(wèn)卷調(diào)查可知，學(xué)生們對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)置較為認(rèn)同?；鹧劢鹁Νh(huán)節(jié)中，34.1%的同學(xué)認(rèn)為可以驗(yàn)證自己的掌握情況與理解程度，29.5%的同學(xué)認(rèn)為能激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，36.4%的同學(xué)認(rèn)為可以避免自己寫(xiě)程序時(shí)出現(xiàn)此類錯(cuò)誤；打BOSS環(huán)節(jié)中，100%的同學(xué)認(rèn)為是非常有必要的；在學(xué)習(xí)過(guò)程中，98%的同學(xué)在遇到難題時(shí)能夠克服畏難心理，不懼失敗，勇于嘗試，可通過(guò)自主思考或與同學(xué)合作等方式解決難題。學(xué)生反饋的學(xué)習(xí)難點(diǎn)集中體現(xiàn)在具體題目從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)的過(guò)渡上，在今后的教學(xué)中，將增強(qiáng)相應(yīng)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練力度，更好地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，幫助學(xué)生打下堅(jiān)實(shí)的C語(yǔ)言基礎(chǔ)。