“程序設(shè)計基礎(chǔ)”課程差異化教與學的探索與實踐

劉艷軍 羅代忠 馬新強

摘要：近年來，我國在本科教育上強調(diào)內(nèi)涵發(fā)展，把質(zhì)量提升作為本科教育改革發(fā)展的核心任務(wù)，而課程教學質(zhì)量提升是本科教育質(zhì)量提升的重要環(huán)節(jié)。文章探索一種“程序設(shè)計基礎(chǔ)”課程教與學體系，分析了課程教學目標和教學改革中遇到問題，提出使用在線學習和在線評測系統(tǒng)等信息化技術(shù)手段拓展學習時空;遵循布魯姆學習分類法劃分淺層知識和深層知識，設(shè)計線上線下一體化教學內(nèi)容;重組教學流程，形成持續(xù)的漸進式學習過程;助力學生的差異化教學。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計;線上線下;教學模式;教學內(nèi)容設(shè)計;差異化教學

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）15-0117-03

Abstract：In recent years， our country emphasizes the connotative development in undergraduate education and regards the quality improvement as the core task of the reform and development. This paper explores a teaching and learning system of "Programming Foundation" course， analyzes the teaching objectives and the problems encountered in teaching process， then proposed a method to expand learning time and space by using online learning and online evaluation system and other information technology， and design online and offline teaching content， according to Bloom's learning classification to divide knowledge into shallow knowledge and deep knowledge， and reorganize the teaching process to form a continuous gradual learning process and help to realize differentiated teaching.

Keywords： program design; online and offline; course model; teaching content design; differentiated teaching

1 引言

教育部在《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020）年》文件指出要以學生為主體，以教師為主導，充分發(fā)揮學生的主動性，關(guān)心每個學生，促進每個學生主動地、生動活潑地發(fā)展，尊重教育規(guī)律和學生身心發(fā)展規(guī)律，為每個學生提供適合的教育。

“程序設(shè)計基礎(chǔ)”作為計算機類專業(yè)一門重要的學科基礎(chǔ)課，是新生入學的第一門程序設(shè)計類專業(yè)課程，在計算機專業(yè)教學體系中有舉足輕重的作用，課程具有覆蓋面廣、教學難度高、實踐要求高、對后續(xù)課程影響大等特點。在教學過程中，不僅要使學生掌握編程語言的基本語法規(guī)范，還要致力于培養(yǎng)學生運用編程語言解決實際問題的編程能力，要引導學生實現(xiàn)問題求解思維方式的轉(zhuǎn)換——即培養(yǎng)學生的計算思維能力。傳統(tǒng)的教學方法，難以兼顧低階認知（記憶、理解、應用）和高階認知（分析、評價、創(chuàng)新）的教學，教學效果的跟蹤與反饋也不夠及時、準確，不利于實現(xiàn)個性化教學[1-2]。本文探討并實踐一種程序設(shè)計基礎(chǔ)課程教與學創(chuàng)新體系，該體系使用信息技術(shù)，進行線上、線下混合教學，幫助教師構(gòu)建從低階到高階的一體化教學設(shè)計，同時便于學生開展自主、泛在、個性化的學習。

2 課程分析

“程序設(shè)計基礎(chǔ)”課程通常被作為第一門編程語言課程，是各類軟件開發(fā)課程的重要先修課程，課程學習效果直接影響學生程序設(shè)計能力。

2.1課程教學目標

1）知識目標：“程序設(shè)計基礎(chǔ)”課程要求學生熟練掌握程序設(shè)計基本語法、數(shù)據(jù)類型、表達式、控制結(jié)構(gòu)（順序、分支、循環(huán)）、模塊化（函數(shù)）、文件等核心知識和程序設(shè)計前沿理論知識，拓寬學生視野和寬廣的跨學科知識。

2）能力目標：通過課程學習培養(yǎng)學生：（1）將實際問題抽象化（數(shù)學建模）;（2）將抽象問題計算機化（計算機可理解）;（3）將計算機題模塊化;（4）將模塊問題程序化（會讀、令寫、會調(diào)會優(yōu)化）;（5）實踐與創(chuàng)新、溝通與團隊合作、深度學習與自主學習的能力，應對信息化發(fā)展的適變能力。

3）素質(zhì)目標：考慮到學生計算思維尚未建立、程序設(shè)計能力薄弱甚至零基礎(chǔ)的實際情況，踐行“程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法思想，提出培養(yǎng)具備工程開發(fā)及實踐應用能力，勝任軟件分析、設(shè)計、開發(fā)、測試及管理等工作的高素質(zhì)應用型人才。通過課程思政，培養(yǎng)學生克服困難、堅持不懈的學習精神，家國情懷與積極向上的人生價值觀。

2.2課程教學中存在的問題

1）傳統(tǒng)的課堂教學大多處于淺層次教學狀態(tài)，即知識的初階認知（記憶、理解、應用），難以兼顧高階認知（分析、評價、創(chuàng)新）。教學內(nèi)容低階層次，課堂要求低，“水課”越來越多趨勢嚴重，甚者將編程課上成打字課。課堂缺乏深切體驗和難度挑戰(zhàn)，難以引導學生獲得深入的思考和深透的理解，無法為學生后續(xù)學習產(chǎn)生深遠影響。

2）學生的學習是一個漸進生長的過程，本課程理論和實踐并重，尤其需要在實踐中給予學生消化理論的時間。目前教師缺乏耐心等待和引導，課堂存在教師“告訴”結(jié)果的多，學生“發(fā)現(xiàn)”結(jié)果的少，教與學的“過程之教”被抽取，學生機械死板而失去生命活力，喪失自主性、能動性和創(chuàng)造性，致使學生出現(xiàn)“教過的題會做，未教過的沒思路不會做”的情況。

3）課堂教學對學生的差異性關(guān)注不夠。在同一年級、同一專業(yè)，甚至同一班級內(nèi)學生學習基礎(chǔ)、學習能力參差不齊是常態(tài)，同一的課堂教學下，一定存在有些人吃不了或有些人吃不飽的情況。針對不同的學情，因材施教，實施個性化教學以達到課程目標是解決學情差異問題的重要手段。

2.3課程與教學改革要解決的重點問題

1）構(gòu)建線上線下一體化教學內(nèi)容設(shè)計。遵循布魯姆（Bloom）學習分類法，劃分淺層知識和深層知識，設(shè)計線上線下一體化教學內(nèi)容，形成持續(xù)的漸進式學習過程，提升學生可持續(xù)競爭力，解決學生個性化學習問題。

2）重組教學流程，解決以“教師為中心”到“以學生為中心”的轉(zhuǎn)變問題。淡化課堂邊界，課前學生線上學習、課內(nèi)教師引導內(nèi)化計算機編程邏輯思維、課后學生現(xiàn)固強化知識點，解決學生的自主學習問題。

3）重建教與學評價標準，解決“學”的效果問題。關(guān)注學習效果，跟蹤學生學習情況，采用線上線下相結(jié)合的過程化、多元化評價方式，解決學生對程序“會讀、會寫、會調(diào)、會優(yōu)化”的問題。課程內(nèi)容與資源建設(shè)及應用情況。

3 “程序設(shè)計基礎(chǔ)”課程教學改革

本課程改革思路：構(gòu)建了線上線下混合，淡化課堂邊界，突出個性化教學的教學新模式。

3.1設(shè)計“淡化課堂邊界，突出個性化教學”的線上線下混合式教學模式

1）依據(jù)認知層次理論設(shè)計線上線下一體化課程內(nèi)容，重組教學流程，形成持續(xù)的漸進式學習過程。

針對不同層次的認知階段，分解課程內(nèi)容到線上線下不同環(huán)節(jié)實施，線上環(huán)節(jié)完成程序設(shè)計低階的基本語法和基本用法的學習，線下環(huán)節(jié)完成程序設(shè)計高階的分析、設(shè)計、實現(xiàn)及解決復雜工程實際問題的能力。重組教學流程，打破以“課堂”為中心的邊界，充分實施課前線上自學，課堂線上線下多模式教學，課后線上練習相融合的一體化教學活動。

本課程的線上MOOC平臺基于重慶市高校在線開放課程平臺搭建，是課程團隊多年來教學資源的結(jié)晶，在視頻內(nèi)容開發(fā)過程中，強調(diào)案例驅(qū)動，串聯(lián)主干知識點，突出實用性，旨在學生快速入門程序設(shè)計。課程的在線測評系統(tǒng)采用使用北京航空航天大學CG計算機專業(yè)課一體化平臺等，實現(xiàn)了學生全天候自主在線練習，系統(tǒng)實時評判、在線考試等。線下課堂教學通過對線上學生學習情況的統(tǒng)計，進行主干知識點梳理，錯誤分析，代碼點評，綜合案例討論等。教師通過設(shè)置評價考核指標體系并向?qū)W生公開，激發(fā)學生的學習積極性，同時加強對學生學習過程的管控。

2）關(guān)注學生的差異性，有效利用信息技術(shù)，為學生提供個性化學習教學資源環(huán)境。

教師不僅要傳授學生知識，更應該培養(yǎng)學生運用知識解決實際問題的能力，即關(guān)注學習效果。由于存在學生的個體差異，使學生達到相同學習效果的學習過程大體一致卻又不盡相同。因此，在教學過程中，教師應將學生放在教學的主體地位，更加關(guān)注學生的差異性，充分激發(fā)學生的學習熱情，培養(yǎng)學生自主學習、主動學習的良好學習習慣。設(shè)計以學生為中心，突出個性化教學的課程教學模式，課前引導學生按需學習;課堂依據(jù)課前學習數(shù)據(jù)和行為分析，合理設(shè)計多種教學方式;課后在線上練習系統(tǒng)提供按難度分層的基礎(chǔ)題和擴展題，供學生練習自測。通過將教學內(nèi)容按知識點、按進階性、按難度進行切分，由學生自主選擇學習內(nèi)容，學習能力強的學生多學點，學能力一般的學生正常學，學能力差的學生反復學，將學習過程由桌餐變?yōu)樽灾汀Ｍ瑫r，教師獲取學生的學習數(shù)據(jù)、掌握學生的學習狀態(tài)，針對性的干預、引導，達到更好的學習效果。

3.2資源建設(shè)

“程序設(shè)計基礎(chǔ)”課程依據(jù)Bloom認知層次理論設(shè)計線上線下一體化課程內(nèi)容，以學中心，淡化課堂邊界，重組教學流程，將課前課堂課后三個階段通過一體化的內(nèi)容設(shè)計有效融合在一起。

1）課前內(nèi)容

在線上完成，以知識的識記和理解為主地構(gòu)建低階課程內(nèi)容，主要涵蓋數(shù)據(jù)類型、表達式、控制結(jié)構(gòu)（順序、分支、循環(huán)）、數(shù)組、函數(shù)、指針、結(jié)構(gòu)體的基本語法及基本用法，為高階課程內(nèi)容奠定了基礎(chǔ)。形成一個知識技能分解和案例設(shè)計，具體如表1所示。

2）課堂內(nèi)容：包括理論課堂和實驗課堂兩部分。

理論課堂以知識的應用、分析、質(zhì)疑和創(chuàng)造為主的構(gòu)建高階案例式課程內(nèi)容，針對課前學生學習行為數(shù)據(jù)和測試結(jié)果、實時調(diào)整課內(nèi)教學活動，采用案例教學、討論教學、啟發(fā)教學等方式，課堂活動設(shè)計具有高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度的內(nèi)容，真正體現(xiàn)“兩性一度”。

實驗課堂在線下進行，而題目發(fā)布在線上測評系統(tǒng)，以編程題和代碼改錯題的實踐為主，由測評系統(tǒng)提供動態(tài)測試、代碼風格檢查、性能剖析等實時評測結(jié)果，學生可以反復提交直至完全通過。通過實驗課堂教學解決學生對程序“會讀、會寫、會調(diào)、會優(yōu)化”的高階學習，提升學生的程序設(shè)計編程邏輯與創(chuàng)新思維。

課后內(nèi)容：通過在線作業(yè)鞏固加強學生學習效果。在線作業(yè)包括選擇、填空、程序填空等客觀題，便于覆蓋各種細節(jié)知識點，還包含按難度劃分的編程題，在加強學生操作基礎(chǔ)訓練的同時提升難度。

3.3考核評價

課程考核方式是教學環(huán)節(jié)中最重要的組成部分之一，本課程的考核為配合線上線下教學過程的開展，采用多環(huán)節(jié)、多要素、全方位的考核方式，期望達到公平、公正對學生掌握課程的情況做出合理、科學的評價[3]。如圖3所示，考核方式主要包括：課前在線學習成績（占20%）、實驗成績（占15%）、作業(yè)成績（占15%）、課內(nèi)表現(xiàn)成績（占10%）、期末考試成績（占40%）。其中，課前在線學習由課程視頻觀看情況、章節(jié)測驗成績、討論參與情況組成，通過在線課程平臺系統(tǒng)統(tǒng)計計算獲得;實驗成績、作業(yè)成績、考試成績由在線測評系統(tǒng)通過機器自動評閱獲得。評價方式嚴謹、客觀，計算方法向?qū)W生全部公開，學生在參加各項教學活動時，由系統(tǒng)自動統(tǒng)計各項教學行為并計分，便于學生可以隨時隨地查看本人的平時成績變化情況，這一評價方式顯著提高了學生在線學習的積極性。

4 “程序設(shè)計基礎(chǔ)”課程改革卓有成效

4.1基本形成一套線上線下混合式教學模式資源

建設(shè)了“程序設(shè)計基礎(chǔ)”的慕課，課程在重慶高校在線開放課程平臺上線，目前已開課5期，選課程人數(shù)累計2694人，學生來自28所高校，課程于2018年被認定為重慶市高校精品在線開放課程。在線上課程的開放期間，形成一套教學視頻、教學課件、案例庫、試題庫、常見問題的討論主題庫等資源。我校已有三屆18個班級900多名學生使用“程序設(shè)計基礎(chǔ)”在線課程平臺進行線上線下混合教學活動。形成課程教材《案例式C語言程序設(shè)計》，由清華大學出版社出版，列為“21世紀計算機科學與技術(shù)實踐型教程”，使用量達到2000多人次。建立進階式、按難度劃分的習題庫、案例庫，以實用型的應用案例為導向，整合主干知識點，擴展細節(jié)知識點，配合階段性綜合項目。

4.2初步形成個性化教學模式

通過在線課程資源輔助預習復習環(huán)節(jié)，實現(xiàn)課堂外學生按需自主學習的同時，便于教師掌握自主學習的情況。通過題自 動化作業(yè)布置、批改，節(jié)約出教師精力和時間，實施個性化教學，設(shè)計適合學生情況的不同難度的習題庫、作業(yè)庫和評價方式，進行分層教學設(shè)計，更關(guān)注學生個性化成長，更好的調(diào)整教學內(nèi)容適應學情。

5 結(jié)語

“程序設(shè)計基礎(chǔ)”線上線下混合教學模式改革實施以來，經(jīng)過統(tǒng)計，學生對教師在教學態(tài)度、教學內(nèi)容、教學方法、教學條件等方面綜合評價得分93.64，評價優(yōu)秀;學生在ACM競賽及CSP水平測試中取得優(yōu)良成績，表明了改革后的教學模式對提升學生解決復雜工程問題的能力奠定程序設(shè)計的堅實基礎(chǔ)。課程授課教師在校級“說課程·教改課”比賽一等獎及二等獎2次、“金果源”學生最喜愛教師獎、“優(yōu)秀主講教師”獎。

在“程序設(shè)計基礎(chǔ)”課程后續(xù)建設(shè)過程中，進一步將課程思政融入教學，貫穿課程教學全過程，推進知識傳授、能力培養(yǎng)與價值引領(lǐng)的有機統(tǒng)一。增加職業(yè)素養(yǎng)訓練，改善教學資源新環(huán)境進一步與企業(yè)合作打通“產(chǎn)科教”模式的落地實施，通過綜合工程化項目的大作業(yè)，培養(yǎng)學生工程項目分析和管理能力，加強學生的團隊精神、合作能力和IT 職業(yè)素養(yǎng)。

參考文獻：

[1] 顧佩華，胡文龍，林鵬，等.基于“學習產(chǎn)出”（OBE）的工程教育模式——汕頭大學的實踐與探索[J].高等工程教育研究，2014（1）：27-37.

[2] 曾海，尚鮮連，朱敏.基于SPOC平臺的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程線上線下混合教學模式改革[J].蘇州市職業(yè)大學學報，2019，30（2）：83-88.

[3] 張文娟.線上線下相結(jié)合的課堂教學模式改革[J].科教文匯，2016（10）：31-32.

【通聯(lián)編輯：王力】