專業(yè)導(dǎo)向下的混合式教學(xué)探索

歐少敏 趙志鵬 韓桂明 唐欣

【摘 要】本文分析桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院電子信息類專業(yè)“C語言程序設(shè)計”課程教學(xué)存在的問題，并以專業(yè)導(dǎo)向為出發(fā)點，建議構(gòu)建以學(xué)生為中心、能力為本位的線上線下混合式教學(xué)新模式。教學(xué)探索實踐表明，該混合式教學(xué)使得學(xué)生的編程應(yīng)用與創(chuàng)新能力、考試通過率及高分率呈現(xiàn)上升趨勢，可為電子信息類編程課程進行混合式教學(xué)提供參考。

【關(guān)鍵詞】C語言 混合式教學(xué) 專業(yè)導(dǎo)向 工程應(yīng)用

【中圖分類號】G ?【文獻標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）11-0058-04

中國教育信息化進入了2.0時代，已經(jīng)引起思維方式、教學(xué)方式和教研方式的系列變革，給傳統(tǒng)教育帶來了顛覆性的沖擊。黨的十九大報告明確要求重點圍繞加快推進教育現(xiàn)代化，并第一次將網(wǎng)絡(luò)教育寫進了黨的報告中;為全面振興中國本科教育，教育部提出《“雙萬計劃”國家級一流本科課程推薦認(rèn)定辦法》，即從2019年到2021年，全國將完成6000門左右國家級線上線下混合式一流課程建設(shè)。國內(nèi)外對混合式教學(xué)的成功案例有許多，比較有影響力的天津大學(xué)的“工程圖學(xué)”在線課程，現(xiàn)在以第一門SPOC課程登錄中國大學(xué)MOOC網(wǎng)。加州大學(xué)伯克利分校的“軟件工程”課程，效果良好并進行了推廣教學(xué)，因此，阿曼多·?？怂?、戴維·帕特森教授與清華大學(xué)教師、學(xué)者就SPOC在加州伯克利分校和清華大學(xué)的混合式教學(xué)實踐中取得良好效果進行了深入探討與交流。本研究選擇高等院校非計算機專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課——“C語言程序設(shè)計”課程開展教學(xué)探索，強調(diào)以專業(yè)導(dǎo)向為目的，采用SPOC模式的線上線下混合式教學(xué)。即利用信息化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺創(chuàng)造以學(xué)定教，即學(xué)生主動參與、在線留言討論、線下知識點內(nèi)化提升與拓展的新型學(xué)習(xí)方式。信息技術(shù)與傳統(tǒng)教育融合的混合式教學(xué)是未來教育發(fā)展的大方向，但針對電子信息類基礎(chǔ)編程課程的混合式教學(xué)改革還處于探索階段，如何在專業(yè)導(dǎo)向指導(dǎo)下將基礎(chǔ)編程教學(xué)與電子信息類專業(yè)實踐應(yīng)用結(jié)合起來進行有效的教學(xué)，這一問題亟待解決。

一、電子信息類“C語言程序設(shè)計”教學(xué)中存在的問題

（一）淡化開發(fā)環(huán)境的作用

桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院“C語言程序設(shè)計”課程共64課時（48學(xué)時理論，16學(xué)時課內(nèi)實驗）。理論課基本上以PPT和板書為主，并且一直沿用教師講、學(xué)生聽的課堂式教學(xué)，基本不用開發(fā)環(huán)境展示程序編寫技巧、過程、編譯錯誤修改以及調(diào)試結(jié)果分析，也不關(guān)心編寫的程序是否編譯通過或者程序是否存在Bug，更重要的是手寫代碼體現(xiàn)不出在開發(fā)環(huán)境中編寫代碼的規(guī)范性。

（二）教學(xué)專業(yè)不區(qū)分

非計算機專業(yè)與計算機專業(yè)的C語言授課不區(qū)分，后續(xù)軟硬件結(jié)合的專業(yè)課中，很多學(xué)生和教師都有一個共同的感受，不能將所學(xué)的C語言知識應(yīng)用到電子相關(guān)的專業(yè)課程上，擴展遷移思維薄弱。而C語言是最基礎(chǔ)和最底層的編程語言，在電子信息類專業(yè)中，“C語言程序設(shè)計”課程為編程基礎(chǔ)課，大部分的電子設(shè)計可用C語言編程實現(xiàn)，比如控制、信號處理和通信等領(lǐng)域的電子設(shè)計。為了提高學(xué)生編程應(yīng)用能力，在理論和實驗的教學(xué)設(shè)計中加入實例和任務(wù)驅(qū)動相關(guān)的內(nèi)容，但是基于Visual Studio 6.0控制臺程序的操作實踐與電子設(shè)計實踐應(yīng)用不關(guān)聯(lián)。因此，應(yīng)該注重實踐教學(xué)，使學(xué)生提高對編程應(yīng)用教學(xué)的認(rèn)識?？梢酝ㄟ^實驗和項目教學(xué)，進一步加深對理論課講授內(nèi)容的理解，并應(yīng)用于實踐，分析和解決實際問題。

（三）課程安排不合理

授課方式上，PPT授課方式基本上忽略開發(fā)環(huán)境的使用，而理論與實驗分離授課。因此，在實驗課上，教師需花費大部分時間講授Visual Studio 6.0開發(fā)環(huán)境的使用和編譯出錯語法修改等問題。上機實踐操作通常落后或超前理論知識，課堂教學(xué)還要回顧或者超前學(xué)習(xí)與本次實驗課相關(guān)的理論知識，真正的編程實踐時間大大縮減。內(nèi)容安排上，基礎(chǔ)差和接受能力弱的學(xué)生，通常需要反復(fù)加強學(xué)習(xí);學(xué)習(xí)成績好并且編程應(yīng)用嫻熟的學(xué)生，授課內(nèi)容還不能滿足他們對知識的渴望。因此教師作為學(xué)習(xí)活動的組織者與導(dǎo)學(xué)者，要改變已有的灌輸式教學(xué)，要以專業(yè)導(dǎo)向為教學(xué)目標(biāo)，為學(xué)生提供差異化和個性化的教學(xué)內(nèi)容，并引導(dǎo)和協(xié)同完成。

（四）課程內(nèi)容需調(diào)整與優(yōu)化

對實踐性較強的電子信息類學(xué)生而言，所學(xué)編程知識希望能與可視化實操無縫連接，而不是只編寫控制臺程序。但目前沒有專門針對“C語言程序設(shè)計”課程的硬件開發(fā)套件。因此，在2019年引入了以Arduino單片機系列Atmel SAM3X8E為核心的硬件開發(fā)系統(tǒng)—— 機器人套件。該套件支持C語言編程，并且硬件模塊化，連接簡單，不需要掌握太多電子方面的知識，便可以進行大量有趣的項目開發(fā)。同時該套件小型易攜帶，非常適合輔助理論與實驗學(xué)習(xí)，實現(xiàn)“教學(xué)做”一體。但在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，線下時間緊張，教師不僅講授C語言相關(guān)知識，還要講解Arduino C編程以及機器人套件使用，實驗實踐時間與理論課授課時間總是矛盾，授課效果不理想。于是2020年引入線上線下混合式教學(xué)，并且優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容，將“C語言程序設(shè)計”課程教學(xué)分為基礎(chǔ)能力、中級應(yīng)用以及高級應(yīng)用三大層次模塊，如圖1所示。

基礎(chǔ)能力模塊和中級應(yīng)用模塊體現(xiàn)了該課程要學(xué)習(xí)和掌握的主要知識點，高級應(yīng)用模塊屬于綜合實踐類，考查知識點應(yīng)用實際項目中的能力。其中基礎(chǔ)能力模塊要求學(xué)生線上完成，主要完成C語言相關(guān)的理論概念基礎(chǔ)類知識;中級應(yīng)用模塊線上部分主要完成VC6.0控制臺應(yīng)用程序的教學(xué)工作，線下課堂主要完成線上遺留問題以及重難點知識分析與拓展;高級應(yīng)用模塊要求線下分組教學(xué)完成，課內(nèi)實驗不再單獨開課，而是融入理論課程中。課程內(nèi)容調(diào)整與優(yōu)化，可實現(xiàn)C語言理論知識無縫與電子信息類專業(yè)相關(guān)的操作關(guān)聯(lián)，達(dá)到了學(xué)以致用的目的，明確了學(xué)習(xí)“C語言程序設(shè)計”課程在專業(yè)學(xué)習(xí)中的作用。

二、混合式教學(xué)構(gòu)建

學(xué)校探索的混合式教學(xué)主要針對圍墻內(nèi)的大學(xué)生，重視以學(xué)生為中心，學(xué)生先學(xué)，然后教師以學(xué)定教協(xié)同學(xué)習(xí)的教學(xué)環(huán)境，總體架構(gòu)為基于MOOC+SPOC模式的線上與線下教學(xué)設(shè)計。課前線上自學(xué)、課上知識內(nèi)化提升以及課后交流鞏固與提高。具體實施過程如圖2所示，第一步，選取教育運營服務(wù)平臺作為線上教學(xué)的支撐;第二步，融合傳統(tǒng)教學(xué)與線上網(wǎng)絡(luò)平臺教學(xué)模式，整理線上教學(xué)資源;第三步，線上匯集學(xué)生學(xué)習(xí)情況，重構(gòu)傳統(tǒng)課堂教學(xué)設(shè)計;第四步，布置課后作業(yè)以及與本次學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)的基于Arduino機器人套件應(yīng)用實踐項目，要求線上提交作業(yè)和作品;第五步，進行線上討論與直播答疑，講解課后作業(yè)與實踐小項目的制作過程。

（一）線上資源包

理論課堂，按照“C語言程序設(shè)計”課程的教學(xué)大綱對章節(jié)內(nèi)容按課時進行細(xì)分，每1個課時提煉出1個主題，按主題制作教學(xué)資源包，包括線上理論教學(xué)PPT、PPT視頻錄制用的腳本與動畫、理論學(xué)習(xí)的視頻、測驗題、學(xué)習(xí)反饋說明、每2個課時內(nèi)容相關(guān)的實踐項目、實踐項目制作過程的視頻、精選優(yōu)質(zhì)的章節(jié)資源。即1次課2個課時需要2個理論知識視頻和1個動手實踐視頻，每個視頻時長5～8分鐘。為了能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，線上教學(xué)目錄命名要有講究，比如課本命名“函數(shù)的定義”，可以用“短小精悍—— 函數(shù)的定義”代替;理論與實驗的重難點知識視頻錄制時，使用分屏形式錄制，即屏幕左邊PPT結(jié)合右邊控制臺開發(fā)環(huán)境講解，而不是純講PPT。

課內(nèi)實驗線上資源包主要以視頻形式為主，包括實驗要求、本次實驗課所需的重點理論知識、基于控制臺程序開發(fā)環(huán)境的編程技巧、編譯出錯分類與修改、機器人套件外圍模塊電路及各模塊電路連接介紹、基于C語言的Arduino編程框架與程序下載演示。

（二）線上學(xué)習(xí)資源發(fā)放與線下活動開展

理論課線上資源包PPT和視頻通常在線下上課前兩天發(fā)放，為了調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，采用進階闖關(guān)模式解鎖下一個視頻和測驗題。確保學(xué)生已經(jīng)完成課前視頻學(xué)習(xí)與測驗題，再根據(jù)學(xué)生視頻學(xué)習(xí)、測驗和問題留言等數(shù)據(jù)修改線下PPT教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計并組織線下教學(xué)活動。比如課堂教學(xué)中，首先投屏線上學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，然后PPT展示共同出現(xiàn)的問題，分組討論并解答，15～25分鐘完成，最后依據(jù)線上的項目引導(dǎo)學(xué)生進行實體課堂系統(tǒng)內(nèi)容與擴展內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

課內(nèi)實驗部分，同樣是學(xué)生自主學(xué)習(xí)課前視頻和實驗所需理論知識，根據(jù)學(xué)生反饋數(shù)據(jù)，將實驗內(nèi)容修改為易、中、難3種梯度。首先課堂上直入主題，解決共性問題。其次動手和理論知識弱的學(xué)生先完成易的教學(xué)內(nèi)容并逐漸向中、難梯度進階，以此類推。給思維活躍的學(xué)生提供更深一步的問題，引導(dǎo)其進一步探究并協(xié)作完成。這一過程教師發(fā)揮至關(guān)重要的作用，要注重和學(xué)生交流，引導(dǎo)學(xué)生協(xié)同合作，相互啟發(fā)和糾正。最后根據(jù)學(xué)生完成情況，將每一次的實驗結(jié)果記錄下來并給出一個總評成績。

（三）線上課后作業(yè)

教育運營服務(wù)平臺支持單選題、多選題、填空題、判斷題、簡答題、綜合編程題等題型。大部分題型支持智能評分生成分值，學(xué)生做完便能得知成績以及答案解釋。系統(tǒng)具有統(tǒng)計對錯比例、學(xué)生錯誤答案和一鍵導(dǎo)出等功能，還支持簡答題和綜合編程題以圖片和壓縮包上傳形式，教師可以專注這類題型評閱，并可以線上給出作業(yè)評語，批改作業(yè)時間自由。另外，各個章節(jié)的題型的積累，可以制作成作業(yè)庫，期中或者期末考試可以從作業(yè)庫中選擇、組卷并導(dǎo)出，減少了教師的出題工作量。重要的是信息化教學(xué)的應(yīng)用加快了教師精準(zhǔn)的教學(xué)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和教學(xué)信息反饋，為教學(xué)提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。

（四）線下與線上混合互動

教育信息化技術(shù)逐漸深入，線下教學(xué)可以借助線上教育平臺進行互動，不僅激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與課堂的活躍度，也激發(fā)了教師的教學(xué)熱情和課堂活力。支持教學(xué)的簽到、選人回答問題、練習(xí)、問卷、回答正確加分、發(fā)起問題討論以及通知等多種線下課堂互動場景。比如考勤，課前電腦投屏簽到二維碼或者手勢，學(xué)生進入課堂用手機掃一掃即可，上課開始時結(jié)束簽到，可快速統(tǒng)計簽到與未簽到人數(shù)，具有統(tǒng)計遲到、早退與曠課次數(shù)功能，簡化傳統(tǒng)的紙質(zhì)記錄，提高教學(xué)時間的利用率。

設(shè)置線上答疑討論區(qū)，學(xué)生在理論課堂與實驗課堂中遇到的疑惑可以在討論區(qū)留言，任課組教師、全班學(xué)生甚至全年級學(xué)生參與共同解答并相互學(xué)習(xí)，或是展示創(chuàng)新實踐作品供大家分享與討論，抑或是分享本課程的學(xué)習(xí)心得與誤區(qū)等。這樣可進行課后作業(yè)、項目開發(fā)等集體思維學(xué)習(xí)與借鑒，實現(xiàn)學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)方法的共享與探索，多方位分析問題和解決問題，擴展學(xué)習(xí)的視角。

三、教學(xué)評價

該探究式教學(xué)中，教師可以通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺中章節(jié)測驗題、課后作業(yè)、視頻學(xué)習(xí)深度和交流活躍次數(shù)等線上數(shù)據(jù)做依據(jù)進行評價。線下的創(chuàng)新思維、項目設(shè)計、實踐操作和團隊合作能力無法用具體的量化數(shù)據(jù)衡量，要注重學(xué)習(xí)的過程。高校課程特別是應(yīng)用型大學(xué)教育，教學(xué)評價不僅重視學(xué)生知識與實踐技能的培養(yǎng)，更重視學(xué)習(xí)的過程和方法。因此，要改變傳統(tǒng)的理論與實驗以考定學(xué)模式，建立多元的、基于過程與結(jié)果的綜合性評價方式。線上教學(xué)可以全面跟進學(xué)生學(xué)習(xí)行為，記錄學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，不僅為教學(xué)評價提供直觀的數(shù)據(jù)，同時也為教學(xué)質(zhì)量提升奠定堅實的基礎(chǔ)。

“C語言程序設(shè)計”課程教學(xué)評價比例設(shè)為期末卷面成績（40%）、實驗成績（30%）和平時表現(xiàn)成績（30%）。實驗評價包括線上實驗理論視頻、線下課堂活躍度表現(xiàn)、實驗項目作品及心得分享。平時評價主要針對理論課部分，包括線上（簽到、視頻學(xué)習(xí)完成度、課前課后測驗題、課外C語言知識作業(yè)、互動討論項目分享心得次數(shù)）和課后實踐項目制作完成情況。線上數(shù)據(jù)由后臺定好的比例得到百分制成績，然后對每一位學(xué)生的情況進行總結(jié)、對比與分類，形成一份綜合性的評價結(jié)果，公平公正如實地反映每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。

四、教學(xué)分析

基于上述教學(xué)改革構(gòu)思和教學(xué)評價體系，2019年春季教學(xué)中，申請了教學(xué)改革試驗班，教學(xué)團隊嘗試引入基于Arduino項目式輔助C語言教學(xué)方法，教學(xué)效果確實有所改善，學(xué)習(xí)的積極性提高了，大部分學(xué)生在后續(xù)課程的動手實踐和編程能力都有提高，但是考核注重終結(jié)考核，忽略過程考核，通過率低。因此在2020年春季教學(xué)中，教學(xué)團隊在學(xué)習(xí)通及泛雅平臺上開設(shè)C語言程序設(shè)計SPOC課程。為了對比項目驅(qū)動的混合式教學(xué)與項目驅(qū)動的普通課堂式教學(xué)效果，選取2019年與2020年所帶班級的學(xué)生作為實驗對象，為了增加實驗的可信度，學(xué)生都為大一新生初學(xué)者且期末評價方式一致，2年期末考試百分制成績數(shù)據(jù)統(tǒng)計如圖3所示。

通過圖3發(fā)現(xiàn)，引入項目驅(qū)動教學(xué)的混合式教學(xué)，通過率和不同階段分?jǐn)?shù)均高于項目驅(qū)動的普通課堂式，對比2年的教學(xué)數(shù)據(jù)，可以得到以下3個結(jié)論：（1）混合式教學(xué)中的線上數(shù)據(jù)分析，能個性化分析也能綜合體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)情，為個性化和大眾化線下教學(xué)提供數(shù)據(jù)支持;（2）加入信息化教學(xué)后，教師及時回復(fù)線上提問，激發(fā)了學(xué)生線上線下學(xué)習(xí)的積極性與主動性，也起到了鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)的作用;（3）學(xué)生掌握了C語言在電子信息類課程中的應(yīng)用意識，能夠在后續(xù)專業(yè)課程中靈活運用C語言的知識解決工程應(yīng)用問題。

近年來，“C語言程序設(shè)計”課程混合式教學(xué)改革不斷推進，以專業(yè)為導(dǎo)向的混合式教學(xué)是課程改革的趨勢，也是構(gòu)建符合應(yīng)用型本科院校專業(yè)人才培養(yǎng)的教學(xué)新模式。

2年的教學(xué)探索證明，以專業(yè)導(dǎo)向為目的的混合式教學(xué)可培養(yǎng)學(xué)生將知識運用到工程中的能力。學(xué)生反映，通過線下線上理論學(xué)習(xí)并結(jié)合項目分析、設(shè)計再到結(jié)果分析這一過程的積累，提高了自己的編程應(yīng)用能力、創(chuàng)新實踐能力和解決工程問題的能力。從實踐效果來看，進行專業(yè)導(dǎo)向的混合式教學(xué)試點班的學(xué)生，通過率和高分率上升明顯，專業(yè)課編程應(yīng)用能力普遍高于傳統(tǒng)的教學(xué)模式。在大學(xué)生電子設(shè)計大賽和藍(lán)橋杯比賽中，混合式教學(xué)試點班的學(xué)生參與度與獲獎比例明顯高于其他班級。

混合式教學(xué)雖然取得了一定的成績，但是也存在如下不足：（1）部分學(xué)生學(xué)習(xí)模式還未轉(zhuǎn)變，不習(xí)慣線上討論、提問與跟帖;（2）SPOC教學(xué)設(shè)計有待優(yōu)化;（3）微課教學(xué)視頻對教師的信息化素養(yǎng)要求高，教師參與人數(shù)少，工作量大。

在后續(xù)教學(xué)中，一方面，要組織課程組教師共同參加混合式教學(xué)和專業(yè)教學(xué)的培訓(xùn)，吸取優(yōu)秀的教學(xué)經(jīng)驗，提升教師的信息化和專業(yè)化教學(xué)水平，積累并設(shè)計合適的專業(yè)教學(xué)項目，實現(xiàn)低起點、高落點、學(xué)生需要跳跳才能完成的教學(xué)項目。另一方面，要以專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)為教學(xué)目標(biāo)，繼續(xù)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)設(shè)計，促使學(xué)生從“要我學(xué)”向“我要學(xué)”的轉(zhuǎn)變，提高學(xué)生的專業(yè)編程應(yīng)用能力、高分率以及通過率，為后續(xù)專業(yè)課程、專業(yè)比賽以及工作無縫連接。

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注：2019年桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院重點課程改革項目“《C語言程序設(shè)計》課程線上線下混合式教學(xué)構(gòu)建與實踐”（XJ20191103）;2019年新世紀(jì)廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項目“‘雙一流建設(shè)背景下電子信息工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新與實踐”（2019JGA390）

【作者簡介】歐少敏（1988— ），女，湖南永州人，桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院講師，研究方向為嵌入式開發(fā)研究及太陽能光伏發(fā)電研究;趙志鵬（1973— ），男，河南西平人，漢族，高級實驗師，桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院電子信息工程教研室主任，研究方向為智能儀器、嵌入式開發(fā)研究;韓桂明（1980— ），男，廣西蒙山人，漢族，正高級實驗師，副教授，桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院電子工程系副主任，研究方向為信號與信息處理。

（責(zé)編 黃桂嬋）