基于混合模式的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程改革與實(shí)踐

雷小宇+胡斌+曾喜良+丁學(xué)雷

摘要：程序設(shè)計(jì)能力是計(jì)算機(jī)科學(xué)及相關(guān)專業(yè)學(xué)生的核心能力。當(dāng)前該專業(yè)的學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)存在一些問題，如重理論、輕實(shí)踐，而且理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)，傳統(tǒng)的教學(xué)模式忽視學(xué)生對在線資源和在線教學(xué)方式的需求等。因此，本文提出，應(yīng)充分利用在線學(xué)習(xí)平臺和資源，探索基于線上線下相結(jié)合的程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)模式，通過重組教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)組織方式、搭建在線實(shí)踐平臺及完善考核方案等一系列改革與實(shí)踐，開拓學(xué)生視野，培育程序設(shè)計(jì)氛圍，提高學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì)能力；在線學(xué)習(xí)；培養(yǎng)模式

中圖分類號：TP311.1-4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 論文編號：1674-2117（2017）17-0085-04

● 引言

程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)核心課，是奠定學(xué)生信息素養(yǎng)的基礎(chǔ)性課程，同時也是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的入門課程。[1]學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，能夠了解一門程序設(shè)計(jì)語言的基本結(jié)構(gòu)和執(zhí)行流程，學(xué)會使用程序設(shè)計(jì)語言編制計(jì)算機(jī)程序，夯實(shí)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)程序設(shè)計(jì)的實(shí)踐能力，提高程序設(shè)計(jì)綜合素質(zhì)，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)方法是學(xué)生理解計(jì)算機(jī)知識的最好途徑[2]，也是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的重要途徑。同時，隨著大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，在線學(xué)習(xí)風(fēng)靡全球，MOOC（Massive Open Online Courses，大規(guī)模開放網(wǎng)絡(luò)課程）、SPOC（Small Private Online Course，小規(guī)模限制性在線課程）的興起對我國高等教育產(chǎn)生了重大影響。

● 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)存在的一些問題

程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程在教學(xué)實(shí)施過程中，因?qū)W生基礎(chǔ)差異大以及課程內(nèi)容抽象、思維方式不同于常見思維等特點(diǎn)，往往要面臨如下問題：

首先，課程教學(xué)很容易陷入語言表達(dá)形式的誤區(qū)，課程的教學(xué)應(yīng)突出體現(xiàn)使用編程解決特定問題的方式，即程序設(shè)計(jì)方法，而不是語言本身。[3]

其次，部分教師對理論教學(xué)投入較多，講得比較深、比較透，而對實(shí)踐教學(xué)和課后輔導(dǎo)及交流的投入?yún)s有限，實(shí)踐操作中不能及時指導(dǎo)和糾正學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題和所犯的錯誤，而且實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)往往與理論教學(xué)脫節(jié)，課上學(xué)到的知識點(diǎn)不能及時上機(jī)實(shí)踐。

再次，當(dāng)前大學(xué)生是伴隨著網(wǎng)絡(luò)興起而成長的一代，對網(wǎng)絡(luò)依賴度比較高，傳統(tǒng)的書本理論知識講授已經(jīng)不能滿足他們的學(xué)習(xí)需求。另外，傳統(tǒng)的考核方式主要是采取“期末紙質(zhì)考試+平時表現(xiàn)”的形式，這種結(jié)果式評價的考核方式比較單一，許多考試內(nèi)容偏重語言而不是編程，且類似的考核內(nèi)容和方式不能有效地提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，也缺乏對學(xué)生及時的督促、疏導(dǎo)。

● 基于線上線下混合的教學(xué)模式改革

程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程是一門教學(xué)難度較大的課程，其原因是程序設(shè)計(jì)初學(xué)者難以由常見的數(shù)學(xué)思維和物理思維向計(jì)算思維轉(zhuǎn)變，難以理解程序設(shè)計(jì)的思維方式[4]，同時大多數(shù)學(xué)生沒有程序設(shè)計(jì)經(jīng)歷，對計(jì)算機(jī)程序具有極大的神秘感。[5]因此，如何幫助學(xué)生破除神秘感，樹立學(xué)習(xí)信心，實(shí)現(xiàn)思維方式的轉(zhuǎn)變，成為程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)的關(guān)鍵問題。為此，筆者提出基于O2O（Online to Offline，線上線下）的混合教學(xué)模式（如下圖），實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源、教學(xué)實(shí)踐線上化，將實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)融為一體，解決理論學(xué)習(xí)與上機(jī)實(shí)踐的時延、脫節(jié)等問題。

1.教學(xué)內(nèi)容和組織方式改革

在教學(xué)內(nèi)容方面，增加貼近實(shí)際應(yīng)用的案例，簡化抽象概念和理論的理解。整個課程大致分為三個階段：第一階段為基礎(chǔ)篇，包括程序設(shè)計(jì)基本語法和控制結(jié)構(gòu)。考慮到初學(xué)者由常見的數(shù)學(xué)思維和物理思維向計(jì)算思維轉(zhuǎn)變比較困難的情況，增加了“數(shù)學(xué)問題的程序設(shè)計(jì)方法”和“常見的問題求解方法”，如分治、貪心、動態(tài)規(guī)劃、線性規(guī)劃、迭代、遞推等內(nèi)容，進(jìn)而提高學(xué)生的問題分析與設(shè)計(jì)能力。第二階段為提高篇，主要有函數(shù)與程序結(jié)構(gòu)、數(shù)組與指針，首先重點(diǎn)介紹地址的概念，然后再深入講解數(shù)組和指針等知識點(diǎn)。第三階段為增強(qiáng)篇，主要講授結(jié)構(gòu)和文件，注重C語言語法和程序設(shè)計(jì)能力與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，結(jié)合授課對象的專業(yè)特點(diǎn)，在學(xué)期末設(shè)置一個課程設(shè)計(jì)案例，綜合課程的大部分知識點(diǎn)，并通過案例調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使其共同參與分析、討論案例，提出解決方案，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，進(jìn)而提高學(xué)生的程序系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)能力。

在教學(xué)組織方面，教師以學(xué)生為中心，優(yōu)化教學(xué)組織形式，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性。強(qiáng)化教師與學(xué)生之間的教與學(xué)互動，實(shí)施小組協(xié)同學(xué)習(xí)。同時，結(jié)合不同教學(xué)內(nèi)容，把課程分為三個教學(xué)階段，在每個階段末期組織班內(nèi)挑戰(zhàn)賽，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使其感受緊張的競賽氛圍，提高程序編碼和實(shí)現(xiàn)能力。

課前，教師要求學(xué)生在學(xué)校SPOC在線學(xué)習(xí)平臺上預(yù)習(xí)課程所需學(xué)習(xí)知識點(diǎn)，掌握基本概念和編程技巧。接著教師根據(jù)每個學(xué)生的特長和偏好，將授課對象劃分多個學(xué)習(xí)小組，每組三人，設(shè)組長一名，小組成員協(xié)同學(xué)習(xí)，結(jié)對編程，提高學(xué)習(xí)效率，觸發(fā)學(xué)生深入反思、積極探討，并且在課程開始前在程序設(shè)計(jì)在線評測平臺布置了100多道分層次、有梯度的競賽習(xí)題，供學(xué)生自主練習(xí)。

課中，采用極域教學(xué)系統(tǒng)，靈活地在教師端和學(xué)生端收發(fā)教學(xué)資料和程序代碼，自由地捕捉任意學(xué)生編程畫面，邀請學(xué)生講解自己的程序思想，并組織全班一起分析編程思路，剖析代碼的精妙之處或錯誤根源。每次課的最后五分鐘為課堂翻轉(zhuǎn)討論環(huán)節(jié)，針對所學(xué)的知識進(jìn)行總結(jié)討論，對尚未很好解決的問題提出可能解決方案或者對已經(jīng)解決了的問題提出更優(yōu)化解決方案。

課后，以每天一題的作業(yè)方式要求學(xué)生利用程序設(shè)計(jì)在線評測平臺進(jìn)行上機(jī)實(shí)踐。通過平臺的自動化測試，學(xué)生可以及時得到編譯運(yùn)行結(jié)果及錯誤提示，同時教師也能動態(tài)地考查和監(jiān)管學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。學(xué)生可利用課余時間盡可能多地完成題目，這樣既充分尊重了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的自由，增強(qiáng)了其自主學(xué)習(xí)興趣，也提高了他們動手實(shí)踐能力及測試和調(diào)試能力。

2.實(shí)踐教學(xué)改革

依托學(xué)校教學(xué)網(wǎng)，建設(shè)比較完善的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源。在SPOC在線學(xué)習(xí)平臺上，除了正常的課程標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)施計(jì)劃、教案、課堂幻燈片和習(xí)題等教學(xué)資源外，筆者還針對較難理解的知識點(diǎn)錄制了五分鐘一個的mini-lesson視頻，滿足學(xué)生課前預(yù)習(xí)需求。同時，搭建程序設(shè)計(jì)在線評測平臺（PLAUST OnlineJudge），采用競賽式實(shí)驗(yàn)方法，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)程，營造具有挑戰(zhàn)性和正向激勵作用的學(xué)習(xí)氛圍，學(xué)生在線練習(xí)，并能夠及時得到反饋結(jié)果，進(jìn)而鞏固學(xué)習(xí)效果。另外，在平臺上建設(shè)擁有2000道區(qū)分不同水平的試題的題庫，建成一套實(shí)踐教學(xué)、訓(xùn)練、考核以及競賽四位一體的教學(xué)資源體系，定期更新題庫，充分滿足學(xué)生看、聽、學(xué)、練、賽的個性化學(xué)習(xí)需求。

發(fā)揮學(xué)校教學(xué)網(wǎng)和即時通信軟件的作用，大力開展在線交流，拓寬了師生交流的渠道，教師可以隨時隨地回答學(xué)生疑問。根據(jù)課程操作性強(qiáng)、初學(xué)時問題較多的特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的學(xué)習(xí)時間安排，制訂了詳細(xì)的線下輔導(dǎo)答疑計(jì)劃，對學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在的問題進(jìn)行講解、討論和知識拓展；同時，建立即時通信軟件交流群和SPOC在線學(xué)習(xí)平臺問題反饋區(qū)，組織學(xué)校程序設(shè)計(jì)俱樂部中的高年級學(xué)生協(xié)助教師在線進(jìn)行答疑解惑，并及時交流與反饋學(xué)習(xí)中遇到的問題和疑惑，有效地減少學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的挫折感，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)自信心。

3.考核方式改革

改變過去結(jié)果式的課程考核方式，建立以衡量綜合素質(zhì)為依據(jù)的過程化考核評價體系。采用“期末理論考試（40%）+在線譯測平臺系統(tǒng)通過題量（30%）+課堂表現(xiàn)（10%）+課程設(shè)計(jì)（20%）”綜合衡量方式來考核學(xué)生。通過降低期末理論考試成績的比重，提高在線測試平臺通過的題量（包括三次階段挑戰(zhàn)賽排名）考核和期末課程設(shè)計(jì)考核的比重，充分激勵學(xué)生利用更多的課余時間動手實(shí)踐。同時，在學(xué)期末設(shè)置課程設(shè)計(jì)大作業(yè)，進(jìn)一步考核了學(xué)生綜合運(yùn)用知識解決實(shí)際問題的能力。過程化考核方式能夠動態(tài)監(jiān)督和管理學(xué)生學(xué)習(xí)情況，在教學(xué)過程中教師能夠隨時發(fā)現(xiàn)并糾正偏離正確“航向”的學(xué)生，并且能夠有效地避免平時不學(xué)習(xí)、靠考前幾天死記硬背的不良學(xué)風(fēng)，也能夠很好地觀察到哪些知識點(diǎn)學(xué)生掌握不夠牢靠，哪些程序設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的細(xì)節(jié)容易忽略，進(jìn)而在后期的教學(xué)過程中，能夠及時調(diào)整教學(xué)方案或個別重點(diǎn)輔導(dǎo)。這不僅改變了“結(jié)果式”的傳統(tǒng)考核方法，充分體現(xiàn)了“過程化”考核的思想，也尊重了學(xué)生作為教學(xué)活動的主體，較好地滿足了學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的需求，并有效地激勵學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中取長補(bǔ)短，全面掌握課程標(biāo)準(zhǔn)所涉及的知識點(diǎn)。

● 教學(xué)改革取得的成效

筆者所在學(xué)校的教學(xué)改革最初始于2013年，在2013—2016年連續(xù)四個秋季學(xué)期開設(shè)《程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教改實(shí)驗(yàn)班，持續(xù)、深入地展開了程序設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)教學(xué)改革，教改成效顯著。相對于平行班，教改實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和學(xué)習(xí)效果明顯提升，同時也獲得了學(xué)生的好評（四年的學(xué)生評教結(jié)果優(yōu)秀率均在99%以上）。實(shí)驗(yàn)班學(xué)生也在一系列科技創(chuàng)新活動和學(xué)科競賽中獲獎。近年來在各類程序設(shè)計(jì)競賽中共獲得獎勵200余項(xiàng)，其中江蘇省大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競賽銅獎10項(xiàng)，藍(lán)橋杯全國總決賽上獲得一等獎6項(xiàng)、二等獎24項(xiàng)，中國大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競賽銀獎1項(xiàng)、銅獎1項(xiàng)，ACM-ICPC國際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競賽亞洲區(qū)域賽銀獎1項(xiàng)、銅獎1項(xiàng)。

● 結(jié)語

程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程改革以“案例驅(qū)動、興趣引導(dǎo)、動手實(shí)踐、競賽提高”貫穿整個教學(xué)過程，突出程序設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，重基礎(chǔ)、重實(shí)踐、重應(yīng)用，著力培養(yǎng)學(xué)生的問題求解能力——分析與設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生語言運(yùn)用能力——編碼與實(shí)現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生程序排錯能力——測試與調(diào)試。采用過程化考核方式，對學(xué)生實(shí)施動態(tài)監(jiān)管，能夠有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和潛能。運(yùn)用極域教學(xué)系統(tǒng)和在線評測平臺把實(shí)踐與理論教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來，提高了課堂效率，而且在線評測平臺作為學(xué)生實(shí)踐和競賽的學(xué)習(xí)平臺，發(fā)揮了很好的作用，學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求得到較好的滿足，整體程序設(shè)計(jì)能力及信息素養(yǎng)得到顯著提高。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：雷小宇（1979—），男，湖南雙峰人，講師，博士研究生，研究方向?yàn)闄C(jī)器學(xué)習(xí)、軟件質(zhì)量評估、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)與研究。