C語言程序設(shè)計(jì)智能化教學(xué)改革探究

周金芝 楊 明 仝海燕 唐淑萍 郁文景

（亳州學(xué)院電子與信息工程系，安徽 亳州 236800）

2017年國務(wù)院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，指出：“把高端人才隊(duì)伍建設(shè)作為人工智能發(fā)展的重中之重，堅(jiān)持培養(yǎng)和引進(jìn)相結(jié)合，完善人工智能教育體系，加強(qiáng)人才儲(chǔ)備和梯隊(duì)建設(shè)，特別是加快引進(jìn)全球頂尖人才和青年人才，形成我國人工智能人才高地完善人工智能教育體系?！盵1]中國工程院院士、中國人工智能學(xué)會(huì)理事長李德毅說：“智能時(shí)代，我們需要重新認(rèn)識(shí)教育的本源。教育的本源是要培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)的、積極的、持續(xù)的獲取知識(shí)的能力，以及面向特定問題的決策能力和解決復(fù)雜問題的創(chuàng)新能力。”[2]智能教育的目的是使教育從知識(shí)傳授向能力培養(yǎng)轉(zhuǎn)變，使規(guī)?；囵B(yǎng)與個(gè)性化培養(yǎng)融合，從而培養(yǎng)具有個(gè)性化與創(chuàng)新性人才。智能教育是以學(xué)生發(fā)展和學(xué)習(xí)效果為中心、應(yīng)社會(huì)對(duì)個(gè)性化和拔尖人才培養(yǎng)的需求而產(chǎn)生的一種新型的教育，是人工智能、大數(shù)據(jù)、5G等新技術(shù)發(fā)展帶來的紅利。

如今，“人工智能+教育”正掀起世界范圍的教育革命[4]。以人工智能為代表的新一代信息技術(shù)正不以人類意志為轉(zhuǎn)移地飛速發(fā)展，對(duì)傳統(tǒng)的教育理念、教育體系產(chǎn)生著革命性的影響，對(duì)教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)涵帶來了顛覆性的變革[5]。近年來，人工智能的相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅猛，人工智能技術(shù)和高等教育的深度融合已成為新時(shí)代高等教育改革的發(fā)展趨勢(shì)。目前，在國內(nèi)高校，C語言的信息化教學(xué)水平大大提高，但智能化教學(xué)改革尚處于起步階段。在“人工智能+”背景下，緊跟人工智能技術(shù)發(fā)展步伐，對(duì)C語言程序設(shè)計(jì)進(jìn)行智能化教學(xué)改革意義重大。

一、C語言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革研究現(xiàn)狀

C語言程序設(shè)計(jì)作為電子信息類相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，因其抽象性、邏輯性和實(shí)踐性較強(qiáng)，在教學(xué)中一直存在教師難教、學(xué)生難學(xué)的問題。有關(guān)該課程的教學(xué)改革，多年來一直在進(jìn)行。針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)形式過于單一的問題，蔡蓓蓓等人提出將傳統(tǒng)教學(xué)手段與多媒體教學(xué)模式有機(jī)融合，開展更具多樣化的C語言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)[6]。多媒體教學(xué)模式下，枯燥、復(fù)雜的理論被生動(dòng)、直觀地展現(xiàn)出來，一定程度上能夠吸引學(xué)生的注意力、調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。盡管如此，多媒體教學(xué)卻存在諸多的弊端，如在此教學(xué)模式下，學(xué)生的想象力和情感體驗(yàn)會(huì)受到限制，思維能力的發(fā)展也會(huì)受到影響；多媒體的演示取代了師生互動(dòng)，不利于教師主體性的發(fā)揮；板書被課件展示所替代，學(xué)生的注意力難以集中；多媒體教學(xué)的大容量、快節(jié)奏的知識(shí)傳授，不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的消化和吸收。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的發(fā)展，一種在線課程開發(fā)模式——慕課（Massive Open Online Courses，MOOC）產(chǎn)生了。慕課是近幾年涌現(xiàn)出來的一種開放式的、大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)在線課程，課程的內(nèi)容大多是以視頻資源的形式來呈現(xiàn)。伴隨著信息化的快速發(fā)展，學(xué)生可以不受時(shí)間、空間限制地學(xué)習(xí)到免費(fèi)的課程。與傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式下學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的本質(zhì)區(qū)別在于慕課是學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的過程。張瓊等針對(duì)C語言程序設(shè)計(jì)提出了基于慕課平臺(tái)的線上線下混合式教學(xué)方法，取得較好的教學(xué)效果，學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)成績都有明顯提高[7]。慕課風(fēng)靡一時(shí)，但交互性弱，不利于實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)。岑琴等提出了SPOC環(huán)境下的C語言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式[8]。小規(guī)模私有在線課程（Small Private Online Course，SPOC）既融合了慕課的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也彌補(bǔ)傳統(tǒng)課堂教學(xué)的不足。在SPOC上，學(xué)生不受時(shí)空限制地進(jìn)行學(xué)習(xí)和討論，很大程度上激發(fā)了其學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。除此之外，學(xué)生可以隨時(shí)隨地完成SPOC上發(fā)布的在線練習(xí)和作業(yè)，系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)評(píng)測，學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性因此得到培養(yǎng)。但SPOC也存在一定的問題，在有考核要求的時(shí)候，部分學(xué)生登錄課程學(xué)習(xí)的次數(shù)有明顯增加，表明這部分學(xué)生的SPOC學(xué)習(xí)是出于被動(dòng)；同時(shí)也存在著有些學(xué)生為完成SPOC上設(shè)置的視頻自主學(xué)習(xí)任務(wù)點(diǎn)而進(jìn)行“刷課”的現(xiàn)象；另外，SPOC上也存在作業(yè)抄襲問題。蘇小紅等針對(duì)C語言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)提出了“MOOC+SPOC”教學(xué)模式。這種模式下，慕課充當(dāng)?shù)氖莻鹘y(tǒng)課堂教學(xué)補(bǔ)充者的角色，其在視頻回放、在線作業(yè)自動(dòng)評(píng)測及在線討論等方面的優(yōu)勢(shì)得以充分發(fā)揮，對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)的不足之處加以彌補(bǔ)；SPOC則是一個(gè)跟隨者的角色，它依據(jù)教學(xué)需要，對(duì)慕課課程進(jìn)行同步或異步的跟隨。同步跟隨就是不改變?cè)磧?nèi)容的完全跟隨；而異步跟隨則可以根據(jù)教學(xué)需要增補(bǔ)或刪減原有慕課內(nèi)容[9]。應(yīng)用SPOC使得教師把探索創(chuàng)新教學(xué)模式作為教學(xué)的重心，如“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式的探索?！胺D(zhuǎn)課堂”（Flipped Classroom）是一種新的教學(xué)模式，將知識(shí)的講授放在課外時(shí)間由學(xué)生通過視頻等媒介形式線上完成，而用實(shí)驗(yàn)、課內(nèi)討論等活動(dòng)來代替原本的課堂，是一種混合使用各種技術(shù)和親自動(dòng)手活動(dòng)的教學(xué)環(huán)境，將課堂教學(xué)“以教師為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為中心”[10]。何迎生等采用了基于慕課的C語言程序設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法，提高了課堂的教學(xué)效果[11]。上海理工大學(xué)李峰在C語言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，使得學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)和研究型學(xué)習(xí)等各方面的能力得到提高，從而達(dá)到良好的教學(xué)效果[12]。但當(dāng)課堂人數(shù)較多的時(shí)候，采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)就很難做到對(duì)每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行較全面地考核，因此，翻轉(zhuǎn)課堂不太適用于自覺性差的學(xué)生。對(duì)于C語言程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)，如何與時(shí)代發(fā)展相適應(yīng)選擇適宜的教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，是一個(gè)長期的值得我們?nèi)ゲ粩嘌芯颗c探討的課題。

二、C語言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)現(xiàn)狀

項(xiàng)目組成員多年來一直擔(dān)任電子信息類相關(guān)專業(yè)的C語言程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)工作。C語言是一門通用的面向過程的抽象化的程序設(shè)計(jì)語言，在底層開發(fā)方面應(yīng)用廣泛。C語言程序設(shè)計(jì)是電子信息工程、電氣工程與智能控制、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生編程能力和計(jì)算思維能力的重任。然而C語言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中存在的一些問題，致使課程教學(xué)達(dá)不到預(yù)期的效果。

（一）課程理論性強(qiáng)，難以調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)興趣

C語言程序設(shè)計(jì)課程本身的特點(diǎn)在于抽象性、理論性和實(shí)踐性很強(qiáng)，知識(shí)點(diǎn)多，內(nèi)容枯燥乏味。對(duì)于電子信息類相關(guān)專業(yè)的學(xué)生來講，C語言程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)目標(biāo)一方面是使學(xué)生了解C語言的高效、簡潔的特性及結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，掌握C語言的語法及程序設(shè)計(jì)的基本能力；另一方面，通過面向過程的程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)深刻理解程序開發(fā)的一般過程，掌握面向過程程序設(shè)計(jì)的基本原理與方法，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)工作原理、程序、軟件等知識(shí)的理解，提高學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決問題的能力。因此很多教師的授課也主要是從語法出發(fā)進(jìn)行理論講授，諸如數(shù)據(jù)類型、常量變量、運(yùn)算符和表達(dá)式、數(shù)組、函數(shù)、指針等，然而學(xué)生對(duì)這些標(biāo)識(shí)符和概念完全沒有感覺，不知道其意義，更談不上應(yīng)用了，因而很容易喪失學(xué)習(xí)興趣、產(chǎn)生厭學(xué)心理。

（二）教學(xué)時(shí)間不足，實(shí)際執(zhí)行難

C語言程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)一般被安排在電子信息類相關(guān)專業(yè)學(xué)生入學(xué)后的第一個(gè)學(xué)期，由于新生報(bào)到較晚，還要入學(xué)教育和軍事訓(xùn)練，實(shí)際授課時(shí)間僅13周左右，時(shí)間緊，任務(wù)重。學(xué)生在沒有任何基礎(chǔ)的前提下學(xué)習(xí)這門課程，就會(huì)摸不著頭腦，部分學(xué)生會(huì)失去信心和學(xué)習(xí)興趣。就電子信息工程專業(yè)而言，人才培養(yǎng)方案設(shè)定的理論64課時(shí)和實(shí)踐16課時(shí)實(shí)際執(zhí)行困難，只能保障60個(gè)課時(shí)，這些有限的時(shí)間講授理論知識(shí)都不夠，供學(xué)生上機(jī)實(shí)踐的時(shí)間更無從保障。

（三）教學(xué)模式傳統(tǒng)老套，課堂效果不理想

C語言課程開篇即是常量、變量、數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算符和表達(dá)式等繁瑣的常識(shí)性知識(shí)，內(nèi)容多且枯燥。而對(duì)于剛步入大學(xué)校園的學(xué)生，大部分尚未從高中填鴨式的教學(xué)模式中轉(zhuǎn)變過來，自主學(xué)習(xí)能力差，邏輯思維能力弱，對(duì)課程的重難點(diǎn)把握不準(zhǔn)。傳統(tǒng)模式授課教師往往缺乏對(duì)學(xué)生已有基礎(chǔ)的了解和把握，再加上授課時(shí)間緊、任務(wù)重，很難開展全面的課堂互動(dòng)，難以獲得精準(zhǔn)的教學(xué)反饋使教師及時(shí)調(diào)整上課節(jié)奏、優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)、提高授課質(zhì)量。教師一般依據(jù)人才培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱選取教學(xué)內(nèi)容和設(shè)置教學(xué)重難點(diǎn)，采用傳統(tǒng)的理論加上機(jī)的教學(xué)模式，過分強(qiáng)調(diào)語法和基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)，這種先理論后上機(jī)的做法實(shí)際是把期望建立在學(xué)生自覺學(xué)習(xí)基礎(chǔ)之上的一種教學(xué)模式，這種教學(xué)模式由于不能充分調(diào)動(dòng)和發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，因而教學(xué)效果不理想。

（四）考核方式單一，不能客觀評(píng)價(jià)

目前的C語言教學(xué)缺乏對(duì)學(xué)習(xí)過程的有效監(jiān)督和評(píng)價(jià)，教師布置的課前預(yù)習(xí)任務(wù)及課后練習(xí)實(shí)踐在學(xué)生那里很難得到真正落實(shí)，作業(yè)也存在抄襲現(xiàn)象，這種模式下的教學(xué)考核評(píng)價(jià)必定不科學(xué)。授課教師往往對(duì)表現(xiàn)特別優(yōu)秀或表現(xiàn)很弱的學(xué)生印象深刻，而對(duì)表現(xiàn)不出眾的學(xué)生則不能給以客觀評(píng)價(jià)，也因此挫傷了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，無法全面了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。作為教學(xué)重要環(huán)節(jié)的期末考試，是對(duì)學(xué)生課程學(xué)習(xí)的重要評(píng)判手段，對(duì)學(xué)生的平時(shí)學(xué)習(xí)也能起到引導(dǎo)作用。C語言程序設(shè)計(jì)課程考核一般采用閉卷考試的形式，題目類型多為選擇題、填空題、判斷題、讀程序題、程序分析改錯(cuò)題及兩道簡單的編程題?？己酥袥]有設(shè)置上機(jī)的占比，成了單一的考試課，致使有的學(xué)生連最基本的實(shí)踐操作也不會(huì)。對(duì)于C語言這種應(yīng)用性和創(chuàng)新性很強(qiáng)的計(jì)算機(jī)語言，考核方式不應(yīng)局限于常規(guī)的考試，應(yīng)全方位多角度考核，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新與應(yīng)用能力進(jìn)行全面考察。

三、C語言程序設(shè)計(jì)智能化教學(xué)改革探究

（一）智能化教學(xué)改革的理論依據(jù)

“因材施教，有教無類”是我國古代教育家孔子提出的一個(gè)教育原則，強(qiáng)調(diào)根據(jù)每個(gè)受教育者的個(gè)性、資質(zhì)和需要等的差異，有針對(duì)性地施行引導(dǎo)和教育。從教學(xué)實(shí)踐得知：學(xué)生的個(gè)性化差異致使其對(duì)知識(shí)的領(lǐng)悟和掌握能力有很大的差距。這種情況下，如果教學(xué)中仍采用“一刀切”，認(rèn)為教學(xué)就是將學(xué)生聚在一起、用同一教材、統(tǒng)一要求、同一方法授課，勢(shì)必會(huì)造成“優(yōu)生吃不飽，差生吃不了”的現(xiàn)象，不能實(shí)現(xiàn)“因材施教”，不利于學(xué)生的發(fā)展。學(xué)生的性格氣質(zhì)、興趣愛好、知識(shí)水平、學(xué)習(xí)方式等極具個(gè)性化，對(duì)教育和教學(xué)個(gè)性化的需求也越來越高。傳統(tǒng)的統(tǒng)一、同質(zhì)的課堂教學(xué)已經(jīng)越來越滿足不了學(xué)生個(gè)性化的發(fā)展需求。只有充分認(rèn)識(shí)到學(xué)生個(gè)體差異及教學(xué)現(xiàn)狀，切實(shí)開展教學(xué)改革實(shí)驗(yàn)，探究“因材施教”的有效路徑，才能從根本上擺脫傳統(tǒng)教學(xué)模式的困境，全面提高教學(xué)質(zhì)量，使教學(xué)更符合學(xué)生個(gè)性化與創(chuàng)新性培養(yǎng)的要求，滿足社會(huì)對(duì)人才培養(yǎng)的需求。

在自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)理念下，學(xué)生越來越傾向于運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)工具，對(duì)自己的學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方式等進(jìn)行自主規(guī)劃。人工智能技術(shù)的日趨成熟，成為了催化因材施教的重要元素[13]。2019年，國家主席習(xí)近平在致國際人工智能與教育大會(huì)的賀信中強(qiáng)調(diào)，要積極推動(dòng)人工智能和教育的融合，促進(jìn)教育變革創(chuàng)新，充分發(fā)揮人工智能優(yōu)勢(shì)，要加快發(fā)展伴隨每個(gè)人一生的教育、平等面向每個(gè)人的教育、適合每個(gè)人的教育、更加開放靈活的教育[14]。在“人工智能+教育”背景下，C語言程序設(shè)計(jì)智能化教學(xué)改革勢(shì)在必行。

（二）智能化教學(xué)改革體系結(jié)構(gòu)

C語言智能化教學(xué)改革通過智能教學(xué)平臺(tái)輔助課堂教學(xué)，學(xué)生通過電腦或手機(jī)登錄智能教學(xué)平臺(tái)可完成課程學(xué)習(xí)、在線測試、知識(shí)點(diǎn)鞏固、知識(shí)點(diǎn)答疑、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)等功能，以學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)集為基礎(chǔ)進(jìn)行可視化的數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)，得到全面而準(zhǔn)確的教學(xué)反饋和教學(xué)決策，從而提升C語言程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)效果。C語言智能化教學(xué)改革的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 C語言智能化教學(xué)改革體系結(jié)構(gòu)

C語言程序設(shè)計(jì)智能化教學(xué)改革主要包括智能化化教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建和智能化教學(xué)分析與決策。智能化教學(xué)平臺(tái)收集的學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)是進(jìn)行智能化教學(xué)分析與決策的重要的數(shù)據(jù)來源，通過多維度的數(shù)據(jù)挖掘分析，為動(dòng)態(tài)教學(xué)反饋和決策的持續(xù)改進(jìn)提供強(qiáng)有力的支撐。

（三）智能化教學(xué)改革實(shí)施

智能化教學(xué)是由計(jì)算機(jī)擔(dān)任教師角色，向不同需求、不同特征的學(xué)習(xí)者提供個(gè)別化教學(xué)，其關(guān)鍵是構(gòu)建智能教學(xué)平臺(tái)和智能化的教學(xué)分析與決策。對(duì)于人工智能目前的技術(shù)而言，完全用機(jī)器代替教師的教學(xué)還不太現(xiàn)實(shí)。因此，線上線下混合式教學(xué)是現(xiàn)階段開展智能化教學(xué)的一種可行模式。線上線下混合式教學(xué)是一種集合了面授教學(xué)與在線教學(xué)、線上+線下有機(jī)結(jié)合、教學(xué)形式更加靈活、學(xué)習(xí)途徑更加多元化的教學(xué)形式[15]，是優(yōu)化教學(xué)資源、提升教學(xué)水平、提高學(xué)習(xí)效果的一種新型教學(xué)模式[16]。線上線下混合式運(yùn)用移動(dòng)設(shè)備或各種智能化設(shè)備開展教學(xué)，這種模式下，教學(xué)被劃分為三個(gè)階段，分別是學(xué)生課前線上自學(xué)、教師課堂答疑解惑和學(xué)生課后線上訓(xùn)練提高。同時(shí)，將授課時(shí)間劃分為課前、課中和課后三個(gè)時(shí)段，知識(shí)點(diǎn)講解分為傳授、內(nèi)化和外化三步。如此新型教學(xué)模式在改變了教學(xué)內(nèi)容安排和時(shí)間分配的同時(shí)，也促使師生關(guān)系發(fā)生了變化；既能夠?qū)崿F(xiàn)教師和教學(xué)資源的有效整合，同時(shí)也能夠激發(fā)學(xué)生在探究性和個(gè)性化學(xué)習(xí)方面的興趣，從而使教學(xué)質(zhì)量得到提高[17]。C語言程序設(shè)計(jì)智能化教學(xué)改革主要通過推進(jìn)線上線下混合式教學(xué)、構(gòu)建C語言智能教學(xué)平臺(tái)、引入智能化的教學(xué)分析與決策來逐步地推進(jìn)和實(shí)施。

1.推進(jìn)線上線下混合式教學(xué)

為實(shí)施C語言程序設(shè)計(jì)智能化教學(xué)改革，課題組以申報(bào)和建設(shè)線上線下混合式課程為契機(jī)，努力探索和實(shí)踐C語言程序設(shè)計(jì)線上線下混合式教學(xué)。線上線下混合式教學(xué)采用的是人工智能加人類智能的雙師型教學(xué)模式，對(duì)于“是什么”的知識(shí)由機(jī)器通過線上教學(xué)資源（視頻、課件等）來教授，而對(duì)于“為什么”和“怎么用”的部分則通過線下課堂來完成。為此，我們分解教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)大綱，對(duì)于C語言中概念性的內(nèi)容，分配總教學(xué)時(shí)間的1/3由學(xué)生線上自學(xué)；而教學(xué)時(shí)間的2/3用于線下課堂，由教師向?qū)W生講清楚原理性、理論性知識(shí)并指導(dǎo)學(xué)生的實(shí)踐。我們?cè)凇皩W(xué)習(xí)通”上創(chuàng)建課程，建設(shè)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，供學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)、在線學(xué)習(xí)、在線考試、討論等使用；學(xué)生學(xué)習(xí)中遇到的問題可以通過平臺(tái)向任課教師提問，任課教師可在線解答，也可以收集學(xué)生的問題在課堂上進(jìn)行答疑解惑。平臺(tái)收集學(xué)生瀏覽視頻、完成作業(yè)及測試、參與討論和互動(dòng)等的大量數(shù)據(jù)，教師據(jù)此對(duì)學(xué)生的平時(shí)學(xué)習(xí)進(jìn)行監(jiān)督和評(píng)價(jià)，便于對(duì)學(xué)生的疑問進(jìn)行有針對(duì)性的教學(xué)和輔導(dǎo)，便于教師及時(shí)改進(jìn)教學(xué)策略。在課堂上，通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)推行智慧課堂教學(xué)模式，加強(qiáng)了師生互動(dòng)，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

以“if選擇結(jié)構(gòu)語句”的教學(xué)為例，來詳細(xì)闡述線上線下混合式教學(xué)模式如何具體實(shí)施。

第一，課前線上自學(xué)。課前，教師需在“學(xué)習(xí)通”平臺(tái)上傳如表1所示的學(xué)習(xí)資料，并通過平臺(tái)向?qū)W生布置課前自主學(xué)習(xí)任務(wù)。學(xué)生登錄平臺(tái)完成線上學(xué)習(xí)資料的自主學(xué)習(xí)，將學(xué)習(xí)中遇到的難點(diǎn)問題及時(shí)記錄下來并上傳到學(xué)習(xí)平臺(tái)上。教師將學(xué)生的疑難問題收集起來，并在線對(duì)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)測驗(yàn)進(jìn)行評(píng)閱。

表1 課前線上自主學(xué)習(xí)資料

第二，課中線下課堂授課。在此階段，教師對(duì)課前收集的學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)的難點(diǎn)問題及教學(xué)任務(wù)的重難點(diǎn)進(jìn)行講授和答疑。主要講解的內(nèi)容包括單分支if語句格式、雙分支if語句格式、多分支選擇結(jié)構(gòu)格式、if語句的嵌套、條件運(yùn)算符和條件表達(dá)式。以小組為單位布置典型編程任務(wù)，如輸入出租車類型和里程，計(jì)算打車的費(fèi)用；輸入一個(gè)正整數(shù)作為年份，編程判斷該年是不是閏年，若是輸出“YES”，否則輸出“NO”；從鍵盤輸入3個(gè)整數(shù)，輸出其中的最大者。各組選派代表講解編程解題的思路，其他小組進(jìn)行互評(píng)，教師給出點(diǎn)評(píng)。在授課過程中，教師巡視整個(gè)課堂，發(fā)揮其主導(dǎo)作用，對(duì)于學(xué)生提出的共性問題進(jìn)行集中講解，而對(duì)于個(gè)案問題則進(jìn)行單獨(dú)輔導(dǎo)。如if、else的匹配規(guī)則問題屬于共性問題，進(jìn)行集中講解；而學(xué)生在編程中出現(xiàn)的語法錯(cuò)誤、邏輯錯(cuò)誤則屬于個(gè)案問題，進(jìn)行個(gè)別輔導(dǎo)。

第三，課后線上拓展訓(xùn)練。以學(xué)生成績等級(jí)評(píng)定、輸入一個(gè)十進(jìn)制數(shù)，根據(jù)輸入的數(shù)輸出對(duì)應(yīng)的英文星期單詞，若輸入的數(shù)小于1或大于7，則輸出“Error”為例，教師將編程任務(wù)上傳至“學(xué)習(xí)通”。學(xué)生進(jìn)行拓展練習(xí)并將編寫的程序上傳至平臺(tái)，教師在線對(duì)學(xué)生編寫的程序作出評(píng)價(jià)，擇優(yōu)在網(wǎng)上進(jìn)行展示。在收到教師的點(diǎn)評(píng)后，學(xué)生對(duì)編寫的程序做進(jìn)一步的修改和完善，并撰寫本次課的學(xué)習(xí)心得；教師對(duì)本次課的教學(xué)進(jìn)行反思，并為下次課的教學(xué)準(zhǔn)備資源。

課前學(xué)生線上預(yù)習(xí)，課中教師線下課堂講授，課后學(xué)生線上拓展訓(xùn)練，線上線下有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成了線上線下混合式教學(xué)模式的三部曲。教師可以通過平臺(tái)獲取學(xué)生的線上學(xué)習(xí)信息，從而利用這些信息有效地組織線下課堂和對(duì)學(xué)生進(jìn)行有針對(duì)性的指導(dǎo)。線上學(xué)習(xí)平臺(tái)能夠?yàn)閷W(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)資源，同時(shí)又是方便教師教學(xué)的工具，教師借此獲取、分析和了解學(xué)生的線上學(xué)習(xí)情況，從而實(shí)現(xiàn)課堂上的深層次教學(xué)。受新冠肺炎疫情影響，學(xué)生獲取知識(shí)和教師傳授知識(shí)的方式都發(fā)生了巨大的改變，這種背景下，采用線上線下混合式教學(xué)模式能夠?qū)崿F(xiàn)線上教學(xué)資源的有效利用以及線上資源與線下課堂教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，使學(xué)生帶著線上自學(xué)的問題進(jìn)課堂，教師通過平臺(tái)了解學(xué)生線上學(xué)習(xí)的情況后開展教學(xué)，從而形成“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)模式。線上線下混合式教學(xué)便于實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源共享、差異化教學(xué)、個(gè)性化學(xué)習(xí)等，一定程度上幫助我們實(shí)現(xiàn)教學(xué)的智能化。

2.構(gòu)建C語言智能教學(xué)平臺(tái)

為更好地支撐線上和線下的混合式教學(xué)，一種更加智能的教學(xué)平臺(tái)變得非常有必要，也是C語言智能化教學(xué)改革需要解決的一大問題。在開源的在線評(píng)判系統(tǒng)（Online Judge System，OJ系統(tǒng)）的基礎(chǔ)上，進(jìn)行功能擴(kuò)展，增加闖關(guān)答題模塊和智能問答模塊，構(gòu)建C語言程序設(shè)計(jì)智能教學(xué)平臺(tái)，平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 C語言智能教學(xué)平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)

平臺(tái)支持在線學(xué)習(xí)、在線測試、知識(shí)點(diǎn)鞏固、在線實(shí)踐、知識(shí)點(diǎn)答疑、個(gè)人信息分析與匯總等。其中的課程學(xué)習(xí)模塊向?qū)W生提供優(yōu)質(zhì)的教學(xué)視頻，便于學(xué)生對(duì)于課程知識(shí)的學(xué)習(xí)，同時(shí)記錄學(xué)生觀看視頻的情況，作為學(xué)生學(xué)習(xí)過程性評(píng)價(jià)的依據(jù)。在線測試模塊用于測試學(xué)生學(xué)習(xí)的結(jié)果，并對(duì)測試結(jié)果進(jìn)行分析，有助于有針對(duì)性地教學(xué)和指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，供學(xué)生在線實(shí)踐所用，并對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行記錄。闖關(guān)答題模塊使學(xué)生在闖關(guān)游戲中鞏固所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)習(xí)的自主性。智能解答模塊通過人工智能進(jìn)行知識(shí)疑難解答，有助于將教師從簡單的重復(fù)性的勞動(dòng)中解放出來。個(gè)人數(shù)據(jù)模塊是學(xué)生個(gè)人信息和學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的分析和匯總，是進(jìn)行智能化分析與決策的數(shù)據(jù)源。

基于C語言智能教學(xué)平臺(tái)的C語言程序設(shè)計(jì)智能化教學(xué)可實(shí)現(xiàn)的功能包括：（a）學(xué)生行為特征分析：綜合分析學(xué)生需求、學(xué)習(xí)行為等，建立學(xué)生基礎(chǔ)能力畫像；（b）教師特征分析，線上選師推薦：多位教師教學(xué)資源并存，智能化個(gè)性化推薦；（c）創(chuàng)新課堂教學(xué)：優(yōu)化教學(xué)大綱，線上線下協(xié)同，虛實(shí)結(jié)合；（d）建立海量題庫、積分進(jìn)階、過程考核：建立海量題庫、實(shí)時(shí)自助考核、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣；（e）機(jī)器人智能答疑：機(jī)器人答疑、推薦學(xué)習(xí)進(jìn)程；（f）研討式學(xué)習(xí)、以學(xué)定教、個(gè)性化輔導(dǎo)：學(xué)習(xí)流程跟蹤、個(gè)人學(xué)習(xí)報(bào)告、個(gè)性化輔導(dǎo)；（g）學(xué)生能力畫像：數(shù)據(jù)綜合可視分析、學(xué)生學(xué)習(xí)效果預(yù)測、形成班級(jí)分析報(bào)告。

C語言智能教學(xué)平臺(tái)與一般的線上教學(xué)平臺(tái)相比，增加了實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊、闖關(guān)答題模塊和智能問答模塊。學(xué)生在平臺(tái)可以獲得實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)和進(jìn)行線上實(shí)驗(yàn)，平臺(tái)記錄學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況，作為過程性考核的一部分計(jì)入學(xué)生的平時(shí)成績。通過闖關(guān)游戲激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)過程中遇到的一些問題，可以通過智能問答模塊獲得答案，從而將教師從簡單重復(fù)性的勞動(dòng)中解放出來。智能問答是知識(shí)圖譜的應(yīng)用，是信息檢索的一種高級(jí)形式，傾向于將給定的問題分解為多個(gè)小的問題，然后逐一去知識(shí)庫中抽取匹配的答案，并自動(dòng)檢測其在時(shí)間與空間上的吻合度等，最后將答案進(jìn)行合并，以準(zhǔn)確簡潔的自然語言、直觀的方式為學(xué)生提供問題的解答[18]。C語言智能教學(xué)平臺(tái)能夠向?qū)W生提供完備的教學(xué)環(huán)境和精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析，最重要的是基于數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)，便于對(duì)學(xué)生實(shí)施精準(zhǔn)的、個(gè)性化的輔導(dǎo)。

3.智能化的教學(xué)分析與決策

智能化教學(xué)改革的主要任務(wù)在于引入智能化的教學(xué)分析與決策[19]。C語言在利用教學(xué)平臺(tái)開展教學(xué)的過程中，學(xué)生的日常學(xué)習(xí)、測試等都會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的積累和沉淀為我們進(jìn)行智能化的教學(xué)分析與決策提供支撐和幫助。智能化的分析與決策需要三步走：一是了解學(xué)生；二是要理解資源；三是制定教學(xué)策略。了解學(xué)生即是對(duì)學(xué)生的認(rèn)知診斷。教學(xué)平臺(tái)收集了大量學(xué)生學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)，我們據(jù)此了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況、學(xué)習(xí)效果等；通過這些數(shù)據(jù)對(duì)學(xué)生的認(rèn)知水平進(jìn)行建模，用大量的數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行參數(shù)的估計(jì)，自動(dòng)地學(xué)習(xí)，通過訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)模型對(duì)學(xué)生進(jìn)行更加準(zhǔn)確的認(rèn)知診斷。學(xué)生能力的變化是隨著逐步學(xué)習(xí)而產(chǎn)生的，通過輸入學(xué)生的答題記錄和試題的文本信息，建立學(xué)生動(dòng)態(tài)認(rèn)知能力的框架，對(duì)學(xué)生動(dòng)態(tài)認(rèn)知能力進(jìn)行評(píng)估和對(duì)學(xué)生成績進(jìn)行預(yù)測。理解資源需要對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行表征與建模。我們通過深度學(xué)習(xí)進(jìn)行試題難度預(yù)測、相似題判定等，從而知道試題的難易程度、相似度等，從而理解和把握教學(xué)資源。制定教學(xué)策略是以什么樣的策略教授知識(shí)點(diǎn)給學(xué)生、教學(xué)內(nèi)容怎么組織、采用什么教學(xué)方式。我們依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平和知識(shí)圖譜，通過強(qiáng)化學(xué)習(xí)框架，為學(xué)生制定個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑，進(jìn)行學(xué)什么和怎么學(xué)的個(gè)性推薦，從而實(shí)現(xiàn)因材施教和提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

（四）改革實(shí)施后的教學(xué)效果

實(shí)施智能化教學(xué)改革后，學(xué)生學(xué)習(xí)C語言的興趣和熱情度有很大提高，自主學(xué)習(xí)能力有所改善，參與課堂的積極性得到有效調(diào)動(dòng)。學(xué)生的編程能力有所提高，實(shí)踐能力有所增強(qiáng)。近年來，學(xué)生獲批各級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目的數(shù)量總體呈上升趨勢(shì)，參加“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽的成績逐步提升并獲得突破。近幾年學(xué)生獲批大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目情況如表2所示。

表2 近幾年學(xué)生獲批大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目情況

近幾年，學(xué)生參加學(xué)科技能競賽的積極性越來越高，競賽成績也越來越好，不僅在省賽中頻頻獲獎(jiǎng)，在國賽中也有所突破。近幾年學(xué)生參加學(xué)科技能競賽獲獎(jiǎng)情況如表3所示。

表3 近幾年學(xué)生參加學(xué)科技能競賽獲獎(jiǎng)情況

學(xué)生對(duì)課程的滿意度有所提高，評(píng)教分?jǐn)?shù)由最初的92分左右提升到了94分以上。學(xué)生評(píng)教結(jié)果表明網(wǎng)絡(luò)加實(shí)體課堂的教學(xué)有效地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，為大部分學(xué)生所認(rèn)可和接受。除此之外，教師教研教改的積極性有所提高，團(tuán)隊(duì)教師立項(xiàng)教研教改項(xiàng)目的數(shù)量不斷增加，2019年立項(xiàng)校級(jí)綜合改革試點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)；2020年立項(xiàng)省級(jí)教學(xué)研究和教學(xué)質(zhì)量工程項(xiàng)目的數(shù)量達(dá)到5項(xiàng)，其中重大線上教學(xué)改革研究項(xiàng)目1項(xiàng)、重點(diǎn)教學(xué)研究項(xiàng)目1項(xiàng)、線上線下混合式課程建設(shè)1項(xiàng)和一般教學(xué)研究項(xiàng)目2項(xiàng)；2021年立項(xiàng)省級(jí)線上線下混合式課程1項(xiàng)、省級(jí)人文社科重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)、校級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目1項(xiàng)和校本規(guī)劃教材建設(shè)1項(xiàng)。同時(shí)，教師在各類期刊發(fā)表教研教改論文的數(shù)量也有所增加。這些充分表明了C語言程序設(shè)計(jì)智能化教學(xué)改革已初見成效。

四、結(jié)語

C語言作為電子信息類相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力和編程能力的重任，其學(xué)習(xí)結(jié)果的好壞直接影響了后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)及學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，因此，改進(jìn)現(xiàn)有教學(xué)模式，探索新的教學(xué)模式勢(shì)在必行。線上線下混合式教學(xué)效果的達(dá)成依賴于學(xué)生能夠自覺地、主動(dòng)地參與線上學(xué)習(xí)，更需要教師嚴(yán)格地監(jiān)管和把控學(xué)情，以防學(xué)生的線上自主學(xué)習(xí)不能持續(xù)，導(dǎo)致混合式教學(xué)方式被破壞。解決這一問題最有效的措施和途徑就是激發(fā)學(xué)生課程學(xué)習(xí)的興趣和調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。C語言智能教學(xué)平臺(tái)能夠通過向?qū)W生提供闖關(guān)游戲的方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又通過智能問答模塊及時(shí)解答學(xué)生學(xué)習(xí)中遇到的問題，再通過在線實(shí)驗(yàn)?zāi)K讓學(xué)生將學(xué)到的知識(shí)用于實(shí)踐，從而使學(xué)生保持持續(xù)的線上自主學(xué)習(xí)。人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，為C語言的教學(xué)改革注入了新的思維方式，為C語言的教學(xué)改進(jìn)提供強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)力，并為教育的創(chuàng)新注入新的生機(jī)活力。智能化的分析與決策是基于學(xué)習(xí)平臺(tái)收集的學(xué)生學(xué)習(xí)的大量數(shù)據(jù)，通過深度學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行認(rèn)知診斷和對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行理解和把握，從而為學(xué)生制定個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑和進(jìn)行個(gè)性化的學(xué)習(xí)推薦，從而實(shí)現(xiàn)因材施教。

C語言程序設(shè)計(jì)課程的智能化教學(xué)改革將傳統(tǒng)的信息化教學(xué)與人工智能技術(shù)相融合，引入新的方法和工具，對(duì)于教學(xué)方法從粗放型向精準(zhǔn)型和智能型轉(zhuǎn)變是一個(gè)促進(jìn)。C語言程序設(shè)計(jì)的智能化教學(xué)改革正是新時(shí)代背景下推動(dòng)C語言教學(xué)變革和創(chuàng)新的教學(xué)方案，完整的體系結(jié)構(gòu)，清晰的實(shí)施步驟，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)C語言教學(xué)的不足。要想該教學(xué)方案取得成效，前提是教師要投入大量的時(shí)間和精力建設(shè)教學(xué)資源，優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源是C語言程序設(shè)計(jì)智能化教學(xué)改革的重要基礎(chǔ)。學(xué)生的線上學(xué)習(xí)、課堂教學(xué)反饋、線上測試、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、智能問答等都需要教學(xué)資源的支撐。同時(shí)，持續(xù)完善智能教學(xué)平臺(tái)，用好人工智能中的數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)等關(guān)鍵技術(shù)，需要既懂人工智能又有豐富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的復(fù)合型人才的參與。智能化伴隨著信息化協(xié)同發(fā)展，C語言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)必將以嶄新的面貌釋放出新的活力。教學(xué)改革非一撮而就之事，在改革的道路上只有審時(shí)度勢(shì)，把握時(shí)代對(duì)人才的需求，創(chuàng)新思路，終能取得成效。