多元驅動的C++程序設計基礎差異化混合教學模式研究與實踐

徐志佳

(1.華南理工大學機械與汽車工程學院，廣東廣州510640；2.塔里木大學機械電氣化工程學院，新疆阿拉爾843300)

1 引言

隨著信息化和智能化技術的快速發(fā)展，掌握計算機的基本工作原理和一門計算機程序設計語言，已成為當代大學生知識結構中必不可少的組成部分。C++是一種多范型的程序設計語言，它既支持面向過程的程序設計，又支持面向對象的程序設計[1]，是當今主流的編程語言。在此背景下，C++程序設計基礎于2017年全面成為華南理工大學非計算機專業(yè)本科生的計算機公共基礎課程。課程于大一第二學期開設，總課時為40 學時。其主要目標是要求學生掌握結構化程序設計中基本的概念、方法，并能夠使用結構化思想方法設計小規(guī)模的應用程序，進而為將來利用計算機解決本專業(yè)的理論和實際問題打下良好的基礎。然而，實踐發(fā)現，C++程序設計基礎課程教學目前面臨諸多亟待解決的挑戰(zhàn)。

2 課程教學存在問題分析

首先，學生知識基礎較弱，普遍存在畏難思想。對教學班進行調查分析發(fā)現，95.8%的學生沒有C++程序設計語言的基礎，而且沒有學習其他程序設計語言類先導課程；100%的學生認為課程會較難。在這種情況下，如果采用的教學模式不當，往往難以激發(fā)學生的學習興趣、調動其學習積極性。

其次，傳統(tǒng)教學模式難以適應教學需求。盡管翻轉課堂、微課、MOOC 等新型教學模式不斷涌現，但由于課程總課時已被壓縮到40 學時，實驗課時僅為8 學時，教師往往被迫沿用傳統(tǒng)“填鴨式”教學模式[2]，學生既缺乏深入思考與理解，又缺乏足夠的實踐鞏固知識[3]，因而難以保證教與學的質量。

第三，缺乏支持學生差異化學習目標的有效手段。由于自身基礎、興趣的不同；加之大一新生的整體學習任務較重，平均每天10.4節(jié)課，學生對課程的預期目標不盡相同。但在傳統(tǒng)教學模式仍然未被根本改變的狀態(tài)下，難以為學生提供差異化的學習服務。

3 多元驅動的差異化混合教學模式設計

針對上述問題，提出一種多元驅動的C++程序設計基礎差異化混合教學模式。該模式首先面向學生的差異化學習目標，建立多元驅動模型；然后運用智慧教學工具長江雨課堂開展混合教學，并在教學過程中實施多元驅動策略，滿足學生的差異化學習目標需求。

3.1 面向差異化學習目標的多元驅動模型

學生的學習目標可以概括為四類：考試及格、獲得高分、簡單應用和進階應用。其中，考試及格是最低的學習目標，學生由于各種原因，不愿意在課程學習中投入足夠的時間。獲得高分主要以評優(yōu)評先為主要考量，側重于卷面成績的提升。簡單應用和進階應用偏向于程序設計語言的實用性，前者關注一些簡單問題的計算機求解，后者偏向于獲得一定的獨立開發(fā)應用程序的能力。

根據學生的差異化學習目標，設計的多元驅動模型如圖1所示。該模型首先以智慧教學工具(長江雨課堂[4-5])等現代教育技術搭建混合教學平臺。由于長江雨課堂能夠記錄并保存所有的教學活動，因此學生可以反復學習。這樣，學生可以根據自身目標選擇難度適合自己的教學內容“隨時隨地”進行學習，從而滿足其差異化學習目標。此外，長江雨課堂平臺具有豐富的學情分析、作業(yè)批改等功能，教師通過在其中查看學生的學習情況，能夠對學生的學習目標進行區(qū)分，進而針對性地選擇驅動方式。

圖1 面向差異化學習目標的多元驅動模型

驅動方式主要包括正常驅動、問題驅動、協(xié)作驅動、任務驅動和項目驅動。其中，正常驅動指不采用特殊的驅動方式，主要面向僅需要考試及格的學生，即對其參與后四種驅動方式中的表現不做過多要求。后四種驅動方式緊密相關。例如，問題驅動是以問題為基礎，以學生為中心，以任務驅動為主線，以小組協(xié)作為主導[6]；項目驅動中，往往亦包含需要解決的問題，并為相互協(xié)作的項目成員分配不同的任務。需要說明，協(xié)作驅動還包括教師選擇助教進行協(xié)作教學，即教師采用自愿報名的方式在每10名學生中選擇一名助教，并以學習金字塔理論中“馬上應用/教別人”的主動學習方式[7]為依據，建立“教師-助教-組員”三位一體的作業(yè)協(xié)作批改機制。這四種驅動方式都可以面向獲得高分、簡單應用和進階應用的目標需求。此外，課程全程采用激勵式教學，驅動學生在其學習目標內都保持信心和積極性。

3.2 教學模式實施

為保證多元驅動的C++程序設計基礎的差異化混合教學模式的順利實施，構建了形式多樣的教學資源，包括錄制所有教學單元的微課視頻，設計支持混合教學的預習課件庫、授課課件庫和復習課件庫，建立符合問題驅動、協(xié)作驅動、任務驅動和項目驅動需求的課前討論題庫，課堂練習題庫、示范題庫，課后同步練習題庫、綜合練習題庫、實驗練習題庫和項目練習題庫。所有的教學資源都存儲于長江雨課堂平臺中。

在此基礎上，依托長江雨課堂開展課程的混合教學。課前，教師通過長江雨課堂提前一周將預習課件推送給學生，組織學生學習微課視頻、完成預習題，使知識傳授環(huán)節(jié)前移，消除課堂教學中“填鴨式”教學模式的存在土壤。課中，教師在對課前預習情況進行分析的基礎上，首先安排一定時間，通過長江雨課堂隨機點名學生對預習知識點進行復述，一方面檢驗學生的預習效果，一方面無形中督促學生更認真地預習；其次，教師根據學生的預習情況，著重開展重/難點講解、示范/演示等教學活動，并通過長江雨課堂組織學生進行小組討論和實際演練，促進學生進行知識的應用，進一步鞏固預習和授課效果。課后，教師根據教學進程，通過長江雨課堂適時、適量發(fā)布同步練習、綜合練習、實驗練習和項目練習。其中，同步練習在每個教學單元學習完成之后發(fā)布，綜合練習在每章教學內容學習完成之后發(fā)布，實驗練習的發(fā)布頻率與實驗課時安排一致。通過課后練習，逐步達到知識內化的效果。項目練習用于支持任務驅動和項目驅動的教學，包括通訊錄管理系統(tǒng)、萬年歷、貪吃蛇等15個項目。在第一堂課，教師組織每個小組通過長江雨課堂投票選擇一個項目。每當學生具備一定的能力，如學會了輸入輸出，教師即通過長江雨課堂發(fā)布項目任務，讓各小組完成所選項目的某些功能，如完成貪吃蛇程序界面的輸出。課程教學全部完成之后，教師組織各小組進行項目匯報并現場展示程序運行效果。

在課前預習和課后練習過程中，教師首先批改助教的練習作業(yè)，然后為助教答疑解惑，進而組織助教批改組員的練習作業(yè)。

教學模式對課程評價方式進行了改革，其中，期末考試成績、線上預習和復習、課堂表現、項目練習、上機實驗的占比分別為70%、5%、5%、5%、5%和10%。

3.3 教學模式效果

教學模式的效果可以從教師和學生的主觀感受，以及學生的實際表現兩個方面進行評價。主觀感受層面，從教師的角度，明顯感覺跟學生的溝通更順暢了，學生的積極性更高了，課堂更為活躍了。從學生的角度，課程結束之后的問卷調查表明：1)教學模式在課前、課中和課后所有的教學活動中都設置了實踐環(huán)節(jié)，能夠避免理論與實踐課時嚴重失衡造成的“重理論、輕實踐”問題；2)混合教學模式強化了學生的預習和聽課行為；3)多元驅動方式滿足了學生的差異化學習目標需求；4)項目練習增強了課程的趣味性，并使學生認識到了課程的實用性；5)學生普遍認為自身的協(xié)作能力、自學能力和滿足感得到了提升。

實際表現層面，80%以上的學生完成了課程所有的教學活動，包括課前預習、課后復習，以及其中的各類練習。雖然83.9%的同學認為項目練習難度偏大，但74.2%的同學完成了項目練習，未完成的僅占3.2%。其中，第7 組在項目練習中引入了外部函數庫，對貪吃蛇游戲界面進行紋理貼圖，形成了較為美觀控制臺游戲界面；同時設計了不同的游戲模式，游戲演示過程非常流暢。這些超出項目預期的內容，主要由小組成員通過討論和自學完成，充分體現了學生的知識綜合運用能力、小組協(xié)作能力、自學能力以及創(chuàng)造能力。此外，對華南理工大學安全工程專業(yè)連續(xù)兩屆教學班的考試成績分布情況進行對比發(fā)現：采用多元驅動的差異化混合教學模式之后，學生的卷面不及格率由31.8%下降到2.6%，高分率(大于等于80 分的學生占班級總人數的比)由31.1%(22.2%加8.9%) 上升到74.3%(33.3%加41.0%)，如圖2所示。

圖2 安全工程專業(yè)連續(xù)兩屆教學班考試成績分布對比

4 結束語

華南理工大學的教學改革表明，采用多元驅動的差異化混合教學模式教學，是應對C++程序設計基礎學生基礎較弱、課程課時壓縮、理論實踐課時比例失衡、差異化學習目標需求等問題的一條有效途徑。該模式成功地將課堂延伸到了課外，提升了學生利用碎片化時間進行學習的主動性，增強了其中心地位，有望為非計算機類大一工科學生的C++程序設計基礎課程教學提供參考。