基于“對分課堂”的高級語言編程課程設(shè)計教學(xué)改革研究

楊建文 周濤

關(guān)鍵詞： 對分課堂；教學(xué)模式；高級語言編程；課程設(shè)計；單片機(jī)

1 引言

“對分課堂”是復(fù)旦大學(xué)教授張學(xué)新老師在2014年提出的具有中國特色的原創(chuàng)性課堂教學(xué)模式?！皩Ψ终n堂”將傳統(tǒng)填鴨式的滿堂灌課堂分成兩個部分，一部分讓教師進(jìn)行知識點(diǎn)的精講，另一部分讓學(xué)生針對知識點(diǎn)進(jìn)行討論。其實(shí)質(zhì)是在教師與學(xué)生討論之間引入一個心理學(xué)上的內(nèi)化環(huán)節(jié)[1]?！皩Ψ终n堂”讓學(xué)生對教師所講內(nèi)容以及知識點(diǎn)留白內(nèi)容消化吸收之后，進(jìn)行有準(zhǔn)備的討論。該“對分課堂”模式在張教授的努力推廣之下，在我國大中院校甚至中小學(xué)都取得了巨大成功，真正實(shí)現(xiàn)了講授法與討論法兩種教學(xué)模式的有機(jī)融合。講授是為了基于獨(dú)立思考的內(nèi)化，而內(nèi)化的成果則通過社會化學(xué)習(xí)在討論中得到展示、交流和完善，促進(jìn)了知識體系傳遞的效率，同時也充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性[2]。既能避免單純講授法在實(shí)踐教學(xué)中的缺陷，又能規(guī)避簡單討論法的各種弊端。經(jīng)過學(xué)生內(nèi)化環(huán)節(jié)，將他們在課堂教學(xué)過程中學(xué)到知識點(diǎn)承上啟下、融會貫通，深化了課堂教學(xué)的理論深度和知識廣度。從“對分課堂”教學(xué)模式創(chuàng)立以來，國內(nèi)各類層次的學(xué)校都對其進(jìn)行了大量的理論研究和實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用[3]。

目前“對分課堂”在高校編程實(shí)踐類教學(xué)中的應(yīng)用較少，很多文獻(xiàn)都是針對實(shí)驗(yàn)教學(xué)而應(yīng)用“對分課堂”教學(xué)方法的研究。陳依春等[4]基于西藏民族大學(xué)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)施對分課堂教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)“對分課堂”教學(xué)模式讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中學(xué)有所成、學(xué)以致用，提高了學(xué)生的素質(zhì)和能力。胡代弟[5]嘗試將“對分課堂”應(yīng)用在“傳感器原理與應(yīng)用”課程中，結(jié)合超星學(xué)習(xí)通平臺實(shí)現(xiàn)線上線下混合教學(xué)，通過對學(xué)校2019級自動化1班和3班的對照教學(xué)改革實(shí)踐，得出了“對分課堂”的實(shí)施有利于學(xué)生對知識的掌握，從知識、能力和素質(zhì)三個維度實(shí)現(xiàn)對學(xué)生的培養(yǎng)。張剛等[6]將“對分課堂”與“數(shù)字信號處理”教學(xué)有機(jī)融合，在該模式下通過學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課堂講授、隔堂討論完整地實(shí)現(xiàn)了“對分課堂”教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生主動在各個環(huán)節(jié)展現(xiàn)自己的學(xué)習(xí)積極性，從而提升了綜合創(chuàng)新能力，學(xué)習(xí)效果顯著提高。從教師實(shí)踐“對分課堂”的經(jīng)驗(yàn)中，高級語言編程課程設(shè)計課程組也嘗試將“對分課堂”教學(xué)模式引入到高級語言編程課程設(shè)計的教學(xué)過程中，借助于單片機(jī)項(xiàng)目的編程實(shí)踐，鞏固學(xué)生所掌握的C語言程序設(shè)計知識，提高他們的編程應(yīng)用能力。

2 高級語言編程課程設(shè)計課程特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀

2.1 高級語言編程課程設(shè)計的課程特點(diǎn)

根據(jù)學(xué)校應(yīng)用型人才的培養(yǎng)辦學(xué)定位目標(biāo)要求，高級語言編程課程設(shè)計是專門為高級語言程序設(shè)計課程設(shè)置的一門課程設(shè)計課程，也是我院大一新生必修的核心基礎(chǔ)課程。在整個計算機(jī)類和電子信息類學(xué)生的所有課程中起到重要的承上啟下的功能。在這門課程設(shè)計課程中，課程組以51單片機(jī)開發(fā)板作為課程設(shè)計的應(yīng)用平臺，以點(diǎn)亮LED、流水燈、蜂鳴器報警、七段數(shù)碼管、電子秒表、紅外遙控、直流電機(jī)驅(qū)動、繼電器驅(qū)動、舵機(jī)驅(qū)動、雨點(diǎn)檢測器、振動傳感器、煙霧傳感器、超聲波測距、串口通信等硬件驅(qū)動項(xiàng)目作為C語言的編程應(yīng)用目標(biāo)。培養(yǎng)學(xué)生基于C語言的硬件驅(qū)動編程能力、代碼調(diào)試能力、硬件電路的搭建和電路調(diào)試能力、閱讀器件英文說明文檔能力以及項(xiàng)目拓展能力。這是一門綜合考查和培養(yǎng)學(xué)生動手能力且實(shí)操性非常強(qiáng)的課程設(shè)計課程。

2.2 高級語言編程課程設(shè)計的教學(xué)現(xiàn)狀

高級語言編程課程設(shè)計課程以前采用傳統(tǒng)的講授法，主要是首先課堂上由教師詳細(xì)講授每個項(xiàng)目涉及的C語言和C51單片機(jī)的寄存器基礎(chǔ)知識點(diǎn)。然后再對項(xiàng)目給出的源代碼進(jìn)行逐語句解析。之后再要求學(xué)生基于C51單片機(jī)開發(fā)板上復(fù)現(xiàn)例程給定的項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)效果。最后教師根據(jù)已經(jīng)講授的C語言和單片機(jī)寄存器知識點(diǎn)，提出拓展本項(xiàng)目中單片實(shí)現(xiàn)的功能，學(xué)生分組進(jìn)行項(xiàng)目從源代碼編程、硬件電路搭建到最后調(diào)試和實(shí)驗(yàn)報告撰寫。師生之間缺乏有效的交流渠道和環(huán)節(jié)，同時因?yàn)轫?xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)，中間過程同學(xué)們都會遇到各種各樣的技術(shù)問題，教師疲于解決同學(xué)們的各種問題，導(dǎo)致整個教學(xué)時間分配不合理，不能照顧所有同學(xué)的關(guān)切。以致出現(xiàn)有部分同學(xué)完全復(fù)制例程代碼，進(jìn)行簡單的項(xiàng)目驗(yàn)證性實(shí)踐，沒有對項(xiàng)目所涉及的知識點(diǎn)進(jìn)行深入探討和研究。因此，學(xué)生無法從每一個課堂所完成的項(xiàng)目中，衍生或拓展出其他類似或有創(chuàng)意的項(xiàng)目。學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)主動性，逐漸對課堂上老師所布置的任務(wù)不再感興趣，動手能力也得不到提升，最終出現(xiàn)只是應(yīng)付性地完成書本項(xiàng)目?？偟膩碚f，傳統(tǒng)的講授式教學(xué)模式，不再適應(yīng)如今現(xiàn)代化的教學(xué)任務(wù)和當(dāng)代大學(xué)生的思維方式。那么作為教師首先要思考如何調(diào)動學(xué)生的主觀能動性和自我學(xué)習(xí)的意識，讓學(xué)生主動參與到課堂教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，變被動接受知識到主動學(xué)習(xí)知識、研究知識、索書本以外的知識。因此“對分課堂”教學(xué)模式就是一種很好的教學(xué)改革的嘗試。

3 教學(xué)目標(biāo)調(diào)整

教學(xué)過程中，所有的教學(xué)環(huán)節(jié)都應(yīng)以教學(xué)目標(biāo)作為導(dǎo)向，所設(shè)計的各種教學(xué)環(huán)節(jié)，也應(yīng)該圍繞實(shí)現(xiàn)這個教學(xué)目標(biāo)而進(jìn)行。在課程的教學(xué)大綱中，設(shè)立本課程的教學(xué)目標(biāo)，學(xué)生通過教學(xué)過程中的每個環(huán)節(jié)的實(shí)施，最終學(xué)有所成。以學(xué)生為中心，知識、能力和素質(zhì)三個維度的教學(xué)目標(biāo)應(yīng)該貫穿在整個教學(xué)環(huán)節(jié)中。對于高級語言編程課程設(shè)計這門實(shí)踐課程，其課程設(shè)計的目標(biāo)就是讓學(xué)生將《高級語言程序設(shè)計》這門課中的各個知識點(diǎn)融會貫通，應(yīng)用于對單片機(jī)硬件電路的驅(qū)動設(shè)計過程中。對軟件驅(qū)動硬件的控制系統(tǒng)中遇到的各種軟硬件問題，讓學(xué)生學(xué)會分析問題、思考問題、解決問題，做到真正的理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，這也是編程類課程的特色。讓學(xué)生從一個項(xiàng)目完整地實(shí)施過程中，總結(jié)項(xiàng)目的設(shè)計功能意圖，鞏固所需基礎(chǔ)知識的同時思考能否進(jìn)行進(jìn)一步的功能擴(kuò)展和功能應(yīng)用延伸，這是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的應(yīng)有之義。在這個過程中，同時培養(yǎng)學(xué)生的綜合工程素養(yǎng)、創(chuàng)新意識和團(tuán)隊(duì)協(xié)作觀念。結(jié)合課程教學(xué)大綱和專業(yè)人才培養(yǎng)方案的要求，為課程設(shè)計中每個項(xiàng)目明確知識點(diǎn)重、難點(diǎn)以及知識點(diǎn)的留白比例，學(xué)生通過自學(xué)、討論、內(nèi)化達(dá)到對知識點(diǎn)完全靈活掌握的程度，最終讓學(xué)生愿意學(xué)、主動學(xué)、會學(xué)習(xí)、會歸納、會演繹，成為高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

4“對分課堂”教學(xué)模式實(shí)施

“對分課堂”具體操作流程是由教師課堂上講授（presentation） 、學(xué)生課內(nèi)外內(nèi)化吸收（assimilation） 和學(xué)生課內(nèi)討論（discussion） 三個環(huán)節(jié)組成，因此“對分課堂”也稱為PAD課堂[6-7]。針對課程設(shè)計這種實(shí)踐性強(qiáng)的課程，課程組的環(huán)節(jié)設(shè)計主要出發(fā)點(diǎn)是鞏固C語言知識點(diǎn)掌握、加強(qiáng)學(xué)生動手能力鍛煉、強(qiáng)化自學(xué)能力培養(yǎng)和培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神[8]。

4.1“對分課堂”的教學(xué)模式設(shè)計

4.1.1 課程預(yù)習(xí)

將班級學(xué)生按學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)態(tài)度進(jìn)行優(yōu)良中差合理搭配，分成4～5人的學(xué)習(xí)實(shí)踐小組，便于線上和課堂上的討論和交流（一般按照ABBCD的人員進(jìn)行組合，其中A是優(yōu)秀；B是良；C是合格；D需要進(jìn)步）。在每個課程實(shí)踐項(xiàng)目的正式授課前，課程組會發(fā)布預(yù)先要精講的內(nèi)容PPT，包括老師們劃定的重難點(diǎn)講授內(nèi)容，推送給學(xué)生，同時會鏈接一些相關(guān)參考視頻和博客供學(xué)生進(jìn)行知識點(diǎn)預(yù)習(xí)以及項(xiàng)目可能功能拓展的方向。每個項(xiàng)目章節(jié)，對應(yīng)了許多C語言需要掌握的基礎(chǔ)知識點(diǎn)和單片機(jī)寄存器編程知識點(diǎn)。同學(xué)們可以通過超星平臺向老師反饋對本項(xiàng)目教師所講內(nèi)容的興趣點(diǎn)以及自己意見和建議。因?yàn)楸菊n程是按4～5人來進(jìn)行分組學(xué)習(xí)的，為了更好地凝聚同學(xué)們的觀點(diǎn)，每組組長需要提前收集組員的各種建議，以及針對每個實(shí)踐項(xiàng)目，小組有什么其他功能延拓設(shè)想和創(chuàng)意或?qū)嵤┓桨?，然后提前發(fā)送給任課老師，作為小組課堂考核依據(jù)。當(dāng)然也可以凝聚一些老師無法在線上簡單或及時回答的問題，讓其他小組的同學(xué)來共同解決或經(jīng)驗(yàn)分享。最后，教師根據(jù)學(xué)生課前預(yù)習(xí)活動的活躍程度對小組和個人進(jìn)行平時表現(xiàn)打分，促進(jìn)同學(xué)在項(xiàng)目知識講授前進(jìn)行充分預(yù)習(xí)。

4.1.2 隔堂討論

在完成了本節(jié)課的線上考勤工作后，并在正式精講本節(jié)課項(xiàng)目知識內(nèi)容之前，針對上一個項(xiàng)目同學(xué)們完成情況作一個系統(tǒng)的總結(jié)，并對重難知識點(diǎn)進(jìn)行簡短回顧。這兩個環(huán)節(jié)的時間，教師需要嚴(yán)格控制在10分鐘以內(nèi)完成。然后針對教師所提到的上一項(xiàng)目的知識點(diǎn)和項(xiàng)目完成情況點(diǎn)評，結(jié)合小組和學(xué)生自己的“閃閃亮（學(xué)生學(xué)會的知識點(diǎn)和編程技能）”“考考你（學(xué)生自己獲取的有深度的知識和技能）”以及“幫幫我（學(xué)生自己不明白需要別人幫忙解答的問題）”內(nèi)容展開小組的內(nèi)部充分討論和交流。小組內(nèi)組長作為主持，小組成員逐一發(fā)言，組長記錄討論過程一些重要的內(nèi)容。然后是教師隨機(jī)參與、小組間自由提問和教師總結(jié)三個環(huán)節(jié)。小組成員之間的內(nèi)部討論的主要內(nèi)容是學(xué)生針對自己在知識內(nèi)化環(huán)節(jié)和項(xiàng)目完成過程中學(xué)到的知識或還沒有掌握的知識和技能，在小組內(nèi)部進(jìn)行分享、討論和內(nèi)部技術(shù)切磋。教師隨機(jī)參與是指教師在小組的討論活動中隨機(jī)參與某小組的討論活動，并和學(xué)生進(jìn)行相互地提問和解答以及交流。小組間自由提問是由每組派代表向其他組闡述本小組對項(xiàng)目知識點(diǎn)的解析，并可以提出問題讓其他組同學(xué)進(jìn)行解答或分享。在這個環(huán)節(jié)，教師對于表現(xiàn)良好的小組進(jìn)行課堂表現(xiàn)加分。最后是教師總結(jié)部分，針對每組代表的發(fā)言或提出的問題，教師進(jìn)行答疑解惑，并對每組同學(xué)提出的問題、項(xiàng)目方案和解決方法進(jìn)行簡短的點(diǎn)評或補(bǔ)充。

4.1.3 知識精講

課堂知識精講環(huán)節(jié)大致分為課前考核、知識精講、自學(xué)內(nèi)化、課堂項(xiàng)目實(shí)踐、課堂提問五個環(huán)節(jié)。利用超星學(xué)習(xí)通進(jìn)行線上倒計時考勤簽到，避免了傳統(tǒng)花名冊點(diǎn)名考勤方式費(fèi)時的弊端，同時也讓同學(xué)們在手機(jī)端對考勤結(jié)果有清晰地了解，督促學(xué)生形成良好的時間觀念。這種考勤方式提高了整個課堂運(yùn)行的效率，也為后續(xù)課堂活動提供了充足時間。知識精講部分也是“對分課堂”教學(xué)模式中重要的一環(huán)。教師根據(jù)課前同學(xué)們自學(xué)課程內(nèi)容后的超星學(xué)習(xí)通反饋，選擇大多數(shù)同學(xué)無法用自學(xué)內(nèi)化方式理解的知識作為精講重點(diǎn)。精講就是教師用10～20分鐘言簡意賅地把本項(xiàng)目中重點(diǎn)的、易錯的、難懂的知識以打包的方式在課堂上精彩呈現(xiàn)出來。拋棄了傳統(tǒng)講授教學(xué)方法主要將所有知識點(diǎn)、單向灌輸給學(xué)生，讓學(xué)生無法抓住知識的重難點(diǎn)，學(xué)習(xí)效果差且耗時和費(fèi)力。在對知識點(diǎn)精講同時，一定要給項(xiàng)目知識點(diǎn)留白，告訴學(xué)生哪些知識點(diǎn)老師沒有提及，在后面自學(xué)內(nèi)化和項(xiàng)目實(shí)踐過程中務(wù)必去繼續(xù)思考和理解。自學(xué)內(nèi)化環(huán)節(jié)留出課堂的5～10分鐘讓學(xué)生消化老師剛才所講的知識點(diǎn)和留白的知識點(diǎn)，自我思考哪些知識點(diǎn)還沒有完全理解、哪些知識點(diǎn)自己還有其他方面的思考以及針對本項(xiàng)目自己可以擴(kuò)展出什么樣的新功能等。自學(xué)內(nèi)化和課前預(yù)習(xí)的功能一樣，就是培養(yǎng)學(xué)生主動自學(xué)的能力，也是大學(xué)教育“授人以魚不如授人以漁”核心宗旨之一。這一環(huán)節(jié)一定要留給學(xué)生足夠時間，因?yàn)槲以簩W(xué)生的學(xué)情是大部分學(xué)生已經(jīng)不太愛從書本中探求知識了，但要改變他們這些不良習(xí)慣需要環(huán)境的配合和時間的累積。這個環(huán)節(jié)也是“對分課堂”教學(xué)模式把被動式教學(xué)變成主動式學(xué)習(xí)的最重要的組成部分。第四個環(huán)節(jié)是課堂項(xiàng)目實(shí)踐，根據(jù)書本上項(xiàng)目代碼首先是復(fù)現(xiàn)項(xiàng)目案例中的單片機(jī)運(yùn)行效果，其次是根據(jù)老師課前布置的功能拓展目標(biāo)和小組討論的功能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)進(jìn)行項(xiàng)目目標(biāo)功能實(shí)現(xiàn)。這個環(huán)節(jié)完全由學(xué)習(xí)小組共同協(xié)作完成。教師只是檢查每組最終功能實(shí)現(xiàn)的效果，并根據(jù)效果實(shí)現(xiàn)的難易程度進(jìn)行小組打分。最后一個環(huán)節(jié)是課堂提問，在大部分小組完成代碼編程、編譯下載和調(diào)試、功能實(shí)現(xiàn)之后，給同學(xué)們留出向老師和同學(xué)提問的機(jī)會，共同解決一些對知識理解和項(xiàng)目實(shí)踐中遇到的技術(shù)問題。

4.2“超星學(xué)習(xí)通+錄課”的教學(xué)方法

對于課堂上教師所精講的內(nèi)容，每個項(xiàng)目的知識點(diǎn)精講的環(huán)節(jié)，課程組都安排教師進(jìn)行課程內(nèi)容PPT講授的錄屏，然后通過超星學(xué)習(xí)通平臺推送給學(xué)生進(jìn)行在線的學(xué)習(xí)。同時也通過超星學(xué)習(xí)通平臺進(jìn)行師生間的問題解答和知識點(diǎn)討論，以及每個課程實(shí)踐項(xiàng)目學(xué)生都能預(yù)先參與到教師的教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)的討論中。因此借助于現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也是增強(qiáng)“對分課堂”教學(xué)模式功能的一種好方式。課程組通過2020級42位同學(xué)和2021級38位同學(xué)在線問卷，我們獲得了如表1所示的調(diào)查數(shù)據(jù)。整體來看，運(yùn)用了“對分課堂”教學(xué)模式，同學(xué)對這種自學(xué)、內(nèi)化加討論的教學(xué)方法還是十分滿意的。

5 總結(jié)

高級語言編程課程設(shè)計采取“對分課堂”教學(xué)模式，對師生都提出了更高的要求。通過課程組老師通力協(xié)作和學(xué)生的積極配合，本次教學(xué)改革實(shí)踐活動取得了顯著的教學(xué)效果。通過兩屆學(xué)生的最終成果展示，學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力、答辯會上的語言組織與表達(dá)能力都得到了提升，最終課程結(jié)課時學(xué)生所展示小組項(xiàng)目作品整體完成難度都提高了，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)大綱中所提出的教學(xué)目標(biāo)要求。“對分課堂”教學(xué)模式把現(xiàn)有講授法理論與實(shí)踐性較強(qiáng)的討論課堂進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，強(qiáng)化老師知識精講，培養(yǎng)學(xué)生內(nèi)化學(xué)習(xí)，提升了課堂的高效化，解決了學(xué)生溝通能力、創(chuàng)造能力等素質(zhì)培養(yǎng)的困境。實(shí)踐證明，絕大多數(shù)學(xué)生能夠在教師的引導(dǎo)下積極主動地思考、查閱書籍資料，鞏固了對C語言的基礎(chǔ)知識掌握，提高了軟件編程能力。