“不忘初‘芯’，勇往前行”背景下計算機程序設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)創(chuàng)新與實踐研究

陳暄

摘要：程序設(shè)計課程主要考查學(xué)生對于知識能力、邏輯能力和動手能力的掌握程度。當(dāng)前程序設(shè)計課程在培養(yǎng)學(xué)生方面存在課程目標(biāo)不明確，課程思路不清晰、課程實施效果差，課程評價單一等多種問題，為了解決這個問題，我們提出了一種基于高職計算機專業(yè)程序設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)創(chuàng)新與實踐研究方法，該方法提出“樹目標(biāo)→設(shè)思路→構(gòu)素材→探路徑→巧實施→多考核→促課建”的建設(shè)思路，為當(dāng)前的程序設(shè)計課程改革提供了方向，研究結(jié)果表明這種方式收到老師和學(xué)生的歡迎。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計課程；教學(xué)；創(chuàng)新；實踐

中圖分類號：TP3 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）13-0138-03 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID） ：

0 引言

眾所周知，芯片是我國信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，如何實現(xiàn)芯片研究的高質(zhì)量發(fā)展和創(chuàng)新性突破是當(dāng)前國家信息戰(zhàn)略發(fā)展的重要前進方向。程序設(shè)計是實現(xiàn)芯片研究的重要組成部分之一，培養(yǎng)計算機專業(yè)學(xué)生程序設(shè)計能力在我國芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展中承擔(dān)重要角色，探討芯片背景下如何開展程序設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)研究具有重要意義。

在本文中，以當(dāng)前我國芯片“卡脖子”事件為課程背景，圍繞“程序設(shè)計基礎(chǔ)類課程”設(shè)計教學(xué)的全過程，將課程案例素材貫穿在整個程序設(shè)計課程設(shè)計不同階段中，切實體現(xiàn)教師是主力軍、課程建設(shè)是主戰(zhàn)場，課堂教學(xué)是主渠道的宗旨，旨在強化計算機專業(yè)學(xué)生的精益求精的工匠精神、激發(fā)學(xué)生愛國主義和民族使命感、體現(xiàn)學(xué)生科技報國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)，從根本上推動程序設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)創(chuàng)新水平的整體提高。

1 程序設(shè)計課程的研究現(xiàn)狀

1.1 課程教學(xué)體系

國內(nèi)外學(xué)者從不同的方面進行了研究。在教學(xué)目標(biāo)方面，徐勝舟[1]提出基于工程教育認(rèn)證理念的課程目標(biāo)方法，使得教學(xué)課程建設(shè)逐步達到工程教育認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；在教學(xué)方法方面，周玲艷 [2]對當(dāng)前的Java程序設(shè)計課程的教學(xué)方法進行思考，并嘗試提出一些改進措施豐富課程教學(xué)；陳文平[3]對Java程序設(shè)計課程教學(xué)方法存在的問題進行深度剖析，并主張通過發(fā)散思維、師生互動、教學(xué)相長等多種手段改善教學(xué)效果，促使學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動學(xué)習(xí)。在教學(xué)內(nèi)容方面，蔣曉南[4]對當(dāng)前程序設(shè)計課程的內(nèi)容案例設(shè)計提出不同看法，并通過改進授課內(nèi)容在實踐教學(xué)中取得了較好的效果；楊明[5]提出使用模糊理論的評價算法用于程序設(shè)計課程的成果評價，結(jié)果該方法一定程度上能夠反饋學(xué)生真實評價。

1.2 課程教學(xué)模式

傳統(tǒng)教學(xué)模式已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前程序設(shè)計課程，學(xué)者們使用了較為先進的教學(xué)模式用于課程教學(xué)。在PBL模式方面，王玲[6]將PBL模式引入C語言程序設(shè)計中用于提高程序設(shè)計授課效果；在翻轉(zhuǎn)課堂方面，馮君[7]提出了“五位一體”的Java程序設(shè)計翻轉(zhuǎn)課堂的理論實踐一體化策略；在OBE模式方面，岑琴 [8]提出C語言程序設(shè)計中引入OBE模式，研究課前、課中、課后的應(yīng)用情況，實踐效果說明學(xué)生的實踐能力有所提升。

1.3 課程教學(xué)實踐

良好的教學(xué)實踐是課程實施的重要保障，尤其是作為動手能力強的程序設(shè)計課程更是如此。課程實訓(xùn)方面，顧慧[9]認(rèn)為Java程序設(shè)計課程實訓(xùn)安排方式應(yīng)該更加人性化、實戰(zhàn)化，降低理論考核方面比例。學(xué)科競賽方面，楊澤[10]認(rèn)為將學(xué)科競賽內(nèi)容與程序設(shè)計課程的實踐要求結(jié)合起來，提升社會對于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求；技能證書方面，馮軍軍[11]提出將Python 程序設(shè)計課程標(biāo)準(zhǔn)與“1+X”證書考核標(biāo)準(zhǔn)對接，重新對課程的實踐教學(xué)進行設(shè)計與探索。

從以上研究內(nèi)容來看，當(dāng)前計算機課程取得了一些研究成果，但是依然存在課程內(nèi)容與實際技術(shù)發(fā)展脫節(jié)、實踐教學(xué)比重不足和教學(xué)方法較為單一等問題。因此持續(xù)不斷地對計算機課程改革具有重要的研究價值。

2 計算機程序設(shè)計課程的創(chuàng)新設(shè)計

研究以“不忘初‘芯，勇往前行”為課程教學(xué)思政背景，在協(xié)同育人的課程理念指引下，圍繞程序設(shè)計基礎(chǔ)課程提出“樹目標(biāo)→設(shè)思路→構(gòu)素材→探路徑→ 巧實施→多考核→促課建”的設(shè)計流程。

2.1 樹立“課程—專業(yè)—學(xué)校”漸進式教學(xué)目標(biāo)

在“立德樹人”的育人目標(biāo)指導(dǎo)下，結(jié)合程序設(shè)計基礎(chǔ)課程特點，我們建立“課程→專業(yè)→學(xué)校”的漸進式課程目標(biāo)。在課程目標(biāo)中，學(xué)生應(yīng)該深入掌握程序設(shè)計的技能，同時應(yīng)該具有良好的道德操守，在專業(yè)目標(biāo)中，學(xué)生應(yīng)該具備較強的實踐能力，創(chuàng)新能力和團隊合作能力，尤其是現(xiàn)在的程序設(shè)計項目都是大型的項目，相互之間的除了技能之外還需要有良好的溝通協(xié)作能力，這樣才能夠成為具有持續(xù)成長能力的人才，而在學(xué)校目標(biāo)層面，應(yīng)該是培養(yǎng)“具有現(xiàn)代文明精神，具備寬厚的知識基礎(chǔ)，卓越的專業(yè)素養(yǎng)、深摯的人為情懷，能主動適應(yīng)并推動未來社會發(fā)展的人才”。

2.2 設(shè)計“兩主題、三主線、五融合”的閉環(huán)課程思路

程序設(shè)計基礎(chǔ)課程是培養(yǎng)學(xué)生實踐性、專業(yè)技術(shù)能力水平較高的工科類課程，研究結(jié)合當(dāng)前社會對于數(shù)字技術(shù)熱點、程序設(shè)計課程的能力培養(yǎng)要求，提出了“兩主題、三主線、五融合”的課程設(shè)計思路，在課程中結(jié)合芯片研究為課程背景，以學(xué)思踐悟和知行合一為育人目標(biāo)，圍繞學(xué)生開展“育人入腦”“育人入行”和“育人入心”三條主線進行培養(yǎng)，將科學(xué)精神、能力實踐、專業(yè)素養(yǎng)融入主線中。將教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)活動、教學(xué)評價和課程資源進行融合，從而能夠激發(fā)教師尋找課程內(nèi)容切入點，通過教學(xué)實踐反思自身教學(xué)育人存在的問題。

2.3 構(gòu)建以“芯片為主，人文為輔”的多層次動態(tài)化課程素材

研究針對程序設(shè)計基礎(chǔ)課程內(nèi)容的內(nèi)容設(shè)計了相應(yīng)的課程教學(xué)素材，見圖1。設(shè)計以程序設(shè)計知識難易程度不同階段進行分類，以“芯片”為主要核心點，以相關(guān)芯片的人物和事件為案例對象，構(gòu)建以芯片研究和芯片應(yīng)用為主的多層次教學(xué)素材，在程序設(shè)計知識點初級階段，課程主要講解順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、數(shù)組、函數(shù)等知識點，同時將“兩彈一星”“雜交水稻”“360安全軟件”“五一勞動獎?wù)芦@得者事跡”“錢學(xué)森回國”“楊振寧回國”“孟晚舟事件”“王陽明知行合一”等作為素材，在程序設(shè)計知識點中級階段，我們學(xué)習(xí)搜索算法、動態(tài)規(guī)劃、查找算法、圖論算法、啟發(fā)算法，同時將“中國量子通信技術(shù)研制”“中國航天載人天宮項目”“中國高鐵”“阿里云平臺上線”“浙江省程序設(shè)計競賽”“亞洲區(qū)ACM-ICPC 程序競賽”作為素材，在程序設(shè)計知識點高級階段，我們學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、概率推理、機器學(xué)習(xí)、決策理論、馬爾科夫鏈等知識，同時將“芯片光刻機”“華為麒麟操作系統(tǒng)”“華為5G通信設(shè)備”“阿里巴巴達摩院”“獨角獸芯片工作”“臺積電工廠搬遷美國”等作為素材。通過不同的程序設(shè)計的知識點和對應(yīng)的素材，完成從國家層面到個人層面的全覆蓋積累，培養(yǎng)學(xué)生具有國家榮譽感，民族使命感以及學(xué)生的奮斗精神，提高學(xué)生的自信心和自豪感。同時不斷更新相關(guān)內(nèi)容，同時為教師授課提供多元化的教學(xué)課程素材案例。

2.4 探尋“分層次、多模塊、開放式”程序設(shè)計課程建設(shè)路徑

程序設(shè)計課程培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的高素質(zhì)應(yīng)用人才為目標(biāo)，實行分層次、多模塊、開放式的教學(xué)建設(shè)模式。在層次方面，我們將程序設(shè)計課程的特點和社會對于人才培養(yǎng)的要求，按照層次遞進的思想分為認(rèn)知設(shè)計、技能設(shè)計、綜合設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計四個不同的層次，實現(xiàn)課程內(nèi)容學(xué)習(xí)的層層遞進；在課程模塊方面，我們根據(jù)每個層次的培養(yǎng)目標(biāo)對應(yīng)不同的課程模塊，比如在認(rèn)識設(shè)計中對應(yīng)的程序設(shè)計了解，程序文化體驗和程序意識培養(yǎng)，在技能設(shè)計中對應(yīng)程序過程參與、程序素質(zhì)培養(yǎng)和程序能力提升，在綜合設(shè)計中對應(yīng)復(fù)雜問題解決，團隊合作溝通和項目開發(fā)管理，在創(chuàng)新設(shè)計中對應(yīng)創(chuàng)意創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、競賽能力鍛煉和職業(yè)道德權(quán)利，而在課程價值方面，認(rèn)知設(shè)計對應(yīng)安全意識、紀(jì)律觀念、工作態(tài)度和愛崗敬業(yè)，技能設(shè)計對應(yīng)精益求精、追求卓越和精雕細(xì)琢，綜合設(shè)計對應(yīng)質(zhì)量意識、勇于鉆研、敢于創(chuàng)新和責(zé)任擔(dān)當(dāng)，創(chuàng)新設(shè)計對應(yīng)創(chuàng)新意識、創(chuàng)業(yè)意識和工程倫理，通過這樣的設(shè)計我們達成了塑造學(xué)生人格、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力和引導(dǎo)學(xué)生價值觀的課程目標(biāo)。

2.5 圍繞“學(xué)思踐悟”和“知心合一”構(gòu)建課程實施

1）課前導(dǎo)學(xué)階段：本課題以問題驅(qū)動的方式引導(dǎo)教師和學(xué)生進行學(xué)習(xí)。首先，教師“課前導(dǎo)學(xué)卡”設(shè)定程序設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)目標(biāo)要求，其次，針對不同難度知識點內(nèi)容選擇對應(yīng)的結(jié)合案例元素結(jié)合到學(xué)習(xí)資料中，最后，設(shè)定不同的話題引導(dǎo)學(xué)生進入線上網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺進行學(xué)習(xí)，完成學(xué)生對于課程內(nèi)容的預(yù)習(xí)和興趣的引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的優(yōu)良意識，使得學(xué)生達到主動“學(xué)”的目標(biāo)。

2）課中互學(xué)階段：教師根據(jù)程序設(shè)計課程內(nèi)容的不同利用PBL、BOPPPS、翻轉(zhuǎn)課堂等多種課堂模式，結(jié)合豐富的“教學(xué)案例卡”講解程序設(shè)計知識點，借助搭建的虛擬教室開展情境教學(xué)，利用VR、AR、MR等新數(shù)字技術(shù)展示課程內(nèi)容及案例，從視覺、聽覺、觸覺多方面挖掘了學(xué)生求知欲望，培養(yǎng)了學(xué)生探索求知精神，使得學(xué)生達到主動“思”的目標(biāo)。

3）課后研學(xué)階段：課后練習(xí)和課后反思是進一步實踐程序設(shè)計學(xué)習(xí)效果的重要部分，一方面，本課題采用任務(wù)驅(qū)動的方式，教師將課后練習(xí)任務(wù)與之適配的課程知識專題網(wǎng)絡(luò)視頻一起發(fā)布在課后學(xué)習(xí)的線上學(xué)習(xí)平臺中，促使學(xué)生進行有目的進行任務(wù)實踐，并利用平臺展示實踐結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生自力更生、勤奮踏實的精神，使得學(xué)生達到主動“踐”的目標(biāo)；另一方面，教師通過線上平臺深入了解學(xué)生學(xué)習(xí)之惑，思想之惑，精準(zhǔn)把握學(xué)生訴求，反思課程教學(xué)在課程導(dǎo)入，課程展開和課程收尾中是否恰當(dāng)，學(xué)生在完成線上平臺課程評價后通過簡易的主觀表達方式—“課后反饋卡”完成對于課程效果的認(rèn)可和反思，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)思維、邏輯思維的能力，使得學(xué)生達到主動“悟”的目標(biāo)。

2.6 多元化程序設(shè)計基礎(chǔ)課程效果考核

1）考核原則多元化。課程評價關(guān)注學(xué)生縱向的自我發(fā)展，減少橫向比較，考核過程采用過程性評價、定性評價和發(fā)展性評價三大原則。在過程性評價中注重課程作業(yè)、任務(wù)小組、課堂展示及提問反饋等方式的評價方式，在定性評價中，教師根據(jù)學(xué)生平時上課中反饋的表現(xiàn)進行評價，在發(fā)展性評價中，教師對于課后學(xué)生接受的課程教育效果進行跟蹤，完成評價。

2）考核時間多元化。課程的教學(xué)效果往往需要一段時間的累積才能體現(xiàn)，因此，考核過程中設(shè)定的不同的時間點，收集在不同時間段考核結(jié)果，這樣最大限度保證課程考核的效果公平性、完整性、可靠性。

3）考核方式多元化。在傳統(tǒng)考核方式的基礎(chǔ)上，筆者嘗試提出“課賽平臺”“個人技能工作室平臺”“社會服務(wù)平臺”等多元化考核方式，這些考核方式重在培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，通過各級比賽、個人技能展示、社會服務(wù)等方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)考核成績，激發(fā)學(xué)生自信心、培育學(xué)生主動學(xué)習(xí)，自我研究的能力，提升學(xué)生參與社會責(zé)任感。

4）考核主體多元化。區(qū)別傳統(tǒng)的考核主體只有教師定結(jié)果的方式，程序設(shè)計課程的考核更加注意實踐效果考核，考核的主體除了專業(yè)課程的教師外，還包含技能名師、實踐導(dǎo)師、學(xué)業(yè)導(dǎo)師、企業(yè)導(dǎo)師等。

2.7 閉環(huán)式的程序設(shè)計課程建設(shè)

持續(xù)不斷建設(shè)是保證和推進程序設(shè)計基礎(chǔ)課程作用的關(guān)鍵。本課題從“師資人員建設(shè)→教學(xué)團隊建設(shè)→教學(xué)交流建設(shè)→教學(xué)品牌建設(shè)”進行閉環(huán)式課程建設(shè)。

1）師資人員建設(shè)。在一線教師的基礎(chǔ)上，還需要引入行業(yè)專家、企業(yè)專家、教育部門領(lǐng)導(dǎo)參與團隊建設(shè)。根據(jù)教師職稱、教學(xué)年齡、教學(xué)優(yōu)勢、教學(xué)課時、企業(yè)需求、政策制定等方面合理配置團隊人才建設(shè)梯隊。

2）教學(xué)團隊建設(shè)。對照課程建設(shè)任務(wù)，推進專題教學(xué)、在線教學(xué)、實踐教學(xué)、特色課程建設(shè);促進教研室、大師工作室、教學(xué)團隊融合，推進學(xué)科建設(shè)與教學(xué)建設(shè)一體化， 建立學(xué)校和教育部門、學(xué)校和企業(yè)，學(xué)校和行業(yè)的各級建設(shè)團隊，提升教師隊伍教育教學(xué)總體水平。

3）教學(xué)交流建設(shè)。通過邀請技能名師為團隊的教師進行培訓(xùn)，傳授課程授課方法，通過各級教學(xué)比賽的方式幫助團隊教師認(rèn)清與其他教學(xué)團隊的在課程教學(xué)中的差距，通過參加會議了解當(dāng)前最新的教學(xué)研究的結(jié)果，學(xué)習(xí)反映效果較好的教學(xué)案例應(yīng)用到課程教學(xué)中，從根本上提升課程老師的教學(xué)組織能力和實施能力。

4）教學(xué)品牌建設(shè)。組織團隊成員申報各類教學(xué)改革課題和撰寫發(fā)表論文，促進老師深化課程教學(xué)改革、加強探索課程內(nèi)在規(guī)律，從而獲得課程教學(xué)的滿足感和收獲感，豐富現(xiàn)有教學(xué)研究成果，同時形成相關(guān)教學(xué)成果進行報道和經(jīng)驗推廣，形成自己的教學(xué)品牌特色，為今后進行更高級的課程研究打下前期基礎(chǔ)。

3 課程改革效果

為了進一步說明課程的改革效果，研究團隊對教師和學(xué)生分別發(fā)放了調(diào)查問卷。在教師方面，研究團隊選擇了本校的5位老師和外校的5位老師對此方案進行了評估，其中本校的老師主要采用這種課程改革方法，外校的5位老師以本校課程設(shè)計實際情況穿插該方法。在調(diào)查內(nèi)容為“該方法是否符合當(dāng)下課程改革的目標(biāo)”時，結(jié)果如圖2所示。在調(diào)查內(nèi)容為“該課程以芯片作為背景，是否與程序設(shè)計課程具有較好的相關(guān)系”時，結(jié)果如圖3所示。在調(diào)查內(nèi)容為“該課程構(gòu)建的素材庫是否符合課程的內(nèi)容”時，結(jié)果如圖4所示。在調(diào)查內(nèi)容“該課程的設(shè)計思路是否恰當(dāng)”時，結(jié)果如圖5所示。在調(diào)查內(nèi)容為“程序設(shè)計課程建設(shè)路徑是否認(rèn)同”時，結(jié)果如圖6所示。在調(diào)查內(nèi)容為“程序設(shè)計課程實施方案是否認(rèn)同”，結(jié)果如圖7所示。

在學(xué)生方面，研究以本校的2個班共100名學(xué)生作為調(diào)查對象，在調(diào)查內(nèi)容為“你覺得采用芯片作為課程引入的背景是否具有新穎性”時，結(jié)果如圖8所示，在調(diào)查內(nèi)容為“你在使用課前導(dǎo)學(xué)卡、課中案例卡、課后反饋卡的時候，是否適應(yīng)？”時，結(jié)果如圖9所示，在調(diào)查內(nèi)容為“多維度的考核是否對你有利”時，結(jié)果如圖10所示。從學(xué)生的結(jié)果來看，90% 的學(xué)生對本文提出的建設(shè)思路比較認(rèn)同，接近10% 的同學(xué)提出了更好的解決思路。

4 結(jié)束語

課程改革是教學(xué)領(lǐng)域中重要的組成部分，通過本文的課程改革的創(chuàng)新與實踐取得了一定的研究成果，下一步，我們將繼續(xù)開展有關(guān)程序設(shè)計課程的改革的討論和分析，不斷探索課程改革的深度。

【通聯(lián)編輯：朱寶貴】

基金項目：浙江省高職教育“十四五”第一批教學(xué)改革項目——“不忘初‘芯，筑夢前行”背景下計算機專業(yè)程序設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)創(chuàng)新與實踐研究”（課題編號：jg20230217）