數(shù)智技術(shù)背景下C語言課程的教學設(shè)計與實施

摘要：本文針對C語言課程教學中存在的以教材為中心的教學內(nèi)容不能很好地促進工程思維能力培養(yǎng)、以教師為中心的教學方法不能很好地促進學生自主學習意識培育、以知識為中心的教學評價不能很好地促進學生能力的持續(xù)改進等問題，分析了數(shù)智技術(shù)背景下C語言課程教學設(shè)計的改進思路，介紹了遞進式教學目標、任務(wù)型教學內(nèi)容、探究式教學策略、參與式教學活動、多元化教學評價的具體設(shè)計，最后說明了教學實施效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)智技術(shù)；教學設(shè)計；C語言

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）23-0000-05

引言

隨著科技的進步和數(shù)字化的發(fā)展，教育領(lǐng)域迎來了前所未有的變革，國家相繼出臺了一系列政策文件?！吨袊逃F(xiàn)代化2035》提出“推進教育現(xiàn)代化的基本理念之一就是‘信息化引領(lǐng)構(gòu)建現(xiàn)代教育體系’”?！督逃?022年工作要點》提出“實施教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動”“加快推進教育數(shù)字轉(zhuǎn)型和智能升級”。黨的二十大報告進一步明確“實施科教興國戰(zhàn)略”和“推進教育數(shù)字化”。2024世界數(shù)字教育大會發(fā)布“人工智能賦能教育發(fā)展”倡議，旨在利用大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算等先進數(shù)字技術(shù)，通過搭建在線教育平臺、開發(fā)智能教學系統(tǒng)、利用虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實等技術(shù)手段，為教育提供全新的可能性，從而提升教育質(zhì)量和效率，促進教育公平，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和國際競爭力的人才。數(shù)智技術(shù)不僅改變了教育形式，更對教育理念、教學文化產(chǎn)生了深遠影響。[1]為了適應教育改革的新形勢，很多高校在如何引入數(shù)字化技術(shù)、人工智能技術(shù)實現(xiàn)傳統(tǒng)課堂向數(shù)字化教育轉(zhuǎn)型這一領(lǐng)域進行了探索和嘗試，高校課程的數(shù)字化教學不斷推廣，教學效果不斷改善，但是依然存在教學內(nèi)容與實踐貼合度不夠、學生探究式學習的參與度不深、考核評價機制的綜合度不廣以及專業(yè)知識與思政“兩張皮”現(xiàn)象等問題。

C語言程序設(shè)計課程教學現(xiàn)狀

“C語言程序設(shè)計”課程是筆者所在學校為電子類專業(yè)工程應用型人才培養(yǎng)所開設(shè)的大一新生專業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程集理論與實踐為一體，旨在為培養(yǎng)面向地方新興產(chǎn)業(yè)電子工程師的程序設(shè)計工程思維能力奠定基石，滿足新工科時代多學科融合的“工程實踐導向”要求，在課程體系中具有基礎(chǔ)性地位，在應用實踐中具有工程性特征，在崗位工作中具有工具性作用。以往的C語言程序設(shè)計教學普遍存在以下問題：

①教學內(nèi)容往往以教材為中心，不能很好地培養(yǎng)學生在崗位工作中急需的程序設(shè)計工程思維能力。選用的案例較多取材于教材提供的習題和練習等，低綜合度、去情境化、非工程性的學習任務(wù)居多，沒有形成理論與實踐一體的教學內(nèi)容，對程序設(shè)計工程思維能力的培養(yǎng)力度不夠。此外，教學內(nèi)容中的專業(yè)知識與思政元素存在“兩張皮”現(xiàn)象，沒有形成專思相容的教學內(nèi)容。

②教學方法往往以教師為中心，不能很好地培養(yǎng)學生在未來崗位的不斷升級中急需的終身學習態(tài)度和自主學習意識。學生在課內(nèi)外主要遵照教師預設(shè)的計劃進行被動式學習，缺乏趣味化學習途徑和個性化學習資源的有效牽引，自主思辨、合作交流、展示辯論等機會少，在面對新領(lǐng)域問題或復雜度較高的程序設(shè)計任務(wù)時，難以保持持續(xù)的學習動力，不利于自主學習意識的強化，難以滿足新時代卓越工程師應對程序設(shè)計工程技術(shù)快速迭代實現(xiàn)自我提升的需要。

③教學評價往往以知識為中心，不能很好地培養(yǎng)學生在未來職業(yè)發(fā)展中急需的可持續(xù)綜合能力。學生只關(guān)注自己的作業(yè)、期中考試等平時成績，無法了解自己在整個班級的位置，在課業(yè)學習上僅注重知識應用能力的提升，而忽視了交流合作、創(chuàng)新意識、服務(wù)意識和工程倫理等核心素養(yǎng)和價值取向的鍛煉。

為了有效解決上述教學問題，筆者認為C語言課程的教學設(shè)計需有效利用數(shù)智技術(shù)進行優(yōu)化，并遵循先進的教學理念，在教學目標設(shè)計上注重“育人為本”，在教學內(nèi)容設(shè)計上注重“成果導向”，在教學方法設(shè)計上注重“學生中心”，在教學考核設(shè)計上注重“持續(xù)改進”。

數(shù)智技術(shù)背景下的教學設(shè)計

1.育人為本的遞進式教學目標設(shè)計

①知識目標：學會用來解決新工科背景下工程實踐問題的專業(yè)知識，即精確區(qū)分數(shù)據(jù)類型、常量與變量、運算符及表達式等基礎(chǔ)性知識；清晰解釋三種程序結(jié)構(gòu)、數(shù)組、函數(shù)、指針等功能性知識的使用方法和應用場合；熟悉C語言開發(fā)工具調(diào)試的方法步驟。

②能力目標：具備解決新工科背景下實踐問題的工程思維能力，即能夠分析工程實踐復合性問題，形成問題分析思維；能夠針對實際問題進行算法建模，運用三種基本結(jié)構(gòu)和數(shù)組、函數(shù)等知識編寫程序解決問題，形成程序設(shè)計思維。

③素質(zhì)目標：塑造新時代卓越工程師的核心素養(yǎng)和價值取向，即面向社會需求和服務(wù)大眾的數(shù)字賦能意識，統(tǒng)籌程序設(shè)計工程的團隊協(xié)作精神，緊跟信息技術(shù)前沿的終身學習態(tài)度；樹立勇于探索的創(chuàng)新意識，涵養(yǎng)精益求精的工匠精神，遵守務(wù)實守信的工程倫理，勇挑科技報國的使命擔當。

2.成果導向的任務(wù)型教學內(nèi)容設(shè)計

C語言課程的知識點非?，嵥椋w了基本數(shù)據(jù)類型、變量與常量、運算符與表達式等基礎(chǔ)性知識和程序結(jié)構(gòu)、數(shù)組、函數(shù)、指針等功能性知識，課程知識體系如下頁圖1所示。

考慮到C語言語法規(guī)則多，尤其是對于純語法的基礎(chǔ)性知識，初學者通過純理論學習難以掌握，筆者在梳理課程知識體系的基礎(chǔ)上，將基本數(shù)據(jù)類型、變量與常量、運算符等基礎(chǔ)性知識分散地融合到“順序結(jié)構(gòu)”“分支結(jié)構(gòu)”“循環(huán)結(jié)構(gòu)”等相關(guān)模塊的學習任務(wù)中，并遵循“實踐—理論—實踐”的歸納型認知規(guī)律，按照“學習任務(wù)統(tǒng)領(lǐng)理論知識點學習+理論知識點指導學習任務(wù)實踐”的教學內(nèi)容構(gòu)建思路，設(shè)計一系列學習任務(wù)。任務(wù)編選的原則遵循以學生的成果產(chǎn)出為導向，聚焦卓越工程師崗位的程序設(shè)計工程思維和職業(yè)素養(yǎng)等綜合能力需求，根據(jù)新工科產(chǎn)教融合教學內(nèi)容構(gòu)建要求，從產(chǎn)業(yè)應用、生活應用等真實案例中提煉任務(wù)，遵循“兩性一度”原則，設(shè)計支撐情境化學習、個性化學習、探究式學習的任務(wù)型教學內(nèi)容，并結(jié)合數(shù)字化教學平臺，將系列學習任務(wù)呈現(xiàn)于線上。

以“自定義函數(shù)”教學內(nèi)容為例，筆者分別設(shè)計了能夠引領(lǐng)課堂深度參與探究學習的多類型任務(wù)，包括思政性導入任務(wù)、階梯性探究任務(wù)和高階性實戰(zhàn)任務(wù)。

①思政性導入任務(wù)。以華為“鴻蒙”操作系統(tǒng)的模塊化結(jié)構(gòu)案例作為情境導入，既融入思政元素，增強學生的民族自豪感和科技報國的使命擔當，又引出函數(shù)的模塊化功能特點、作用和應用場景，便于自然轉(zhuǎn)入本次教學主題。

②階梯性探究任務(wù)。包括“機器學習之Sigmoid函數(shù)”和“信息安全之密碼加密”兩個階梯性任務(wù)，同時也蘊含了豐富的思政元素，引導學生認識人工智能技術(shù)對提高生產(chǎn)率、促進人類社會進步的重要性，以及信息安全對國防安全的重要性，同時也提醒學生對人工智能在“信息欺詐”中的負面作用提高警惕，在技術(shù)發(fā)明和創(chuàng)新中要堅守工程倫理，并鼓勵學生利用信息技術(shù)防止信息泄露。

③高階性實戰(zhàn)任務(wù)。從大學生機器人競賽場景中提煉“購物機器人程序設(shè)計”的任務(wù)，承載了工程應用中的模塊化設(shè)計方法、步驟和理念等應用性知識，引導學生通過將復雜系統(tǒng)分而治之進行模塊化設(shè)計，實現(xiàn)程序設(shè)計工程思維能力培養(yǎng)和素質(zhì)目標達成。

上述教學內(nèi)容的設(shè)計，體現(xiàn)了目標遞進、知識遞進、任務(wù)遞進的三線并進交融，即以知識目標、能力目標、素質(zhì)目標達成為評價主線，以知識的循序漸進為信息主線，以任務(wù)的逐級遞進為訓練主線。

3.以學生為中心的探究式教學策略設(shè)計

充分利用數(shù)智平臺開展線上線下混合式教學，以任務(wù)為驅(qū)動組織學生進行參與式、探究式學習，最大程度地開發(fā)和展示學生的協(xié)作、設(shè)計和創(chuàng)新等工程思維能力，將“學練賽”混合貫穿于課前、課中、課后，打造具有“新鮮感、成就感、危機感，持續(xù)度、挑戰(zhàn)度、愉悅度”的“三感三度”課堂學習生態(tài)。例如，在“自定義函數(shù)”教學單元中，以華為“鴻蒙”系統(tǒng)情境案例導入觸發(fā)“學”的新鮮感，以代碼通過、積分獎勵等觸發(fā)“練”的成就感，以貫穿于課前、課中和課后全過程的“函數(shù)”任務(wù)排行榜觸發(fā)“賽”的危機感，以師生共建新的“函數(shù)”任務(wù)題庫強化“學”的持續(xù)度，以課中的“購物機器人”高階性學習任務(wù)和課后的拓展性學習任務(wù)強化“練”的挑戰(zhàn)度，以“函數(shù)”拓展任務(wù)的游戲闖關(guān)和同學PK等活動強化“賽”的愉悅度，從而提高學生在良性競爭氛圍中自主學習的積極性。教學過程中具體使用的教學方法如下。

①案例引入法：通過實際案例引導學生發(fā)現(xiàn)自定義函數(shù)的應用，并積極思考為什么要使用自定義函數(shù)，激發(fā)其學習自定義函數(shù)的興趣，促進知識目標和素質(zhì)目標達成。

②啟發(fā)設(shè)問法。在探究新知過程中，以問題為核心規(guī)劃學習內(nèi)容，讓學生帶著問題去尋求解決方案，促進問題分析思維能力達成。

③現(xiàn)場演示法。通過現(xiàn)場演示程序運行流程，讓學生理解自定義函數(shù)的執(zhí)行流程及參數(shù)的傳遞原理，促進系統(tǒng)優(yōu)化思維能力和知識目標達成。

④發(fā)現(xiàn)學習法。通過對“問題鏈”的探究，運用觀察、探究、思考、概括、歸納的方法體會自定義函數(shù)的實現(xiàn)和調(diào)用過程，促進問題分析思維能力達成。

⑤對比教學法。通過“新舊知識應用和方法使用”的過程和結(jié)果比較，造成強烈的效果比差，增強新知識建構(gòu)深度和實度，從而實現(xiàn)快速有效地更新認知結(jié)構(gòu)，促進高階性的知識目標達成。

⑥探錯糾錯法。通過“錯誤案例”的過程和結(jié)果呈現(xiàn)，激發(fā)學生追索錯誤根源的好奇心，在“步步探錯，步步糾錯”的對比中，強化新知識構(gòu)建深度和實度，從而快速有效地更新認知結(jié)構(gòu)，促進高階性的知識目標達成。

⑦任務(wù)驅(qū)動法。通過“任務(wù)”主線的活動展開，在“任務(wù)信息獲取、任務(wù)要求分析、任務(wù)方案制訂、任務(wù)代碼編寫、任務(wù)結(jié)果調(diào)試和評價”完整周期的驅(qū)動下訓練，達到“學做一體”，促進程序設(shè)計工程思維能力達成。

⑧合作學習法。通過組建異質(zhì)全體小組，開展小組討論、小組評價、小組協(xié)作任務(wù)等合作活動，促進團隊協(xié)作意識塑造。

4.數(shù)智平臺支撐的參與式教學活動設(shè)計

本課程依托的平臺為筆者所在教學團隊自主研發(fā)，集成了“資源建設(shè)”“個性學習”“智能評價”等功能，除了常規(guī)的課程資源建設(shè)與管理功能外，還增加了游戲闖關(guān)、同學PK等挑戰(zhàn)性功能，智能選題、同伴推薦等個性化資源篩選功能，抄襲檢測、積分獎罰等線上學風管理功能，體現(xiàn)了趣味性、挑戰(zhàn)性和智能性，為教學活動的有效開展提供了很好的技術(shù)支撐，為“三感三度”課堂教學生態(tài)的打造創(chuàng)造了有利條件。

以《自定義函數(shù)》一課為例，教學活動的設(shè)計借鑒BOPPPS教學流程，各個教學環(huán)節(jié)的具體活動內(nèi)容如下表所示。

5.數(shù)智融合的多元化教學評價設(shè)計

課程充分利用數(shù)智平臺的自動評判和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等功能，全程關(guān)注學生的學習動態(tài)和學習成果，從多個維度開展綜合評價。評價方式有線上評價和線下評價，評價環(huán)節(jié)既有階段、期中和期末，又有課前、課中和課后，構(gòu)成了“過程性評價+總結(jié)性評價”的評價體系[2]，如圖2所示。

考核評價不僅是對學生的階段性學習成果給予一個成績，更重要的是促進學生能力的持續(xù)改進，同時也為教師及時總結(jié)反思提供有力依據(jù)，因此，將考核評價結(jié)果及時反饋給師生至關(guān)重要，主要反饋方式有三種：①平臺對師生的自動反WbuQvO31D9jm0ox9RsUucUodePnIbjW8pXD22yUDEXY=饋；②教師對學生的人工定向反饋；③學生對教師的隨堂實時反饋。

教學效果

從平臺統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，學生線上人均做題量達到教師布置作業(yè)量的2倍以上，充分反映了該教學設(shè)計能夠培養(yǎng)學生的自主學習意識，課程綜合考核優(yōu)良率近60%，知識目標達成度高。“三感三度”課堂的打造能夠讓學生有充分的獲得感和成就感，從學生評教數(shù)據(jù)可見對課程教學滿意度高，在教務(wù)處組織的期末評教中，近三年學生對該課程的評價平均分達99.43分。大量結(jié)合實踐應用的學習任務(wù)的完成培養(yǎng)了學生的程序設(shè)計和工程思維等能力，也為他們后續(xù)在程序設(shè)計競賽、機器人競賽、電子競賽等學科競賽中取得優(yōu)秀成績奠定了基礎(chǔ)。學生在團隊練習賽、設(shè)計應用案例并解決等教學環(huán)節(jié)中也樹立了創(chuàng)新意識以及應用程序解決問題的數(shù)字賦能意識，并在程序調(diào)試和完善過程中培育精益求精的工匠精神，促進了素質(zhì)目標的達成。

結(jié)語

針對教育數(shù)字化要求，筆者立足C語言課程的基礎(chǔ)性地位，對課程教學進行了改進，在一定程度上解決了以教材為中心導致教學內(nèi)容與崗位綜合要求契合不夠緊密、以教師為中心導致教學方法與終身學習能力塑成匹配不夠精準、以知識為中心導致考核方式對學生綜合能力發(fā)展支撐不夠有力等問題，可為在數(shù)智技術(shù)背景下程序設(shè)計類課程的教學改革提供有益借鑒。

參考文獻：

[1]楊波，葛榮雨，王艷芳.數(shù)智技術(shù)賦能課程改革的價值意蘊、基本取向與實施路徑[J].中國大學教學，2024（06）：55-61.

[2]陳月芬，張石清，陳榮欽，等.基于OBE理念的“一云三合”課程教學探索[J].計算機教育，2023（10）：179-184.

第一作者簡介：陳月芬（1981—），女，浙江臺州人，碩士，講師，研究方向為模式識別。

基金項目：浙江省教育科學規(guī)劃課題“新工科背景下數(shù)字賦能應用型本科專業(yè)基礎(chǔ)課教學范式的創(chuàng)新與實踐”（2024SCG174）；浙江省2022年一流本科課程項目“C語言程序設(shè)計”（浙教辦函〔2022〕352號）；浙江省2022年課程思政示范課程項目“C語言程序設(shè)計”（浙教函〔2022〕51號）；臺州學院2021年教材研究專項課題（臺學院教發(fā)〔2022〕14號）。