民族院?；谥R圖譜的C程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)設(shè)計(jì)

摘要：針對民族院校C程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的教學(xué)困境，本研究創(chuàng)新性地采用知識圖譜技術(shù)，構(gòu)建了該課程的線上線下混合式教學(xué)方案。該方案立足實(shí)際教學(xué)需求，系統(tǒng)性地完成了以下改革：首先建立了以目標(biāo)為導(dǎo)向的四層模塊化課程體系，其次開發(fā)了分層分類的教學(xué)資源庫，同時(shí)創(chuàng)新性地提出了六步混合式教學(xué)模式，并配套設(shè)計(jì)了多元化考核評價(jià)機(jī)制。教學(xué)實(shí)踐驗(yàn)證表明，該方案能有效提升課堂教學(xué)質(zhì)量，顯著改善教學(xué)效果，為同類課程的數(shù)字化教學(xué)轉(zhuǎn)型提供了可復(fù)制的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：混合式教學(xué)；知識圖譜；C語言；民族院校；教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號：G642" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）19-0147-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)） 標(biāo)識碼（OSID）

0 引言

工程認(rèn)證強(qiáng)調(diào)“產(chǎn)出導(dǎo)向”，注重培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題與實(shí)踐創(chuàng)新的能力[1]。作為民族院校計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，C程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的目標(biāo)是讓學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的基本思想和方法，培養(yǎng)良好的編程規(guī)范和計(jì)算思維能力[2-3]，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。該課程的教學(xué)質(zhì)量直接影響民族院校專業(yè)的工程教育質(zhì)量。本文運(yùn)用知識圖譜技術(shù)，探討該課程的線上與線下混合教學(xué)改革，旨在提出一種有效的數(shù)字化混合式教學(xué)設(shè)計(jì)。

1 民族院校C程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)困境

民族院校的C程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程目前面臨多重困境，包括生源差異、認(rèn)知障礙、職業(yè)規(guī)劃缺失以及教學(xué)策略不足等問題，導(dǎo)致教學(xué)效果不佳，學(xué)生滿意度較低。

?學(xué)習(xí)動力不足，偏向被動學(xué)習(xí)?：大多數(shù)學(xué)生來自本省或周邊地區(qū)，數(shù)學(xué)和信息技術(shù)基礎(chǔ)相對薄弱。入學(xué)時(shí)，他們對計(jì)算機(jī)操作普遍不熟悉，對編程缺乏基本理解和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。由于缺乏職業(yè)認(rèn)知和明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，學(xué)生在學(xué)習(xí)C程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)時(shí)面臨較大的數(shù)字鴻溝。此外，他們在課程學(xué)習(xí)中缺乏有效方法，難以理解抽象概念，面對高強(qiáng)度的課程內(nèi)容時(shí)往往被動接受，導(dǎo)致主動參與度較低。

?教師教學(xué)理念滯后，方法單一?：作為計(jì)算機(jī)入門課程，C程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)涉及大量知識點(diǎn)，但多數(shù)教師仍沿用傳統(tǒng)教學(xué)方法，課堂內(nèi)容主要集中于語法講解，缺乏實(shí)際應(yīng)用訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生對知識的掌握停留在淺層。同時(shí)，教學(xué)資源通常只是簡單分類，缺乏系統(tǒng)性，學(xué)生在遇到問題時(shí)難以找到針對性的參考資料，容易產(chǎn)生畏難情緒。

?思政教育缺失與專業(yè)教育割裂?：課程教學(xué)設(shè)計(jì)普遍缺乏思政元素，未能體現(xiàn)工程師的社會責(zé)任。教師僅專注于語法講授，未能有效激發(fā)學(xué)生的家國情懷和職業(yè)倫理意識，導(dǎo)致專業(yè)教育與思政教育脫節(jié)。

2 基于知識圖譜的教學(xué)設(shè)計(jì)

為有效進(jìn)行C程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的課程改革，遵循新工科建設(shè)與工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)[4]，在深入分析該課程現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，本研究團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持“以學(xué)為中心，構(gòu)建師生學(xué)習(xí)共同體”的理念。構(gòu)建了涵蓋“知+會+創(chuàng)”的知識圖譜，探索出“引、講、演、踐、練、強(qiáng)”六步教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)了能力分層培養(yǎng)策略，分為以下幾個(gè)方面。

2.1 重構(gòu)課程內(nèi)容體系

重構(gòu)課程內(nèi)容體系：教學(xué)設(shè)計(jì)首先需要重構(gòu)內(nèi)容，避免依賴傳統(tǒng)教材的線性編排。改為“目標(biāo)導(dǎo)向的四層模塊化設(shè)計(jì)”，建立“語法→算法→應(yīng)用”的能力遞進(jìn)路徑，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)從被動學(xué)習(xí)向主動應(yīng)用的轉(zhuǎn)變。

1） ?基礎(chǔ)語法模塊?：整合基本數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算符等核心語法點(diǎn)。按知識點(diǎn)之間的連續(xù)性和完整性，構(gòu)建了包含“C語言基礎(chǔ)”“設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)”“高級應(yīng)用”三大模塊的課程知識圖譜，通過系統(tǒng)梳理知識點(diǎn)之間的關(guān)系，不斷調(diào)整知識點(diǎn)的粒度大小，將原有的127個(gè)知識點(diǎn)進(jìn)一步細(xì)化和調(diào)整，得到了一個(gè)包含225個(gè)知識點(diǎn)的圖譜結(jié)構(gòu)，較完整地展現(xiàn)了課程完整的知識脈絡(luò)，通過該模塊學(xué)習(xí)，學(xué)生對?基礎(chǔ)語法知識點(diǎn)的認(rèn)知達(dá)到記憶和理解的維度。

2） ?算法設(shè)計(jì)模塊?：是對知識點(diǎn)的高級應(yīng)用，是課程內(nèi)容理論與實(shí)踐應(yīng)用的結(jié)合。通過知識圖譜梳理知識點(diǎn)的前置、后置、關(guān)聯(lián)關(guān)系后，整理出和核心知識點(diǎn)相關(guān)的重點(diǎn)算法，如：“排序算法”“查找算法”“遞歸算法”“字符串處理”等掛接到知識點(diǎn)上，使學(xué)生對知識點(diǎn)的認(rèn)知能達(dá)到應(yīng)用和分析的維度。同時(shí)依托核心算法設(shè)計(jì)課程案例、實(shí)驗(yàn)任務(wù)、課后習(xí)題，從問題分析、算法設(shè)計(jì)、編程實(shí)現(xiàn)、延展學(xué)習(xí)等方面進(jìn)行全面探討，幫助學(xué)生清晰地掌握程序設(shè)計(jì)的思路與方法。依托案例驅(qū)動知識遷移，強(qiáng)化工程思維訓(xùn)練。

3） ?應(yīng)用模塊?：是對知識點(diǎn)的綜合運(yùn)用，我們?yōu)檎n程的每個(gè)章節(jié)都設(shè)置了應(yīng)用模塊，讓學(xué)生明確知識點(diǎn)的應(yīng)用場景，學(xué)會運(yùn)用所學(xué)知識去分析和解決實(shí)際問題。如在選擇結(jié)構(gòu)章節(jié)設(shè)置了“模擬快遞計(jì)費(fèi)”，在循環(huán)結(jié)構(gòu)章節(jié)設(shè)置了“模擬計(jì)算器”等項(xiàng)目，在課程最后還安排“校園運(yùn)動會管理”“校友信息管理”等綜合項(xiàng)目，通過實(shí)際項(xiàng)目的開發(fā)和實(shí)現(xiàn)，學(xué)生靈活運(yùn)用基礎(chǔ)知識，結(jié)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等學(xué)科交叉內(nèi)容來解決問題，全程參與項(xiàng)目完整開發(fā)流程，從需求分析、模塊劃分、算法設(shè)計(jì)到代碼實(shí)現(xiàn)和調(diào)試，通過這種工程化思維和開發(fā)流程的訓(xùn)練，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生的知識整合與應(yīng)用能力得到提升，學(xué)生的高階思維能力和創(chuàng)新能力也得到了提高。

4） 思政模塊：為了解決思政教育與專業(yè)教育割裂的問題，將思政元素有機(jī)地融入前面的三個(gè)模塊中。在基礎(chǔ)語法模塊重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)經(jīng)典數(shù)學(xué)問題與現(xiàn)代編程貫通，通過經(jīng)典數(shù)學(xué)問題如“百錢百雞”“楊輝三角”等問題求解，以程序語法嚴(yán)謹(jǐn)性為切入點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)代碼規(guī)范，?引導(dǎo)學(xué)生理解?邏輯嚴(yán)謹(jǐn)性?與?系統(tǒng)性思維?，強(qiáng)調(diào)?精益求精的工匠精神??。在算法設(shè)計(jì)模塊，將算法復(fù)雜度分析與?可持續(xù)發(fā)展觀?結(jié)合，在學(xué)習(xí)如“遞歸函數(shù)”“排序算法”等內(nèi)容時(shí)，通過案例演示，對比討論，上機(jī)驗(yàn)證，啟發(fā)學(xué)生探索規(guī)律，培養(yǎng)工程倫理意識。在?應(yīng)用模塊強(qiáng)調(diào)工程實(shí)踐中的責(zé)任教育，結(jié)合綜合項(xiàng)目的系統(tǒng)開發(fā)，通過數(shù)據(jù)的處理，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)安全，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神，強(qiáng)化社會責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

2.2 ?建設(shè)分層教學(xué)資源庫

建設(shè)分層教學(xué)資源庫：根據(jù)重構(gòu)的課程內(nèi)容，分層設(shè)置教學(xué)資源，包括基礎(chǔ)語法層、應(yīng)用實(shí)踐層與創(chuàng)新拓展層，確保學(xué)生在知識圖譜中有效學(xué)習(xí)。分層教學(xué)資源庫如圖2所示。

1） 基礎(chǔ)語法層：針對知識圖譜的結(jié)構(gòu)化學(xué)習(xí)，主要是按課程知識圖譜中的知識點(diǎn)設(shè)置學(xué)習(xí)資源。覆蓋變量定義、流程控制、函數(shù)調(diào)用等核心語法點(diǎn)，確保知識點(diǎn)關(guān)聯(lián)關(guān)系可視化呈現(xiàn)，核心語法點(diǎn)資料覆蓋率能達(dá)到95%以上。每個(gè)知識點(diǎn)配置「視頻講解（基礎(chǔ)概念） → 交互式課件（語法規(guī)則） → 分級習(xí)題（驗(yàn)證理解） 」三階段學(xué)習(xí)模塊，強(qiáng)化對基礎(chǔ)語法知識的掌握。在教學(xué)中教師通過分析知識點(diǎn)的平均掌握率和關(guān)聯(lián)點(diǎn)，動態(tài)調(diào)整和更新內(nèi)容，新增跨知識點(diǎn)的綜合習(xí)題。

2） 應(yīng)用實(shí)踐層：針對任務(wù)驅(qū)動的能力培養(yǎng)。這一層次對應(yīng)的學(xué)習(xí)資料有案例講解視頻、源碼分析、習(xí)題。通過完成配套案例講解與源碼分析后，設(shè)置任務(wù)點(diǎn)，通過闖關(guān)的形式，完成學(xué)習(xí)。

3） 創(chuàng)新拓展層：主要針對跨學(xué)科融合與前沿探索。設(shè)置綜合應(yīng)用項(xiàng)目開發(fā)實(shí)例、技術(shù)文檔、ACM題庫等。創(chuàng)新拓展層在于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.3 “引、講、演、踐、練、強(qiáng)”六步教學(xué)模式

“引、講、演、踐、練、強(qiáng)”六步教學(xué)模式：把教學(xué)劃分為六步，分別從教師和學(xué)生的角度出發(fā)，對每個(gè)教學(xué)步驟進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，明確了每一步的學(xué)習(xí)目標(biāo)，教學(xué)任務(wù)和學(xué)習(xí)任務(wù)。

1） 引：是對新知識點(diǎn)的引入和學(xué)習(xí)目標(biāo)的引導(dǎo)。每周通過學(xué)習(xí)通發(fā)布通知。通知包含本周所學(xué)核心知識點(diǎn)；本周預(yù)習(xí)任務(wù)；本章重點(diǎn)案例分析；需完成的課后作業(yè)。幫助學(xué)生理清知識結(jié)構(gòu)，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)。如在“結(jié)構(gòu)體”的學(xué)習(xí)章節(jié)學(xué)習(xí)中，分析案例“學(xué)生成績管理系統(tǒng)”的開發(fā)，引出語法學(xué)習(xí)目標(biāo)，讓學(xué)生思考編程與實(shí)際應(yīng)用開發(fā)的關(guān)聯(lián)，引出本章重點(diǎn)知識點(diǎn)結(jié)構(gòu)體類型、結(jié)構(gòu)體變量、結(jié)構(gòu)體數(shù)組、結(jié)構(gòu)體指針、結(jié)構(gòu)體與函數(shù)、類型定義等。

2） ?講：是對理論知識點(diǎn)的精講與編程邏輯的解析。按知識點(diǎn)之間關(guān)聯(lián)性組成對應(yīng)的?模塊化知識，結(jié)合知識圖譜標(biāo)注重點(diǎn)、難點(diǎn)、考點(diǎn)，采用遞進(jìn)式講解核心語法，講的重點(diǎn)放在知識點(diǎn)的應(yīng)用上。講的角色由單一的教師講授轉(zhuǎn)換到學(xué)生的參與，讓學(xué)生去分析，把自己對知識點(diǎn)的理解講出來。如在解決“求n！的階乘?！眴栴}時(shí)，可以運(yùn)用while、do-while、for三種不同的循環(huán)結(jié)構(gòu)來解決，教師重點(diǎn)講授三種循環(huán)使用的語法特點(diǎn)，采用對比教學(xué)法，讓學(xué)生分析三種不同的結(jié)構(gòu)處理問題的特點(diǎn)，使?抽象概念具象化，分析出不同循環(huán)結(jié)構(gòu)使用的場景，增強(qiáng)對編程語言的實(shí)際操作能力。

3） 演：是對知識點(diǎn)的應(yīng)用分析和問題求解過程的展示。教學(xué)中教師采用雙軌示范教學(xué)法，主軌道構(gòu)建嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹R體系，在課堂教學(xué)中教師演示從一個(gè)具體問題的提出，到問題的分解，數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)，函數(shù)的構(gòu)造，最后到代碼編寫的全過程，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維。帶領(lǐng)學(xué)生理清解題思路，演示標(biāo)準(zhǔn)代碼編寫流程。輔助軌道通過任務(wù)驅(qū)動強(qiáng)化工程能力，在代碼中植入典型語法錯(cuò)誤或邏輯錯(cuò)誤，引導(dǎo)學(xué)生使用調(diào)試工具定位并糾正錯(cuò)誤，掌握相應(yīng)的調(diào)試技巧。例如，在“學(xué)生成績管理系統(tǒng)”中實(shí)現(xiàn)修改學(xué)生成績時(shí)，教師演示如何定義結(jié)構(gòu)體類型、結(jié)構(gòu)體數(shù)組及相應(yīng)函數(shù)。在定義函數(shù)時(shí)，使用結(jié)構(gòu)體變量作為形參，讓學(xué)生觀察運(yùn)行結(jié)果。通過分析錯(cuò)誤是由于參數(shù)傳遞采用單向值傳遞造成，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識，將參數(shù)定義為指針或數(shù)組來解決問題，幫助學(xué)生掌握知識的綜合應(yīng)用。

4） 踐：是采用項(xiàng)目驅(qū)動的方式進(jìn)行任務(wù)攻關(guān)，目的是培養(yǎng)學(xué)生的編程能力。在實(shí)踐中，設(shè)計(jì)了三類分層任務(wù)。

第一類為基礎(chǔ)任務(wù)，根據(jù)每章的關(guān)鍵知識點(diǎn)設(shè)計(jì)任務(wù)，例如“求一個(gè)數(shù)的絕對值”任務(wù)，通過編寫簡單的代碼，學(xué)生可以更好地理解選擇結(jié)構(gòu)的概念，學(xué)會用不同的方法去解決同一個(gè)問題；“模擬計(jì)算器”任務(wù)，通過實(shí)現(xiàn)計(jì)算器基本的加減乘除功能，學(xué)生可以鞏固運(yùn)算符優(yōu)先級和輸入輸出操作。這些驗(yàn)證性任務(wù)以鞏固學(xué)生對應(yīng)知識點(diǎn)的語法基礎(chǔ)為目的。

第二類為進(jìn)階任務(wù)，通過知識點(diǎn)之間的聯(lián)系設(shè)計(jì)綜合性項(xiàng)目，如“設(shè)計(jì)猜數(shù)字游戲”，學(xué)生需要結(jié)合隨機(jī)數(shù)生成和循環(huán)控制等知識點(diǎn)；“文件管理系統(tǒng)”，學(xué)生需要掌握文件讀寫操作、數(shù)據(jù)存儲和管理等高級功能，這些進(jìn)階任務(wù)以提升學(xué)生的技能水平為目的，加強(qiáng)學(xué)生對知識點(diǎn)的綜合理解和應(yīng)用。

第三類為拓展任務(wù)，結(jié)合其他學(xué)科知識，開發(fā)實(shí)際項(xiàng)目，如“優(yōu)秀校友信息管理系統(tǒng)”，學(xué)生需要整合用戶界面設(shè)計(jì)、文件管理、數(shù)據(jù)查詢等多方面知識；其中還設(shè)置了開放性任務(wù)，鼓勵學(xué)生自主解決問題，這些拓展任務(wù)以培養(yǎng)學(xué)生的復(fù)雜問題分析能力和知識綜合運(yùn)用能力為目的。?

5） 練：是分層強(qiáng)化練習(xí)與動態(tài)調(diào)整相結(jié)合，在學(xué)習(xí)通平臺設(shè)置了課程題庫，按照布魯姆教育目標(biāo)分類學(xué)，將題庫分層對應(yīng)“記憶-理解-應(yīng)用-分析-評價(jià)-創(chuàng)造”的認(rèn)知層次，主要有三種類別的題目，分別是基礎(chǔ)題，提升題，綜合題。這種分層強(qiáng)化練習(xí)，學(xué)生可按自身學(xué)習(xí)進(jìn)度動態(tài)選擇題目，靈活安排學(xué)習(xí)計(jì)劃。教師根據(jù)系統(tǒng)平臺提供的數(shù)據(jù)可以了解學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)，發(fā)現(xiàn)常錯(cuò)知識組合，及時(shí)調(diào)整題庫內(nèi)容，確保教學(xué)效果最大化。

基礎(chǔ)題的難度系數(shù)控制在0.8～1.0（易） 之間，題型為填空題和選擇題。教師在出題時(shí)為每個(gè)題標(biāo)注了具體知識點(diǎn)和答案，幫助學(xué)生鞏固基礎(chǔ)知識。

提升題的難度系數(shù)在0.3～0.7（中） 之間，題型主要為程序填空、程序改錯(cuò)、算法設(shè)計(jì)，同樣教師為每個(gè)題標(biāo)注了關(guān)聯(lián)的知識點(diǎn)，并給出了題目的解析，學(xué)生答題后可以參看題目解析，以便理清思路，理解和應(yīng)用知識點(diǎn)。

綜合題主要是跨章節(jié)綜合項(xiàng)目開發(fā)，難度系數(shù)在0.1～0.2（難） 之間，涉及多個(gè)知識點(diǎn)的綜合運(yùn)用，題目設(shè)計(jì)貼近實(shí)際應(yīng)用場景，旨在培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新思維。

6） 強(qiáng)：是學(xué)生能力拓展與綜合素質(zhì)的持續(xù)提升。教師搭建了ACM題庫平臺，對學(xué)生進(jìn)行競賽輔導(dǎo)，鼓勵學(xué)生參與“挑戰(zhàn)杯”“藍(lán)橋杯”“中國機(jī)器人及人工智能大賽”等重要的學(xué)科競賽。借助學(xué)科競賽助力學(xué)生成長，為學(xué)生提供更多的學(xué)習(xí)和實(shí)踐機(jī)會，讓學(xué)生能夠展示自己的學(xué)習(xí)成果，體驗(yàn)到學(xué)習(xí)的成就感，達(dá)到明確未來的學(xué)習(xí)方向，幫助進(jìn)行未來的職業(yè)規(guī)劃的目的。

2.4 多元化評價(jià)體系設(shè)計(jì)

基于知識圖譜的混合式教學(xué)設(shè)計(jì)在教學(xué)評價(jià)上實(shí)現(xiàn)了多元化評價(jià)。在“過程性評價(jià)+終結(jié)性評價(jià)”的基礎(chǔ)上[5]，結(jié)合“線上學(xué)習(xí)評價(jià)+線下課堂評價(jià)”，綜合了教師評價(jià)、平臺數(shù)據(jù)、學(xué)生互評等數(shù)據(jù)，避免了單一主體評價(jià)的偏差，實(shí)現(xiàn)了對教學(xué)全流程的綜合性評價(jià)。

3 結(jié)束語

本研究通過將知識圖譜技術(shù)融入C程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的混合式教學(xué)設(shè)計(jì)，有效解決了民族院校在該課程教學(xué)中存在的實(shí)際問題。通過構(gòu)建以知識點(diǎn)為核心的課程體系、優(yōu)化資源配置、創(chuàng)新任務(wù)設(shè)置和完善綜合評價(jià)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了知識體系的系統(tǒng)化整合，既滿足了學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，又促進(jìn)了其專業(yè)發(fā)展，充分適應(yīng)了民族院校的混合式教學(xué)特點(diǎn)。未來研究將拓展至程序設(shè)計(jì)課程群的應(yīng)用探索，以推動更廣泛的教育教學(xué)改革。

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【通聯(lián)編輯：王力】