普通本科程序設(shè)計(jì)課程的泛在學(xué)習(xí)應(yīng)用研究

鄭秋生，王 璐，王文奇，劉鳳華，夏敏捷

（中原工學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院，河南 鄭州 450007）

0 引 言

程序設(shè)計(jì)課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，對學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)發(fā)展和就業(yè)都具有極為重要的意義，因此其教學(xué)質(zhì)量非常關(guān)鍵，關(guān)于教學(xué)模式和教學(xué)方法的研究和探討也一直吸引著各級教學(xué)人員的極大關(guān)注?？傮w而言，各種教學(xué)模式主要圍繞兩類：以培養(yǎng)計(jì)算思維為導(dǎo)向或者以培養(yǎng)應(yīng)用實(shí)踐能力為導(dǎo)向。具體教學(xué)方法上，可以劃分為案例分析法、演示教學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法以及最近出現(xiàn)的慕課（MOOC）翻轉(zhuǎn)教學(xué)法等[1]。這些方法各有特點(diǎn)，對提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)質(zhì)量都起到了重要的作用。各種方法也都有一些共通的地方，主要目的還是提高學(xué)習(xí)興趣，力爭讓課堂更有趣、更貼近實(shí)踐（有用）。但大部分方法未對學(xué)生層次進(jìn)行更為精細(xì)的劃分：哪些學(xué)生適合興趣引導(dǎo)？哪些學(xué)生適合嚴(yán)格督促？

普通本科院校學(xué)生的高考成績較一般，學(xué)習(xí)習(xí)慣、理解問題的能力以及精英意識與強(qiáng)校學(xué)生相比有一定的不足。通?？梢詫W(xué)生劃分為三大類：一類是能力較強(qiáng)、主動(dòng)性較好的學(xué)生；一類是能力一般、學(xué)習(xí)愿望較強(qiáng)、需要幫助和推動(dòng)的學(xué)生；一類是自我控制能力很弱、容易受干擾而在學(xué)習(xí)上投入極少的學(xué)生。筆者經(jīng)常思考的問題是：如何讓能力強(qiáng)的學(xué)生更能發(fā)揮？如何推動(dòng)第二類向第一類靠近？如何降低第三類學(xué)生的比例，讓更多的學(xué)生對程序設(shè)計(jì)感興趣？

泛在學(xué)習(xí)模式不僅強(qiáng)調(diào)個(gè)體享受無時(shí)無處不在的學(xué)習(xí)服務(wù)，更強(qiáng)調(diào)個(gè)體學(xué)習(xí)的差異和情境，為網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間的創(chuàng)新應(yīng)用提供了良好的視角與契機(jī)[2]。另外，由于程序設(shè)計(jì)課程普遍壓縮學(xué)時(shí)，課內(nèi)實(shí)踐有限，更適用泛在教學(xué)模式。筆者針對普通本科院校學(xué)生特點(diǎn)，吸取了多種有益的泛在教學(xué)經(jīng)驗(yàn)[3-4]，明確提出以興趣和壓迫作為不同學(xué)生的教學(xué)模式，打破學(xué)習(xí)的時(shí)空局限，提高訓(xùn)練量和力度，通過隨時(shí)的更緊密的教學(xué)關(guān)系，為第二、三類學(xué)生提供更多幫助和鼓勵(lì)。這是泛在學(xué)習(xí)模式的實(shí)際應(yīng)用，也體現(xiàn)出了其核心優(yōu)勢。

1 以編程訓(xùn)練為中心的泛在學(xué)習(xí)模式

普通本科院校學(xué)生更關(guān)注就業(yè)，因此對程序設(shè)計(jì)課程大多數(shù)抱有較高的學(xué)習(xí)愿望，但學(xué)習(xí)能力和習(xí)慣有一定差異。因此，筆者根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，以加強(qiáng)編程訓(xùn)練為目標(biāo)，以興趣+逼迫作為驅(qū)動(dòng)，以多種互聯(lián)網(wǎng)手段作為輔助，為學(xué)生打造了跨越時(shí)空界限的豐富的泛在教學(xué)模式，見圖1。

1.1 打破時(shí)空界限，隨時(shí)隨地進(jìn)行編程訓(xùn)練

程序設(shè)計(jì)課程從根本上說是實(shí)踐型課程，只有盡可能多的訓(xùn)練才能提高編程水平，而正常課時(shí)有限，甚至有一定壓縮，教師只能增加課外上機(jī)時(shí)間，但也存在實(shí)驗(yàn)室不可用或者輔導(dǎo)時(shí)間有限等各種問題。

圖1 以編程訓(xùn)練為中心，綜合興趣與逼迫的泛在學(xué)習(xí)模式框架

ACM/ICPC競賽采用的在線判題系統(tǒng)（學(xué)生提交代碼后，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行并給出爭取與否的即時(shí)判決），為學(xué)生隨時(shí)隨地進(jìn)行代碼訓(xùn)練提供了很好的解決方案。很多高等院校都采用這種方式進(jìn)行C語言等程序設(shè)計(jì)課程的改革，并且取得了非常好的效果[5]。

只要有課余時(shí)間，學(xué)生就可以在宿舍、圖書館甚至家里進(jìn)行代碼練習(xí)。筆者從2008年參加河南省大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競賽開始，在ACM/ICPC競賽及網(wǎng)站建設(shè)方面積累了較多的經(jīng)驗(yàn)。因此，筆者采用在線判題系統(tǒng)作為泛在訓(xùn)練的手段。

1.2 既重視興趣培養(yǎng)，也兼顧部分能力一般學(xué)生的逼迫式學(xué)習(xí)

ACM/ICPC競賽形式比較適合能力較強(qiáng)的學(xué)生，能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，培養(yǎng)鉆研的學(xué)習(xí)習(xí)慣和興趣，但對于部分能力一般的學(xué)生而言，題目稍微有點(diǎn)難度就會造成畏難情緒，多次出錯(cuò)后會逐漸失去訓(xùn)練的動(dòng)力和興趣。另外，由于訓(xùn)練可以不在教師管理范圍內(nèi)，學(xué)生容易產(chǎn)生惰性甚至放棄。

鑒于此類情況，筆者將C語言課程以及C++課程都改成了ACM/ICPC競賽形式上機(jī)考試，即所有題目設(shè)計(jì)為程序?qū)崿F(xiàn)題，利用在線判題系統(tǒng)支持代碼提交及即時(shí)判決，從而逼迫有畏難情緒的學(xué)生通過請教、討論等方式多做題，客觀上增加了學(xué)生的訓(xùn)練力度。

1.3 隨時(shí)隨地進(jìn)行閱讀和學(xué)習(xí)

慕課（MOOC）教學(xué)是近幾年教學(xué)改革的重點(diǎn)，筆者也建立了自己的慕課課程，將各章知識點(diǎn)碎片化，將多種調(diào)試方法做成視頻發(fā)布和監(jiān)督學(xué)習(xí)。此外，通過慕課系統(tǒng)發(fā)布和搜集作業(yè)，監(jiān)督學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度，采用翻轉(zhuǎn)課堂的方法做了3～4期的示范教學(xué)。

1.4 利用互聯(lián)網(wǎng)工具保持教學(xué)緊密聯(lián)系

為了給學(xué)生學(xué)習(xí)和訓(xùn)練提供更多的幫助，筆者建立了程序設(shè)計(jì)討論的QQ群，邀請ACM/ICPC競賽訓(xùn)練隊(duì)的學(xué)生作為助手，負(fù)責(zé)隨時(shí)解答學(xué)生關(guān)于ACM競賽類型題目以及語言本身的各種問題。通過這些方式，教師與學(xué)生的聯(lián)系已不僅僅是專門的課堂或課后答疑時(shí)間，而是隨時(shí)隨地交流和討論。

2 程序設(shè)計(jì)課程的泛在學(xué)習(xí)模式實(shí)踐

2.1 在線判題系統(tǒng)（OJ, Online Judge）

訓(xùn)練系統(tǒng)基于NUAA的開源系統(tǒng)構(gòu)建，題目設(shè)計(jì)主要為教材課后習(xí)題，并部分參考了杭州電子科技大學(xué)OJ和鄭州輕工業(yè)學(xué)院OJ的簡單題目，適合跟隨教學(xué)進(jìn)度進(jìn)行訓(xùn)練，部分題目列表見圖2。

圖2 在線判題系統(tǒng)的題目列表

系統(tǒng)除了自動(dòng)判題，還包含排名、統(tǒng)計(jì)等很多功能。特別是排名，對提高學(xué)生興趣起到了很大的作用，也出現(xiàn)了很多學(xué)生刷題直至凌晨的情況，見圖3。當(dāng)然為了學(xué)生健康，筆者還是對學(xué)生進(jìn)行了勸導(dǎo)。

2.2 慕課MOOC

MOOC教學(xué)系統(tǒng)是學(xué)校與超星公司合作開發(fā)的，包含教學(xué)視頻、作業(yè)、考試、討論等諸多內(nèi)容。C++課程的MOOC系統(tǒng)首頁及學(xué)習(xí)情況統(tǒng)計(jì)見圖4、圖5。MOOC系統(tǒng)主要用于課前課后的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)以及翻轉(zhuǎn)課堂（數(shù)組部分），在學(xué)生自主和隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)方面起到了重要作用，也對課后訓(xùn)練起到了很好的支撐作用。

圖3 在線判題系統(tǒng)的用戶排名及投送情況

圖4 MOOC系統(tǒng)的首頁

圖5 MOOC系統(tǒng)中學(xué)生登錄學(xué)習(xí)的情況統(tǒng)計(jì)

2.3 交流群

為及時(shí)跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)情況，及時(shí)聽取反饋和回答問題，保證課后隨時(shí)隨地交流，筆者為15級、16級學(xué)生建立了C/C++學(xué)習(xí)訓(xùn)練的QQ群。

不僅教師和學(xué)生可以交流，群中加入了校ACM競賽訓(xùn)練隊(duì)員以及部分高年級學(xué)長，在學(xué)生學(xué)習(xí)訓(xùn)練過程中提供了強(qiáng)有力的輔助。一旦經(jīng)過初期的適應(yīng)，同級學(xué)生之間的交流討論更加頻繁和緊密，其效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了單一的教師答疑。

2.4 強(qiáng)迫措施（機(jī)試）

部分學(xué)生自我控制力較弱，易受游戲、手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)電影電視的影響。因此，只能通過不斷強(qiáng)化考試壓力，逼迫其轉(zhuǎn)向?qū)W習(xí)。

考試形式采用了ACM競賽同樣的系統(tǒng)，即必須投題準(zhǔn)確無誤才可得分，從而逼迫學(xué)生不得不練習(xí)。此外，為保證考試安全，筆者修改了開源ACM競賽代碼，加入了IP檢查、重復(fù)代碼檢測、生成多套試題、百分制分?jǐn)?shù)及考試結(jié)果導(dǎo)出等，使開放的ACM競賽平臺能夠適用于考試要求。圖6是計(jì)算機(jī)學(xué)院15級學(xué)生考試后的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。

圖6 機(jī)考結(jié)果的成績分布及分析

2.5 激勵(lì)措施（競賽）

為提高學(xué)生編程興趣、活躍學(xué)習(xí)氣氛，中原工學(xué)院每年針對全校各專業(yè)舉辦程序設(shè)計(jì)競賽。此外，還組織參加河南省大學(xué)生程序設(shè)計(jì)大賽、ACM/ICPC區(qū)域賽以及藍(lán)橋杯、CCF、CSP等，在帶動(dòng)學(xué)習(xí)興趣、鼓勵(lì)編程方面起到了明確的推動(dòng)作用。

3 教學(xué)效果檢驗(yàn)

3.1 評價(jià)量表及分析

程序設(shè)計(jì)類課程通常給人的印象是難學(xué)、枯燥，為此很多教學(xué)方法采用應(yīng)用驅(qū)動(dòng)、案例分析等，目的都是為了提高學(xué)習(xí)興趣。因此，筆者在設(shè)計(jì)檢驗(yàn)指標(biāo)時(shí)，著重考慮了學(xué)習(xí)興趣的影響，兼顧后續(xù)影響因素。其中，在設(shè)置學(xué)習(xí)興趣評價(jià)時(shí)，參考了王曉東[6]和鄧銳[7]的興趣量表，從課堂學(xué)習(xí)情緒、注意力、參與度、思維活躍度、課外交往能力5個(gè)方面[8]，選擇了10個(gè)條目（由于條目內(nèi)容完全來自上述2篇文獻(xiàn)，這里不再贅述。）。此外，在后續(xù)影響方面編制了4個(gè)條目以及2個(gè)調(diào)查問題（未列入統(tǒng)計(jì)）。所有條目采用李克特5點(diǎn)量表進(jìn)行評價(jià)。采取抽樣調(diào)查的形式，在計(jì)科、網(wǎng)絡(luò)、軟件3個(gè)專業(yè)，每專業(yè)抽30人，均勻分布于期末考試不同的成績范圍，見表1。

表1 教學(xué)效果評價(jià)量表之后續(xù)影響評價(jià)

評價(jià)統(tǒng)計(jì)結(jié)果中總得分超過50的人數(shù)達(dá)到73人，占到總樣本的81%左右，表明絕大多數(shù)學(xué)生在興趣和實(shí)際能力方面都達(dá)到了較好的效果，收獲了繼續(xù)編程的信心。

3.2 參加各類競賽項(xiàng)目

2015—2016學(xué)年一年級學(xué)生共參加校程序設(shè)計(jì)競賽、河南省程序設(shè)計(jì)競賽、ICPC區(qū)域賽以及CCF計(jì)算機(jī)軟件能力認(rèn)證等合計(jì)60多人次，獲得省賽三等獎(jiǎng)和ICPC區(qū)域賽現(xiàn)場賽資格（1隊(duì)）。此外，參加校內(nèi)各項(xiàng)目組進(jìn)行開發(fā)訓(xùn)練的學(xué)生達(dá)到50%以上。

4 結(jié) 語

為提高學(xué)生對程序設(shè)計(jì)類課程的興趣和實(shí)踐能力，筆者展示了應(yīng)用泛在式學(xué)習(xí)模式進(jìn)行在線訓(xùn)練、MOOC學(xué)習(xí)、討論群等方面的實(shí)踐。考慮到學(xué)生類型的因素，通過機(jī)考、競賽等進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。實(shí)踐結(jié)果表明，該策略組合有效提高了學(xué)生的興趣，促進(jìn)了廣泛的編程訓(xùn)練。當(dāng)然，該策略也存在諸如學(xué)生時(shí)間有限，如何分配時(shí)間進(jìn)行各項(xiàng)目學(xué)習(xí)的問題。這些都將在今后的實(shí)踐中繼續(xù)完善。

[1]丁海燕. 高級語言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)方法的分類與探討[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 9(5): 93-97.

[2]楊玉寶, 吳利紅. 泛在學(xué)習(xí)視角下網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間的創(chuàng)新應(yīng)用模式[J].中國電化教育, 2016(7): 29-35.

[3]王宏, 王萍. 基于泛在學(xué)習(xí)環(huán)境的主題探究學(xué)習(xí)案例設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].中國電化教育, 2016(10): 126-132.

[4]林曉凡. 一種提升學(xué)生21世紀(jì)技能的路徑:基于混合式移動(dòng)學(xué)習(xí)活動(dòng)的實(shí)證研究[J]. 中國電化教育, 2016(11): 39-44.

[5]吳舜歆, 梁寶蘭. OnlineJudge在C++程序設(shè)計(jì)課程實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].高教學(xué)刊, 2016(9): 164-167.

[6]王曉東. 算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)興趣影響因素分析[J]. 計(jì)算機(jī)教育, 2010(12): 73-76.

[7]鄧銳. 計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣量表設(shè)計(jì)與分析[J]. 現(xiàn)代計(jì)算機(jī), 2008(2): 117-119.

[8]牛虧環(huán). 學(xué)習(xí)興趣研究進(jìn)展分析[J]. 教育學(xué)術(shù)月刊, 2014(10): 33-36.