針對(duì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)方法探索

呂圣軍,趙建鋒,桂 婷

（浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院 信息工程學(xué)院，浙江 紹興 312030）

0 引 言

2016年,教育部高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)發(fā)布了《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》(簡(jiǎn)稱《要求》)?！兑蟆分赋?“計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”是大學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)系列中的核心課程,通過該課程使學(xué)生初步掌握程序設(shè)計(jì)的基本方法、編程技能與上機(jī)調(diào)試能力,并嘗試通過編程解決一些示例性的應(yīng)用問題(如數(shù)值計(jì)算、信息管理等)[1]。傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)課程基本上采用教室理論授課、機(jī)房上機(jī)實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行,人數(shù)多、課時(shí)少是制約教學(xué)效果嚴(yán)重的問題。由于學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣、理解能力以及實(shí)踐時(shí)間不足等,都會(huì)使學(xué)生喪失學(xué)習(xí)興趣,達(dá)不到《要求》的教學(xué)效果。

所謂“多層教學(xué)模式”,是指利用多種現(xiàn)代教學(xué)手段, 通過課前預(yù)習(xí)、課中演習(xí)、課后鞏固的方式提高教學(xué)質(zhì)量和效率。這種教學(xué)模式可以打破學(xué)習(xí)的時(shí)空限制,提高程序設(shè)計(jì)訓(xùn)練量和力度。利用該模式有以下優(yōu)勢(shì)。

1)貼近實(shí)戰(zhàn)的應(yīng)用型案例有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需要對(duì)理論型案例進(jìn)行改造,使其更加實(shí)用。因?yàn)橛杏?學(xué)生才會(huì)有更高的學(xué)習(xí)興趣,學(xué)習(xí)才能取得更高的效率。

2)精美的教學(xué)視頻能讓學(xué)生反復(fù)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)。

傳統(tǒng)課堂教學(xué)的時(shí)效性很強(qiáng),教師的教學(xué)不能反復(fù)觀看。因此,提前錄制教學(xué)視頻讓學(xué)生反復(fù)或者有選擇性地觀看是提高效率的好方法。

3)高效的評(píng)測(cè)軟件能極大減輕教師的工作強(qiáng)度,滿足基礎(chǔ)課教學(xué)需求。

批改作業(yè)、試卷,一直以來(lái)占用了教師的大量時(shí)間和精力,不適合通識(shí)課程、班級(jí)多的課程。評(píng)測(cè)軟件的應(yīng)用極大提高了效率和準(zhǔn)確度,教師可以空出時(shí)間去研究課程內(nèi)容和教學(xué)方法。

4)學(xué)習(xí)資料共享,建設(shè)良好的學(xué)習(xí)型生態(tài)環(huán)境。

通過教學(xué)群共享空間,存儲(chǔ)各種學(xué)習(xí)資料,方便學(xué)生的學(xué)習(xí),這是互聯(lián)網(wǎng)在教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)。課后習(xí)題在公布答案的時(shí)候,教師可以自己公布,也可以指定某個(gè)學(xué)生上傳自己的答案。學(xué)生提出的問題可以由教師回答,也可以由其他學(xué)生回答,這種方式無(wú)形中增加了學(xué)生思考的空間,極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,提高學(xué)習(xí)效率。

1 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)的“多層教學(xué)模式”架構(gòu)

教學(xué)模式、方法的研究和探討一直是各級(jí)教學(xué)人員關(guān)注的重點(diǎn)[2]?？傮w而言,目前以培養(yǎng)計(jì)算思維或者培養(yǎng)應(yīng)用實(shí)踐能力為主導(dǎo),在具體教學(xué)方法上,有案例分析法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、分層教學(xué)法以及新出現(xiàn)的慕課[3](MOOC)和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法等[4]。各種方法的主要目的是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,力爭(zhēng)課堂教學(xué)更加高效。然而,程序設(shè)計(jì)課程學(xué)時(shí)的不充足、大量訓(xùn)練的缺乏使得學(xué)習(xí)很難達(dá)到教學(xué)的要求。隨著學(xué)生人數(shù)的擴(kuò)大,教師更難對(duì)大量學(xué)生進(jìn)行細(xì)致的輔導(dǎo),因此強(qiáng)調(diào)課前、課中、課后的“多層教學(xué)模式”值得研究。在傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)之上,再借助互聯(lián)網(wǎng)工具為學(xué)生提供隨時(shí)隨地可以學(xué)習(xí)的資源、跨越時(shí)空的訓(xùn)練,以提高學(xué)習(xí)效率。 “多層教學(xué)模式”的架構(gòu)如圖1所示。

圖1 程序設(shè)計(jì)課程的“多層教學(xué)模式”

1.1 進(jìn)入企業(yè)征求需求，建立精準(zhǔn)教學(xué)案例

教學(xué)越有針對(duì)性,效果就越明顯。企業(yè)需求的征詢是應(yīng)用型人才培養(yǎng)不可或缺的一環(huán)。企業(yè)的需求反應(yīng)是市場(chǎng)的需求,一方面給教師提供教學(xué)案例,另一方面也能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。在這一環(huán)節(jié)中,教師的作用至關(guān)重要,既是整個(gè)活動(dòng)的策劃者,也是組織者。通過企業(yè)需求的征詢,結(jié)合計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn),形成針對(duì)性強(qiáng)的教學(xué)案例。然后,教師要改進(jìn)現(xiàn)有教材,修訂培養(yǎng)計(jì)劃、教學(xué)計(jì)劃、大綱、授課計(jì)劃等一系列教學(xué)環(huán)節(jié)。針對(duì)多人教授同一門課的情況可以采取教研組長(zhǎng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。通過企業(yè)走訪,一方面能讓學(xué)生了解企業(yè)當(dāng)前的現(xiàn)狀,看看哪些工作是將來(lái)喜歡的崗位,這些崗位需要哪些知識(shí),特別是程序設(shè)計(jì)類課程需要掌握哪些重點(diǎn)、難點(diǎn)等;另一方面,學(xué)生也可以向企業(yè)導(dǎo)師請(qǐng)教遇到的問題,開闊學(xué)生的視野。

1.2 配置教學(xué)資源，盡可能做到精準(zhǔn)

程序設(shè)計(jì)教材五花八門,適合應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的卻不多,無(wú)論選擇什么教材都不能一成不變,最好三年一改,讓教材也與時(shí)俱進(jìn),把企業(yè)的需求案例加入教材,一方面豐富教材內(nèi)容;另一方面貼近實(shí)際,使學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)更有興趣。配套的培養(yǎng)計(jì)劃、教學(xué)計(jì)劃這些主要根據(jù)學(xué)校的課時(shí)安排做適當(dāng)調(diào)整。目前,大多數(shù)學(xué)校的程序設(shè)計(jì)課程課時(shí)不足,但是要求并沒有降低,因此需要更加高效的教學(xué)方法和模式加入其中。課前時(shí)間的利用是提高教學(xué)效果行之有效的辦法,可以讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)教材,反復(fù)觀看教學(xué)視頻,提前掌握知識(shí),這樣課堂上就不用記憶基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)了。課堂上更多時(shí)間留給學(xué)生對(duì)知識(shí)的提煉、應(yīng)用。

1.3 積極配合各級(jí)教學(xué)改革項(xiàng)目，多做實(shí)事

從國(guó)家到省級(jí)再到市級(jí),各類教學(xué)改革項(xiàng)目反映了國(guó)家對(duì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重視。各級(jí)教學(xué)項(xiàng)目都有很具體的工作要求,對(duì)于成果也是有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)的。很多學(xué)校的核心課程建設(shè)就明確提出要錄制高質(zhì)量的教學(xué)視頻每學(xué)分120min以上、資源共享、建立評(píng)價(jià)體系等要求。與傳統(tǒng)課堂相比,網(wǎng)絡(luò)類的課程越來(lái)越顯示其優(yōu)越性:當(dāng)時(shí)聽懂、過后就忘,或者臨時(shí)開個(gè)小差錯(cuò)過了、后面銜接不上等缺點(diǎn)在新模式下統(tǒng)統(tǒng)沒有了。教學(xué)視頻需精心組織策劃,精簡(jiǎn)知識(shí)點(diǎn),錄制邏輯性、操作性、時(shí)序性比較強(qiáng)的視頻,供學(xué)生反復(fù)觀看。程序設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)方法,最初是從模仿開始的,然而程序設(shè)計(jì)步驟的連貫性、時(shí)效性,往往會(huì)使學(xué)生手忙腳亂,顧此失彼。這種情況嚴(yán)重打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,懷疑自己的學(xué)習(xí)能力。因此,從一開始就能夠讓學(xué)生成功的調(diào)試出程序,有助于學(xué)生學(xué)習(xí)成就感的培養(yǎng),也會(huì)極大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,增強(qiáng)其學(xué)習(xí)動(dòng)力。

1.4 加強(qiáng)教學(xué)交流溝通，架起知識(shí)橋梁

教學(xué)過程不是教師向?qū)W生的單向傳輸過程,必須包含重要的交流溝通。目前,國(guó)內(nèi)最為流行的交流軟件就是QQ和微信。如果把這些好的資源利用到教學(xué)中來(lái),當(dāng)然對(duì)提高效率大有幫助?？梢越Q學(xué)習(xí)群,讓任課老師和班長(zhǎng)做管理員。通過交流群,教師可以及時(shí)下發(fā)學(xué)習(xí)資料,學(xué)生也可以及時(shí)提出問題,群里的教師和學(xué)生都可能做出回答。目前手機(jī)QQ能夠輕松打開Word文檔、PPT講義等,學(xué)生通過下載,可以隨時(shí)隨地觀看,拓展了學(xué)習(xí)時(shí)域,提高了學(xué)習(xí)效率。微信公眾號(hào)也可以用于教學(xué),通過菜單或推送形式,把教學(xué)視頻地址、知識(shí)點(diǎn)講解等內(nèi)容推送給學(xué)生。再利用一些第三方插件,例如問卷星、易查分等建立調(diào)查表、在線測(cè)試等功能。

1.5 建立強(qiáng)針對(duì)性的題庫(kù)，加強(qiáng)學(xué)生的訓(xùn)練

程序設(shè)計(jì)是實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,有些學(xué)校以學(xué)生敲代碼的行數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度,也不是沒有道理的。教師應(yīng)該根據(jù)班級(jí)學(xué)生學(xué)習(xí)的具體情況,制作針對(duì)性強(qiáng)的題目加入題庫(kù),以供學(xué)生訓(xùn)練。題庫(kù)一般采用Online Judge(OJ)系統(tǒng),該系統(tǒng)的好處就是能夠及時(shí)地對(duì)學(xué)生的程序進(jìn)行反饋,以便學(xué)生能及時(shí)地修改程序,這對(duì)學(xué)生獨(dú)立調(diào)試程序是非常有幫助的。OJ系統(tǒng)大都采用網(wǎng)站的形式存在,只要電腦服務(wù)器是開著的,該系統(tǒng)就會(huì)提供24小時(shí)不間斷服務(wù),有助于學(xué)生抽出課外時(shí)間進(jìn)行程序練習(xí)。

1.6 采用上機(jī)考試的形式，檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)掌握的真實(shí)能力

傳統(tǒng)的考試大部分采用試卷形式,往往是程序?qū)懙牟煌暾材艿梅?這嚴(yán)重脫離了實(shí)戰(zhàn),OJ系統(tǒng)不會(huì)對(duì)不完整的程序給分。計(jì)算機(jī)閱卷的優(yōu)勢(shì)就在于程序代碼可能不一樣,但計(jì)算結(jié)果必須完全一致,否則是通不過測(cè)試的。這比較符合程序?qū)嶋H編寫中出現(xiàn)的不完全對(duì)的結(jié)果,是不能通過合格驗(yàn)收的實(shí)際情況。

2 程序設(shè)計(jì)課程的互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)模式實(shí)踐

2.1 教學(xué)視頻

筆者所在課題組于2015年開始建設(shè)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)教學(xué)網(wǎng)站,并部分參考北京大學(xué)OJ和杭州電子科技大學(xué)OJ的開發(fā)模式。教師錄制的部分教學(xué)視頻格式如圖2所示。

圖2 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)教學(xué)視頻格式

該系列視頻以網(wǎng)頁(yè)的形式存放在學(xué)校網(wǎng)站上,校園提供全覆蓋、免費(fèi)的Wifi,學(xué)生用手機(jī)、Pad或筆記本電腦可以直接登錄校園網(wǎng),可隨時(shí)隨地觀看。網(wǎng)頁(yè)分為兩部分:上部為教師錄制的教學(xué)視頻,主要講授程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)和演示編程操作案例,學(xué)生可以重復(fù)觀看,加強(qiáng)記憶;下部為本節(jié)課程的圖文講義,便于學(xué)生直觀地掌握結(jié)構(gòu)化程序的格式與程序流程,深化對(duì)知識(shí)的理解。網(wǎng)站24小時(shí)不間斷服務(wù),給學(xué)生提供學(xué)習(xí)的廣闊時(shí)空,畢竟學(xué)生每學(xué)期也不是只有程序設(shè)計(jì)一門課在學(xué)習(xí),課余時(shí)間也是寶貴的。

2.2 即時(shí)通訊軟件

建立計(jì)算機(jī)程序?qū)W習(xí)QQ交流群。該群的管理員是學(xué)校的教師和各班的班長(zhǎng),教師主要是下發(fā)或收集資料、回答疑問等;班長(zhǎng)主要是管理學(xué)生在群內(nèi)的言行,負(fù)責(zé)學(xué)生的各種活動(dòng)等。群共享中存有教師或者學(xué)生提供的學(xué)習(xí)資料,方便學(xué)生隨時(shí)獲取。

課題組建設(shè)了名為“程序設(shè)計(jì)輕松學(xué)”的微信公眾號(hào),具有教學(xué)服務(wù)、教學(xué)資源、真題測(cè)試3部分。教學(xué)服務(wù)菜單中,有問卷調(diào)查功能,設(shè)置該功能的主要目的是了解學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)了解的基本情況。另外,該菜單還具有請(qǐng)假登記、成績(jī)查詢、學(xué)校位置等輔助功能。教學(xué)資源菜單中,主要包含C語(yǔ)言視頻、筆試題目精講、機(jī)考題目精講3部分,另外還預(yù)留Java、Python兩個(gè)子菜單功能。真題測(cè)試部分是利用第三方軟件“問卷星”建設(shè)的在線測(cè)試系統(tǒng)。除此之外,還可以利用公眾號(hào)的推送功能把最近教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)及時(shí)推送給學(xué)生。

2.3 程序設(shè)計(jì)訓(xùn)練題庫(kù)

目前,課題組建設(shè)了在線測(cè)試系統(tǒng),該系統(tǒng)的題庫(kù)提供了C、Java、Python題型,其中以C程序設(shè)計(jì)為例,有220多道應(yīng)用型練習(xí)題。這些練習(xí)題都是放在校園網(wǎng)內(nèi)的教學(xué)網(wǎng)站上,由教師根據(jù)實(shí)際需求出的強(qiáng)針對(duì)性題目,可供同學(xué)們?cè)谛@內(nèi)任何網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方,使用筆記本電腦加以編寫、調(diào)試、修改、提交。學(xué)生通過學(xué)號(hào)注冊(cè),可以課內(nèi)實(shí)驗(yàn),也可以課外刷題。系統(tǒng)有自動(dòng)判題、排名、統(tǒng)計(jì)等功能,會(huì)對(duì)學(xué)生的代碼是否正確給出及時(shí)的分類提示,引導(dǎo)學(xué)生做出正確答案。提示包括語(yǔ)法錯(cuò)誤、編譯錯(cuò)誤、超時(shí)、答案錯(cuò)誤等,樣式如圖3所示。

圖3 OJ系統(tǒng)對(duì)學(xué)生練習(xí)題給出的檢測(cè)結(jié)果

學(xué)生根據(jù)OJ的提示,逐步修改自己得代碼,直到提交成功。

2.4 對(duì)學(xué)生所學(xué)知識(shí)給出合理化評(píng)價(jià)

課題組所提出的 “多層教學(xué)法”能否對(duì)教學(xué)起到幫助,合理化檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的水平是非常必要的。因此,強(qiáng)化考試壓力,對(duì)于部分自我控制能力不強(qiáng)的學(xué)生是行之有效的方法。OJ擁有高效的考試系統(tǒng),該系統(tǒng)帶有U盤封鎖,防止學(xué)生偷懶拷貝程序代碼;還可以通過IP地址、物理地址和學(xué)生學(xué)號(hào)綁定的方法,防止學(xué)生更換賬號(hào)代交代碼。當(dāng)然,機(jī)器畢竟不是人,考試過程還需要監(jiān)考老師巡視違紀(jì)情況。圖4所示為2017年4月13日機(jī)械班級(jí)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)評(píng)測(cè)情況。

圖4 C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)評(píng)測(cè)情況

從圖4中可以看出,在120min的時(shí)間內(nèi),OJ考試系統(tǒng)對(duì)學(xué)生的程序代碼給出了1 364次反饋,其中包括編譯錯(cuò)誤、超時(shí)、答案錯(cuò)誤等信息。在這么短的時(shí)間內(nèi),人工檢驗(yàn)是難以完成的,真正體現(xiàn)出互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的高效性。

3 課程方案的教學(xué)效果檢驗(yàn)

3.1 評(píng)價(jià)表量化分析

本方案所提出的教學(xué)方法是把學(xué)生的課外時(shí)間利用起來(lái),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的興趣,強(qiáng)化訓(xùn)練,合理化測(cè)評(píng)。該方案是否能夠?qū)W(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)有明顯的幫助,課題組參考文獻(xiàn)[5]中的學(xué)習(xí)興趣量表,設(shè)置了表1的評(píng)價(jià)指標(biāo),在已經(jīng)學(xué)過程序設(shè)計(jì)的學(xué)生中抽樣調(diào)查。

本調(diào)查的樣本分別選擇1年級(jí)和2年級(jí)的電子、自動(dòng)化、機(jī)械等專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行問卷,統(tǒng)計(jì)的人數(shù)數(shù)據(jù)見表1,對(duì)有效問卷人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后,認(rèn)為對(duì)掌握程序設(shè)計(jì)知識(shí)有幫助的學(xué)生數(shù)占82.3%;對(duì)提高學(xué)習(xí)興趣有幫助的有73.2%,這說明大部分學(xué)生認(rèn)為新方法在提高興趣和實(shí)際能力方面收獲較好的效果。

表1 教學(xué)效果評(píng)價(jià)表

3.2 對(duì)于參加各類水平級(jí)考試、競(jìng)賽的影響

通過對(duì)2017年秋省計(jì)算機(jī)等級(jí)考試的成績(jī)分析,C語(yǔ)言二級(jí)成績(jī)中,全院及格人數(shù)增加了63人。更加可喜的是,非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生報(bào)名參加ACM程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽的人數(shù)增加了4人。

4 結(jié) 語(yǔ)

為了加強(qiáng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)知識(shí)的掌握,筆者提出通過“多層教學(xué)法”,該方法從企業(yè)需求入手,修訂教材、大綱、計(jì)劃,錄制教學(xué)視頻。教學(xué)視頻的使用,彌補(bǔ)學(xué)生過后就忘的不足,強(qiáng)化了記憶;通過通訊軟件搭起教師和學(xué)生之間的無(wú)形的橋梁,及時(shí)答疑,加強(qiáng)溝通,提高效率;通過校園網(wǎng)的應(yīng)用型題庫(kù),給學(xué)生提供一個(gè)隨時(shí)隨地練習(xí)的環(huán)境,強(qiáng)化訓(xùn)練,提高技能;通過評(píng)測(cè)系統(tǒng)檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度,給出合理的評(píng)價(jià),體現(xiàn)公平。實(shí)踐證明,該方案能夠提高學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)興趣,促進(jìn)廣泛的編程訓(xùn)練,加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用,取得較好的教學(xué)效果。當(dāng)然,該方案也存在課程限制、難以推廣、學(xué)生課外時(shí)間有限等問題,這些都將在今后的實(shí)踐改進(jìn)中加以完善。