基于PBL+SRS 模式的程序設(shè)計類課程教學(xué)改革

張睿萍，周雪燕，孔夢榮

（中原工學(xué)院 計算機學(xué)院，河南 鄭州 450000）

0 引 言

在目前由“互聯(lián)網(wǎng)+”向“智能+”轉(zhuǎn)變的時代，信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的快速發(fā)展，迫切需要新型工科人才支撐，要求面向未來布局新型工科專業(yè)，要求工程科技人才具備更高的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力，要求建立更加個性化多樣化的工程教育培養(yǎng)模式[1]。對各工科專業(yè)的計算思維能力及計算機應(yīng)用能力都有極大的要求，程序設(shè)計類課程可促使非計算機專業(yè)的工科學(xué)生將知識作為載體，掌握利用計算機來解決復(fù)雜工程問題的思想、方法和專業(yè)技能，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和終生學(xué)習(xí)能力。

PBL（project-based learning），以項目為驅(qū)動的教學(xué)方法，是提倡以學(xué)生為中心、以實踐式應(yīng)用為導(dǎo)向的教學(xué)模式。SRS（student response system），學(xué)生實時應(yīng)答系統(tǒng)，為目前北美從K12到大學(xué)各專業(yè)教育中被廣泛使用的一種教學(xué)手段，改進了第二代課堂相應(yīng)系統(tǒng)CRS 中對教室特殊硬件設(shè)備的依賴，僅需在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境支持下，可使用電腦、筆記本、智能手機等任意設(shè)備即可實施發(fā)起互動式教學(xué)進程。目前，大部分高校均實現(xiàn)了免費的WIFI 網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，滿足SRS 的教學(xué)基本需求，使得本教學(xué)模式可以得到更為廣泛的推廣和應(yīng)用。

1 各工科專業(yè)國內(nèi)教學(xué)實施現(xiàn)狀

計算機語言程序設(shè)計類課程，是培養(yǎng)理工科各專業(yè)學(xué)生計算思維的重要課程之一，該類課程實踐性強，程序設(shè)計的語法基礎(chǔ)易于理解和掌握，為信息技術(shù)與各專業(yè)的融合提供必要基礎(chǔ)。但在由理論基礎(chǔ)向?qū)崙?zhàn)應(yīng)用項目轉(zhuǎn)化時，傳統(tǒng)的教學(xué)模式很難給予有力支撐。如何采用新型教學(xué)手段及教學(xué)方法以達到優(yōu)化教學(xué)模式，使得課程的基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)、計算思維訓(xùn)練和實戰(zhàn)項目經(jīng)驗有機結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)造性思維和解決問題的能力，是新工科背景下高等教育模式和方法探索的一個重要方向。目前國內(nèi)高校的工科專業(yè)在程序設(shè)計類課程中，通常采用的教學(xué)法及其亟待解決的問題包括如下幾方面。

1.1 理論講解+上機練習(xí)

此傳統(tǒng)教學(xué)法過多地干涉了學(xué)生的學(xué)習(xí)進程及自主性，在理論講解時由于學(xué)生參與度不高而造成困倦走神，國內(nèi)高校學(xué)生大多不能積極主動提出問題，造成課堂反饋不夠及時，教師不能及時了解到學(xué)生對知識的理解和獲取情況。另外此教學(xué)法的實施與實際項目的聯(lián)系薄弱，造成實踐與理論脫節(jié)，使得學(xué)生不能建構(gòu)完整的知識體系，學(xué)生所學(xué)與企業(yè)所需產(chǎn)生偏差。

1.2 PBL 項目驅(qū)動教學(xué)法實施

項目驅(qū)動教學(xué)法，在目前的程序設(shè)計類課程教學(xué)中，通常由教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，按知識模塊或章節(jié)制定出難易適中的項目，然后由學(xué)生來完成項目的規(guī)劃和實施，最終實現(xiàn)某個目標或者解決某個問題。這種方法可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生的思維，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。但由于學(xué)生缺乏實際經(jīng)驗，在學(xué)習(xí)過程中仍然需要老師根據(jù)實際需求把握學(xué)習(xí)方向和學(xué)習(xí)目標，需要教師的引導(dǎo)和評價。因此增強有效溝通和建設(shè)健康評價體系是PBL 順利實施的基礎(chǔ)。

2 程序設(shè)計類課程改革目標

Banks 教授在“文化和教育的多元化”中指出，教育者們應(yīng)調(diào)整教學(xué)實踐以適應(yīng)多樣化的學(xué)生學(xué)習(xí)需求[2]。教育者應(yīng)為學(xué)生提供分享其觀點，交流其經(jīng)驗的機會，以促進學(xué)生主動參與課堂。因此，教師應(yīng)該鼓勵學(xué)生成為主動學(xué)習(xí)者并且采用一些創(chuàng)新的教學(xué)手段去促進學(xué)生學(xué)習(xí)[3]。

SRS，是在北美課堂中被廣泛使用的一種被認為可以顯著提升學(xué)生課堂專注度的教學(xué)方法。教師可以使用SRS 系統(tǒng)進行一系列的互動活動來促進學(xué)生學(xué)習(xí)，提升專注度和學(xué)習(xí)興趣。Socrative、Mentimeter、Kahoot等均是北美常用的SRS 實時應(yīng)答系統(tǒng)。此處以Socrative 為例，該系統(tǒng)分為教師端和學(xué)生端兩部分。教師在注冊Socrative 賬戶并登錄后，即可獲得一個全球唯一的ROOM 號，如圖1 所示，可發(fā)起測試（QUIZ）、團組競賽答題游戲（Space Race）以及投票（Exit Ticket），也可發(fā)起快速測試，如多選（MC）、判斷（TF）和簡答（SA）等題目類型。學(xué)生只需使用電腦或智能手機登錄學(xué)生端，輸入教師的ROOM 號，即可參與互動?；咏Y(jié)束后可以立即收集學(xué)生答案或課堂反饋并將結(jié)果顯示在教室投影屏幕上，這些教學(xué)活動有助于促進課堂內(nèi)同伴間的討論以及課堂反饋[4]，激活課堂氣氛。

因此在工科專業(yè)的程序設(shè)計類課程中采用基于PBL+SRS 的融合分組式項目驅(qū)動教學(xué)模式，是為了適應(yīng)未來工程領(lǐng)域?qū)⒃诳沙掷m(xù)發(fā)展、計算能力、跨學(xué)科合作的新趨勢。適應(yīng)新工業(yè)革命與工程發(fā)展的新趨勢，需要整合教育技術(shù)，采用多元化教學(xué)方法、多元化教學(xué)資源，促進生生互動、師生互動、實踐互動，從而培養(yǎng)新工科學(xué)生對知識的認知能力，團隊合作的人際交往能力以及為實現(xiàn)目標而應(yīng)具有的自省能力、終生學(xué)習(xí)能力等。

3 程序設(shè)計類課程改革內(nèi)容

針對工科專業(yè)學(xué)生的程序設(shè)計類課程所采用的教學(xué)模式，學(xué)?？梢劳幸延械腗OOC 資源、線上線下混合式教學(xué)經(jīng)驗，配合PBL+SRS 教學(xué)法的使用，將理論知識的學(xué)習(xí)向工程應(yīng)用能力進行轉(zhuǎn)化，改變傳統(tǒng)的上課、復(fù)習(xí)、考試的學(xué)習(xí)方法，將碎片化的知識點轉(zhuǎn)化為可以進行知識遷移的整體知識鏈，也為其他相關(guān)課程的教學(xué)方法提供參考和借鑒價值，并由此進行設(shè)計。具體改革內(nèi)容如圖2 所示。

圖1 Socrative 教師端界面

圖2 程序設(shè)計類課程教學(xué)模式改革內(nèi)容

3.1 基礎(chǔ)理論知識部分

PBL 教學(xué)法，需要學(xué)生面向項目，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，創(chuàng)新思維，這要求學(xué)生要有扎實的基礎(chǔ)理論知識。在計算機程序類課程中，通常各章內(nèi)容知識點清晰、邏輯性強，適合將其劃分為一個個獨立的小知識點，圍繞知識點進行教學(xué)方案的設(shè)計，制作并上傳各種視頻、微課、課件、習(xí)題等配套教學(xué)資源。

由教師根據(jù)教學(xué)預(yù)測，設(shè)計對知識點的個人考查內(nèi)容，重點針對各知識點的理解、應(yīng)用以及易混淆內(nèi)容設(shè)計題目及答案。在此部分題目設(shè)計過程中，要盡可能多地提升每個學(xué)生的課堂參與度，因此題型的設(shè)計應(yīng)降低主觀問答題型內(nèi)容，增加單項選擇、多項選擇以及判斷等題型內(nèi)容。

題目設(shè)計完畢后，由教師將內(nèi)容在所選擇的SRS 平臺上進行編輯整理，圖3 為使用Socrative平臺選擇Quiz 模式后編輯整理題目，并選擇Teacher Paced 發(fā)布模式在課堂上實時發(fā)布的相關(guān)設(shè)置，然后由學(xué)生現(xiàn)場登錄答題。測試或競賽游戲結(jié)果可以答題正確率或正確題數(shù)等不同形式直接顯示在投影屏幕上，對比直觀、高效，學(xué)生的參與感、浸入感強，可更強烈激發(fā)學(xué)生的求知欲，同時促使學(xué)生對相應(yīng)知識點的回憶和反思，此時加入教師點評，可促進知識的內(nèi)化吸收，使學(xué)生對知識點的理解更加透徹、深刻。通過SRS的在線答題，教師則可以實時獲得課堂教學(xué)效果反饋，了解學(xué)生所掌握知識的薄弱所在，重點講解、深入剖析，高效提升學(xué)生的基礎(chǔ)知識儲備。面對多元化的學(xué)生群體，對于主動外向型學(xué)生，積極鼓勵現(xiàn)場提問，對于被動內(nèi)向型學(xué)生，由SRS 平臺提供匿名提問支撐，逐步提升學(xué)生自信和參與意識，使知識和能力同步發(fā)展。

3.2 PBL 項目內(nèi)容的設(shè)計

以PBL 導(dǎo)向的課堂教學(xué)，側(cè)重以項目進行引導(dǎo)、貫穿整個教學(xué)活動始終。項目內(nèi)容設(shè)計可分為側(cè)重知識點應(yīng)用的小型應(yīng)用案例設(shè)計和側(cè)重實際應(yīng)用的工程項目設(shè)計。

小型應(yīng)用案例，由教師主導(dǎo)的課堂講授部分選擇經(jīng)典思維和算法進行，再有選擇地進行精簡課堂教學(xué)后，補充制作大量的應(yīng)用案例的屏幕操作錄制，學(xué)生可以自主選擇對經(jīng)典案例進行重復(fù)性學(xué)習(xí)，并根據(jù)自己的需求選擇其學(xué)習(xí)內(nèi)容，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，由案例引導(dǎo)激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)熱情。

側(cè)重實際應(yīng)用的工程項目，由教師根據(jù)知識重點、難點、結(jié)合實際應(yīng)用，提前設(shè)計好項目內(nèi)容，在課前進行發(fā)布，學(xué)生即可帶著問題開展相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，促使學(xué)生積極思考解決項目所應(yīng)用的知識范圍和應(yīng)用方法。工程項目的展開可采用分組團隊設(shè)計，但要加強生生、師生間的交流。為了解決班級人數(shù)過多的問題，強調(diào)小組間學(xué)生交流后的意見統(tǒng)一和匯總，教師主要解決小組存在的問題。團隊分組在課程初始時即可開始，每個小組建議為5～7 人，其中組長1 人，開發(fā)2～3 人，測試2～3 人，如果項目較大還可增加運維人員，均可根據(jù)個人興趣自由選擇。

圖3 Socrative 平臺Quiz 項的編輯及發(fā)布模式設(shè)置

在課堂上，教師在講解到項目相關(guān)內(nèi)容時，可根據(jù)不同項目內(nèi)容設(shè)計相應(yīng)問題，采用SRS的SA 模式進行現(xiàn)場發(fā)布。此部分問題為主觀問答題型，可每個項目組提供一個統(tǒng)一的回答，題目在SRS 平臺發(fā)布后，即在課堂上留出一定討論時間，由各小組針對本小組的項目內(nèi)容進行討論，充分交流達成共識后，選出一人將小組答案回答至SRS 平臺。教師掌控時間，預(yù)留時間即將結(jié)束時，提前提示學(xué)生，盡快取得共識回答問題。此部分教學(xué)內(nèi)容的實施即是在PBL 模式下采用分組討論、協(xié)作規(guī)劃制定項目實施方案，重視團隊合作、交流以完成項目的實施，使得學(xué)生可以從宏觀上認知和梳理整個知識脈絡(luò)，將理論知識轉(zhuǎn)化為工程應(yīng)用能力。

PBL 實訓(xùn)模擬，貫穿整個工程項目的始終，項目共分3 個階段：第1 階段，由教師模擬用戶提出項目需求，學(xué)生實現(xiàn)概念模型；第2 階段，由學(xué)生完成項目原型設(shè)計；第3 階段，項目的最終驗收。每個階段均進行一次系統(tǒng)驗收，每次驗收后根據(jù)教師提供反饋意見進行項目的修改和完善，在最后一次驗收時，由小組對項目進行總結(jié)答辯。

以中原工學(xué)院機械專業(yè)C 語言數(shù)組部分的教學(xué)為例，PBL 導(dǎo)向下的教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實施過程如下：①教師使用案例引導(dǎo)：任務(wù)描述，錄入班級學(xué)生某門課的平均成績，計算該科成績平均分，并統(tǒng)計超過平均分的學(xué)生人數(shù)；②學(xué)生分組討論：分析問題、分解任務(wù)、獨立編程實現(xiàn)；③學(xué)生編程過程中發(fā)現(xiàn)問題：用已學(xué)知識無法實現(xiàn)人數(shù)統(tǒng)計問題；④學(xué)生提出問題：需要同時保存多個成績數(shù)據(jù)，并最好使用同一名稱來實現(xiàn)數(shù)據(jù)存放；⑤教師引入數(shù)組概念，講解相關(guān)知識，學(xué)生完成程序設(shè)計；⑥教師使用SRS 發(fā)布問題，由學(xué)生完成解答，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)易出錯問題，如下標溢出問題等；⑦課堂結(jié)尾：教師引導(dǎo)提出新的問題，如何實現(xiàn)多門課成績的存放；⑧課后：學(xué)生實訓(xùn)闖關(guān)，鞏固所學(xué)，并分組討論課堂結(jié)尾所提問題，討論綜合實訓(xùn)中有無涉及相關(guān)知識點內(nèi)容，改進設(shè)計。

3.3 考核方式的設(shè)計

在此教學(xué)模式下，注重學(xué)生應(yīng)用計算機來解決實際工程問題能力的培養(yǎng)，因此其考核方式不應(yīng)局限于傳統(tǒng)的終結(jié)性評價，應(yīng)更加注重學(xué)生的形成性評價。據(jù)此，可將應(yīng)用此教學(xué)模式的程序設(shè)計類課程的考核分多次多形式進行。

具體考核內(nèi)容包括：①基礎(chǔ)理論知識的考核，此部分內(nèi)容可根據(jù)SRS 平臺中的知識點的測試數(shù)據(jù)及學(xué)生參與課堂活動的情況給出，如Socrative 平臺即可提供不同模式的測試報告；②PBL 導(dǎo)向下經(jīng)典計算思維方法和算法的掌握考核，此部分可根據(jù)學(xué)習(xí)進度設(shè)計階段性編程測試內(nèi)容，重點考查學(xué)生的程序設(shè)計能力和解決問題的思維能力；③PBL 導(dǎo)向下工程應(yīng)用項目的考核，此部分主要依據(jù)項目方案制定和實施情況，以及不同層次項目的完成情況。以中原工學(xué)院工科專業(yè)C 語言為例，PBL 教學(xué)模式下工程應(yīng)用選題在學(xué)期第4 周給出，由學(xué)生小組討論選題。項目的驗收在整個學(xué)期共進行3 次：第4-8周概念模型的實現(xiàn)，第8 周教師驗收并給出意見；第8-12 周原型設(shè)計，第12 周驗收并給出反饋；第12-18 周完成項目，其中第15 周中期檢查，第18 周最終驗收。3 次驗收成績比例分別為20%、20%和60%。在最后一次驗收時，由小組對項目進行總結(jié)答辯，項目評價成績由教師評價60%+小組互評30%+個人評價10%組成。④期末考核，重在考核學(xué)生的基礎(chǔ)編程能力，題型設(shè)置為全部編程題，題目設(shè)計覆蓋各章節(jié)內(nèi)容。

由于此教學(xué)模式重在持續(xù)提升學(xué)生的工程能力、合作精神以及持續(xù)的學(xué)習(xí)能力。因此，根據(jù)形成性評價的目的，由于不同學(xué)生間的個體差異，“為了激勵學(xué)生學(xué)習(xí)”“使學(xué)生獲得成就感，增強自信心”，將期末考核的成績比例設(shè)置為40%；提升形成性評價所占比重，其中基礎(chǔ)理論知識考核比例為10%，經(jīng)典的計算思維方法和算法的案例項目考核比例為20%，實際應(yīng)用項目考核為30%。由以上各項考核來綜合評價學(xué)生的知識掌握及工程轉(zhuǎn)化能力。

4 結(jié) 語

基于Web 的學(xué)生教學(xué)應(yīng)答SRS 系統(tǒng)提供了一種低成本投入的學(xué)習(xí)技術(shù)，能夠較好地提升課堂參與度和活躍度，而PBL 項目驅(qū)動的實施，無論對于學(xué)生還是教師都是巨大的挑戰(zhàn)，對學(xué)生的團隊合作交流能力，工程實踐能力都有較高的提升和要求?；赑BL+SRS 的新型融合分組式教學(xué)模式，使得教師作為課程中項目的組織者、引導(dǎo)者，從教學(xué)理念到綜合素質(zhì)均得到很大提升；使得學(xué)生調(diào)動學(xué)習(xí)能動性，縱深夯實、橫向拓展，提高學(xué)習(xí)成效，促進多元發(fā)展。因此，基于PBL+SRS 教學(xué)模式的實施無論對于教師，還是對于學(xué)生都有著重要的實踐意義。