新工科背景下的程序設(shè)計語言課程教學(xué)研究

陳 亮，薛紀(jì)文，霍 煒

（西安工程大學(xué) 計算機(jī)科學(xué)學(xué)院，陜西 西安 710048）

0 引 言

程序設(shè)計語言課程是我國各大高校理工類專業(yè)開設(shè)的一門計算機(jī)基礎(chǔ)課程，其教學(xué)目標(biāo)是講授計算機(jī)軟件、硬件及應(yīng)用系統(tǒng)的基本理論、基本方法和基本技能，培養(yǎng)和提高學(xué)生的邏輯分析能力和解決實際工程問題的能力。傳統(tǒng)的程序設(shè)計語言課程教學(xué)過程習(xí)慣采用以教師為中心的“單聲道”教學(xué)模式，教學(xué)質(zhì)量評估主要以筆試為主，偏重于讓學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識，忽視實際的編程能力培養(yǎng)，國家新工科[1]背景下培養(yǎng)優(yōu)秀“卓越工程師”的需求無法得到滿足，因此對現(xiàn)階段的教學(xué)模式進(jìn)行改革成為研究重點。

1 程序設(shè)計語言課程教學(xué)存在的問題

程序設(shè)計語言課程主要講授程序設(shè)計語言的基礎(chǔ)知識，依照現(xiàn)階段的新工科背景，程序設(shè)計語言課程在教學(xué)方面主要存在4個方面的不足。

（1）課程學(xué)時嚴(yán)重不足。近年來我國高等院校大力提倡“卓越工程師”培養(yǎng)理念，要求全面提升學(xué)生在程序設(shè)計課程中的工程實踐能力，但由于實際教學(xué)中理論課時和實驗課時存在嚴(yán)重不足且分配不合理的問題，在傳統(tǒng)的授課方式下學(xué)生只能掌握基礎(chǔ)的程序設(shè)計知識和課本上有限的設(shè)計實例。

（2）教學(xué)方法不符合現(xiàn)階段培養(yǎng)目標(biāo)。傳統(tǒng)教學(xué)方法主要以教師課上講解基礎(chǔ)知識與課程設(shè)計實驗課為主，以學(xué)生被動學(xué)習(xí)+完成實驗為輔，導(dǎo)致學(xué)生在上機(jī)實驗時僅僅是對書本上現(xiàn)有的一些實例進(jìn)行編輯調(diào)試,調(diào)試成功就等同于完成課程任務(wù)。這種教學(xué)方法實際上只是讓學(xué)生掌握了一些程序設(shè)計的語法知識和調(diào)試技巧，達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生利用該程序設(shè)計語言對一個實際問題進(jìn)行自主分析問題和解決問題的能力。

（3）教學(xué)質(zhì)量考查方式不適用于新工科背景培養(yǎng)理念。目前程序設(shè)計課程的教學(xué)質(zhì)量檢查主要以學(xué)生的筆試考試+提交實驗報告形式為主，無法全面考核出學(xué)生對基礎(chǔ)知識的實際掌握情況和運用程序設(shè)計語言進(jìn)行編程的具體操作能力，導(dǎo)致學(xué)生的工程實踐應(yīng)用能力參差不齊且存在大面積的“高分低能”現(xiàn)象。

（4）缺少一流的互聯(lián)網(wǎng)線上資源。程序設(shè)計語言學(xué)習(xí)需要較強(qiáng)的邏輯思維能力和較扎實的數(shù)學(xué)功底，而學(xué)生基礎(chǔ)知識儲備方面存在差異，學(xué)習(xí)程序設(shè)計的進(jìn)度和效果不理想，引入一流的互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)資源對于學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課后輔導(dǎo)、答疑具有重要作用。

2 混合教學(xué)模式下的新工科改革

混合教學(xué)（blended learning）是隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展將以往我們熟知的傳統(tǒng)課堂與互聯(lián)網(wǎng)線上一流課程教學(xué)有機(jī)結(jié)合在一起，將以教為中心的優(yōu)勢和以學(xué)為中心的優(yōu)勢組合到一起，更多地關(guān)注課堂教學(xué)過程中學(xué)生針對疑惑部分提問的互動環(huán)節(jié)和在線學(xué)習(xí)過程中學(xué)生與教師的線上互動環(huán)節(jié)，以更加有效的方式提高教學(xué)效果和學(xué)生自主、合作與實踐相結(jié)合的學(xué)習(xí)能力，是一種教學(xué)相長的學(xué)習(xí)模式。改革是為達(dá)成一種“教、學(xué)、實踐”相結(jié)合的新形勢下的混合教學(xué)模式?；旌辖虒W(xué)使得線上教學(xué)得到廣泛應(yīng)用，為了充分發(fā)揮傳統(tǒng)教學(xué)與互聯(lián)網(wǎng)線上教學(xué)相結(jié)合的優(yōu)勢，應(yīng)按照程序設(shè)計語言課程中制定的包括教學(xué)目標(biāo)、課程學(xué)習(xí)重點與難點、現(xiàn)有的線上資源和學(xué)生個人能力4個方面綜合分析實現(xiàn)混合教學(xué)新思想、新模式，并以提高教學(xué)質(zhì)量為目標(biāo)[2]。

愛德加·戴爾提出學(xué)習(xí)效果在30%以下的傳統(tǒng)方式均為個人學(xué)習(xí)或被動學(xué)習(xí)；對于學(xué)習(xí)效果在50%以上的學(xué)習(xí)方式均為團(tuán)隊學(xué)習(xí)、主動學(xué)習(xí)和參與式學(xué)習(xí)[3]。大多數(shù)高校程序設(shè)計語言課程教學(xué)過程中還沿用非常低效的教學(xué)模式，這是教學(xué)方式和教育效率方面的一個悖論[4]。現(xiàn)如今高校學(xué)生對互聯(lián)網(wǎng)線上教學(xué)已不再陌生，可以合理地利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行線上學(xué)習(xí)和在線的問題交流，如MOOC、可汗學(xué)院等平臺的使用。

在當(dāng)今高等院校的日常教學(xué)中，將傳統(tǒng)課堂線下的教學(xué)與基于互聯(lián)網(wǎng)的線上學(xué)習(xí)相結(jié)合的方式應(yīng)用在課堂中的新學(xué)習(xí)模式，能夠促使學(xué)生更加注重以厚理論與重實踐相結(jié)合的模式展開程序設(shè)計課程學(xué)習(xí)，提升當(dāng)代高校大學(xué)生的綜合素質(zhì)能力，彌補(bǔ)傳統(tǒng)課堂教學(xué)過程中存在的不足。針對程序設(shè)計語言課程的實際情況，通過實施混合教學(xué)展開對學(xué)生的啟發(fā)式、探討式、合作式教學(xué)新模式，實現(xiàn)學(xué)生脫離線下課堂也可以進(jìn)行自主、合作、探討的多元化學(xué)習(xí)，也可以為其他課程進(jìn)行混合教學(xué)提供借鑒，具有一定的現(xiàn)實意義。

3 面向“多元混合式”新時代多樣化的程序設(shè)計語言教學(xué)改革措施

“卓越工程師”的培養(yǎng)需要依靠“新理論、新技術(shù)、新應(yīng)用、厚基礎(chǔ)”，不僅要求學(xué)生具備扎實的理論基礎(chǔ)，而且要求學(xué)生具有工程實踐能力，可以解決復(fù)雜的工程問題。按照新工科背景下推進(jìn)程序設(shè)計語言課程教學(xué)深度改革的要求，大力培養(yǎng)大學(xué)生“厚知識、重實踐”的綜合實踐工程應(yīng)用能力變成現(xiàn)如今教育改革的關(guān)鍵。程序設(shè)計語言課程教學(xué)改革包括教學(xué)資源改革、教學(xué)方式方法改革、教學(xué)模式改革、考核評價方式改革等。

3.1 構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+課堂”的新工科教學(xué)模式

混合教學(xué)模式下“互聯(lián)網(wǎng)+課堂”的新工科教學(xué)模式有別于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，無論是在理論教學(xué)，還是實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的各個階段，都需要有針對性方案。為構(gòu)建適用于新工科背景下的一流程序設(shè)計語言課堂，可采用當(dāng)下應(yīng)用最廣的一流教學(xué)資源和翻轉(zhuǎn)課堂[5]相結(jié)合的形式進(jìn)行混合教學(xué)。依托新工科背景下的教學(xué)改革實施過程按照如下4點進(jìn)行。

（1）結(jié)合學(xué)情和互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)資源對各學(xué)習(xí)點的性質(zhì)進(jìn)行分析，將程序設(shè)計語言課程學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)一步細(xì)化到課前自主預(yù)習(xí)、基礎(chǔ)授課、課后針對性測試練習(xí)、結(jié)合實際的工程實驗、機(jī)試。

（2）依托現(xiàn)有的一流教學(xué)資源進(jìn)行MOOC平臺選擇和搭建（含課件、課程信息、進(jìn)度、課程安排、課程講義等）。利用MOOC平臺發(fā)揮拓寬學(xué)生知識面和提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的效果，促使學(xué)生課前利用平臺，按照課程要求，根據(jù)個人實際情況進(jìn)行課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)掌握基礎(chǔ)知識，在課堂中僅帶著遺留的問題進(jìn)行進(jìn)一步的深入學(xué)習(xí)，鞏固基礎(chǔ)；課后通過線上課堂進(jìn)行相關(guān)刷題練習(xí)測試，查漏補(bǔ)缺。

（3）針對線下課堂建立適用于程序設(shè)計語言的翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)新模式。課堂由教師引導(dǎo)學(xué)生變?yōu)檎n堂主體，改變以教師講授課程為主體的教學(xué)方法。教師組織學(xué)生成立翻轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)小組，一方面翻轉(zhuǎn)小組可以更加方便地進(jìn)行合作討論；另一方面翻轉(zhuǎn)小組成員通過互動搭配，鼓勵基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生積極參與合作學(xué)習(xí)中，為學(xué)生提供一個自主學(xué)習(xí)、合作探討、創(chuàng)新實踐的學(xué)習(xí)新模式。

（4）依托一流的教學(xué)資源平臺創(chuàng)建適用于程序設(shè)計語言的“機(jī)試考試”新型評價模式，為新工科背景下的教學(xué)改革提供檢驗依據(jù)。進(jìn)行考試改革的目的是檢驗互聯(lián)網(wǎng)+翻轉(zhuǎn)課堂是否能真正提高學(xué)生的工程實踐能力和程序設(shè)計綜合素質(zhì)能力。一方面督促學(xué)生不僅要注重理論與實際相結(jié)合的能力培養(yǎng)；另一方面教師可以通過“機(jī)試考試”新模式直觀地發(fā)現(xiàn)教學(xué)過程和學(xué)生普遍存在的問題。

3.2 采用“1+M+N”的一流教學(xué)資源

新工科背景下的程序設(shè)計語言教學(xué)改革的關(guān)鍵在于利用現(xiàn)有一流的教學(xué)資源構(gòu)建適合本校學(xué)生的在線優(yōu)質(zhì)共享資源，滿足學(xué)生利用在線學(xué)習(xí)完成包括課前自主預(yù)習(xí)、課后針對性測試練習(xí)、結(jié)合實際的工程實驗等在內(nèi)的教學(xué)要求。

根據(jù)浙江大學(xué)提供的現(xiàn)有一流教學(xué)資源，結(jié)合具有中國特色發(fā)展的跨地區(qū)跨校在線開放“1+M+N”教學(xué)模式，可以構(gòu)建適合自身發(fā)展的一流線上教學(xué)資源。協(xié)同教學(xué)模式主要包括：①由1組名師名課引領(lǐng)共建MOOC平臺；②跨地區(qū)協(xié)同M所高校，利用一流教學(xué)資源開展適合自身發(fā)展的混合教學(xué)新模式；③不同地區(qū)N多學(xué)生可以從中受益。

CMOOC聯(lián)盟所建設(shè)的“程序設(shè)計入門——C語言”已經(jīng)被選為首批教育部精品在線課程。課程面向教師提供不同難度的出題、布置作業(yè)、測試等基本的教學(xué)模塊；面向?qū)W生提供在線課程及在線測試，包括不同程度的測試模塊和相關(guān)答疑模塊；提供共享的考試和作業(yè)集以豐富學(xué)生的知識面；嚴(yán)格的監(jiān)考和查重系統(tǒng)可以及時避免學(xué)生的違規(guī)行為。合理地利用現(xiàn)有的一流在線教學(xué)資源，加入中國高校計算機(jī)教育慕課聯(lián)盟是推進(jìn)教學(xué)模式改革、提高計算機(jī)基礎(chǔ)學(xué)科教育質(zhì)量、推動教育公平的關(guān)鍵。

3.3 構(gòu)建“翻轉(zhuǎn)課堂”的學(xué)習(xí)新模式

“翻轉(zhuǎn)課堂”學(xué)習(xí)新模式能夠積極調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動、合作、積極探討能力，主要包括5部分。

1）基礎(chǔ)授課。

此階段要對學(xué)生進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容和重點、難點的講解，讓學(xué)生對于需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容有基本的了解，避免基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生在后期自我準(zhǔn)備階段無所適從，如對于C語言程序重點（順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)），安排學(xué)生通過線上課程提前預(yù)習(xí)，課上采用針對不理解的問題進(jìn)行指導(dǎo)的方式展開課程重點知識的學(xué)習(xí)，可以大大縮短這部分的教學(xué)時長，將節(jié)約的教學(xué)時長應(yīng)用在教學(xué)難點如數(shù)組、函數(shù)的定義等，使用長課時進(jìn)行面授。

2）構(gòu)建“翻轉(zhuǎn)小組”。

此階段要完成對于翻轉(zhuǎn)興趣小組的建立，首先讓學(xué)生對于MOOC平臺有直觀的感受并能夠很快應(yīng)用，再由學(xué)生進(jìn)行自由組合，之后依據(jù)學(xué)生的優(yōu)劣勢進(jìn)行微調(diào)，最終使每個小組盡可能具有相等實力，讓學(xué)生在興趣小組中合作完成任務(wù)，在小組展示過程中培養(yǎng)競爭意識。

3）線上練習(xí)測試。

為促進(jìn)學(xué)生課下主動學(xué)習(xí)，要求學(xué)生利用MOOC平臺建立的線上刷題系統(tǒng)完成課后作業(yè)。將課堂學(xué)習(xí)與實踐相結(jié)合，由學(xué)生自行登錄系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)學(xué)習(xí)點的練習(xí)，刷題系統(tǒng)提供的課后測試環(huán)節(jié)能確保學(xué)生作業(yè)練習(xí)效果。測試題由學(xué)科教研組教師建立相應(yīng)學(xué)習(xí)點，如利用邏輯運算和判斷選取控制進(jìn)行簡單的運算?？己嗽O(shè)定合格、不合格標(biāo)準(zhǔn)，若考核合格則被視為已掌握本知識點。線上刷題測試以學(xué)生個體為單位，學(xué)習(xí)者可選擇在課后完成。只有通過這樣的教學(xué)考核，才能將翻轉(zhuǎn)課堂真正、有效、合理利用起來，才能建立起新的教學(xué)模式，盡快解決程序設(shè)計語言教學(xué)中待解決的諸多問題。

4）合作式實驗環(huán)節(jié)。

新型MOOC平臺嚴(yán)格的監(jiān)考和查重系統(tǒng)為檢查學(xué)生作業(yè)抄襲等提供了有力的監(jiān)督。充分利用MOOC平臺進(jìn)行課后作業(yè)與課設(shè)實驗環(huán)節(jié)改革，在學(xué)生通過線上線下課程掌握基本語法規(guī)則的基礎(chǔ)上，進(jìn)行程序設(shè)計語言相關(guān)的工程實踐課程教學(xué)。對于教學(xué)難點，如指針的理解相關(guān)實驗，教師可以給予一定的幫助。

5）小組成果展示。

在學(xué)生完成程序設(shè)計語言學(xué)習(xí)合作實驗任務(wù)后，組織“翻轉(zhuǎn)小組”進(jìn)行線上實驗成果提交以及線下展示和集體討論。各組派出1人對本組案例的分析或者作業(yè)成果進(jìn)行展示，完成講解后接受其他小組成員的提問并給出答復(fù)。這一環(huán)節(jié)能夠讓學(xué)生闡述對案例中知識點的看法，是學(xué)生對完成實驗作業(yè)中存在問題的經(jīng)驗交流。通過積極探索新的網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)互動模式，利用網(wǎng)絡(luò)平臺能及時、有效地解決學(xué)生在課后遇到的問題。

3.4 建設(shè)“機(jī)試”的新型評價模式

傳統(tǒng)的教學(xué)考核采用以期末考試成績?yōu)橹髋c以課上出勤和課后作業(yè)為輔的模式，嚴(yán)重忽視課下學(xué)習(xí)部分的考查，使得學(xué)生高分低能現(xiàn)象層出不窮。建立“機(jī)試”新型評價模式能實際考查學(xué)生利用工程思維的編程能力，多階段刷題練習(xí)與“機(jī)試”考試結(jié)合的新型評價模式一方面可以提高學(xué)生實際動手進(jìn)行編程的積極性，另一方面通過線上提交作業(yè)的情況真實反映學(xué)生的工程實踐動手能力?？己顺煽冇?部分組成，最終成績=實驗報告（10%）+練習(xí)測試（10%）+實驗環(huán)節(jié)考核（30%）+期末上機(jī)考試（50%）。

實驗環(huán)節(jié)考核是考核的重點，也是難點，主要通過兩個方面進(jìn)行：①針對課外實踐環(huán)節(jié)，對每一個小組成員在課外刷題系統(tǒng)中的自測分?jǐn)?shù)進(jìn)行加權(quán)得分；②針對實驗環(huán)節(jié)，采用“翻轉(zhuǎn)小組”代表講解展示與提交個人實驗報告的形式進(jìn)行考核，根據(jù)分工作用不同給予不同的分值，這樣可以使每一個學(xué)生都積極參與，增強(qiáng)學(xué)生的實際編程能力。平時的考核是很重要的一部分，因此平時的考核成績在總成績中的占比為50%。期末上機(jī)考試成績占比為50%，督促學(xué)生多動手，目的主要是通過與線上資源相配合的方式，進(jìn)一步提高學(xué)生厚基礎(chǔ)、重實際的綜合能力水平以及新工科背景下程序設(shè)計語言教學(xué)改革成效。

4 結(jié) 語

在應(yīng)用實踐要求較高的程序設(shè)計語言課程中，更快、更有效地開展培養(yǎng)“卓越工程師”的教學(xué)工作是現(xiàn)在高校基礎(chǔ)課改研究的關(guān)鍵?；谛鹿た票尘跋碌亩嘣交旌辖虒W(xué)，采用新型的線上與線下教學(xué)相結(jié)合的模式改革程序設(shè)計語言課程教學(xué)，讓學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識的同時，通過課外線上刷題和實踐環(huán)節(jié)加強(qiáng)對知識的理解和掌握，為加速高校人才培養(yǎng)提供新的教學(xué)策略。