新工科背景下C語言程序設計混合式教學模式探索與實踐

劉秋菊, 王仲英

(1.鄭州工程技術學院信息工程學院， 河南鄭州 450000; 2.河南經貿職業(yè)學院工程經濟學院， 河南鄭州 450018)

0 引言

隨著新一輪產業(yè)革命和技術革命的到來， 未來社會需要實踐能力強、 創(chuàng)新能力強、 具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才[1]. 2016年以來， 教育部大力倡導新工科建設， 先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”等， 并提出了新工科人才培養(yǎng)模式， 在此背景下， 國內本科高校積極行動， 一系列新工科專業(yè)逐漸發(fā)展起來， 其中包含云計算與大數(shù)據(jù)、 物聯(lián)網工程、 智能科學與技術、 區(qū)塊鏈和虛擬現(xiàn)實等相關專業(yè)[2]. 對于理工科高校， 新工科專業(yè)建設是人才培養(yǎng)的新挑戰(zhàn)， 而課程是人才培養(yǎng)的基本核心要素. 教育部高教司吳巖司長在中國大學教學論壇上指出， 要“消滅水課， 打造金課”， 而課堂教學是“金課”的主陣地、 主渠道、 主戰(zhàn)場[3]. 線上線下混合式“金課”建設就是在國家已經建好的線上課程基礎上， 對課堂教學進行重組和改革， 以適應新時代新工科人才的培養(yǎng). “金課”就是具備高階性、 創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度， 即“兩性一度”的課程. 其不僅僅是知識的簡單傳授， 而且是綜合培養(yǎng)學生的知識能力素養(yǎng)和高級思維. 授課內容貼近時代前沿， 具有一定的難度， 不是學生按部就班的聽課就能全部掌握， 而是“跳一跳才能夠得著”， 需要花時間和精力去學習. 教學方式具有先進性、 創(chuàng)新性， 教師需要花費大量心思去備課和設計. 近年來， 國家大力發(fā)展與建設了大批在線開放課程， 學生可以很方便地從在線開放課程平臺獲取相應課程的教學視頻及相關資源， 也可隨時隨地與知名高校學生一同上課， 體現(xiàn)了教育公平性， 但學生利用在線開放課程在學習中遇到的問題卻不能及時得到解決， 在實踐訓練方面也存在欠缺和不足[4]. 課堂教學是目前高校人才培養(yǎng)的主要模式， 相較于線上課程具有很大的優(yōu)勢， 教師跟學生處于同一空間和場景， 能夠言傳身教且互動方便， 可以隨時掌握學生的學習動態(tài)， 及時調整自己的教學方案. 隨著移動互聯(lián)技術的發(fā)展和手機的普及， 這種課堂教學方式很容易出現(xiàn)低頭族和大面積爬倒一片的現(xiàn)象， 如何把線上課程和線下課程有機地結合起來， 給授課教師帶來了挑戰(zhàn). 因此， 建設線上線下混合式課程對新工科人才的培養(yǎng)至關重要.

C語言程序設計在很多工科類專業(yè)中作為專業(yè)基礎課程， 具有很強的應用性. 對于我院來說， 電子信息工程、 物聯(lián)網工程和智能科學與技術本科專業(yè)都開設這門課程， 而且這3個專業(yè)對C語言程序設計的培養(yǎng)目標基本一致. 其教學目標為： 學生通過學習C語言的語法規(guī)則， 能夠掌握一些較為簡單的算法， 具備計算思維和分析問題的能力； 通過實驗環(huán)節(jié)， 增強動手能力， 鞏固所學的理論知識， 并初步積累編程經驗； 通過課程綜合實踐， 增強學生思考問題、 解決問題的能力， 激發(fā)創(chuàng)新性思維， 能夠解決一些比較復雜的程序課題， 為今后專業(yè)學習奠定堅實的編程基礎. 因此， 本文以C語言程序設計課程為例， 探討新工科背景下的線上線下混合式金課建設.

1 C語言程序設計教學現(xiàn)狀

C語言程序設計作為高校理工科專業(yè)的一門傳統(tǒng)課程， 在課程體系中起著至關重要的作用， 不僅體現(xiàn)在課程體系與知識結構上， 而且體現(xiàn)在編程思維、 實踐能力的塑造性上. 這門課程貫穿了電子信息工程專業(yè)學生本科四年的學習. 目前， 工科專業(yè)一般在第二學期開設這門課程， 是學生在對專業(yè)認識還比較模糊的前提下接觸到的第一門編程課程. 雖然應用案例豐富， 但是課本中的例題的選擇比較陳舊， 內容抽象， 環(huán)環(huán)相扣， 教師在教學過程中也很少引申， 很少結合生活實例更新教學內容. 如果還是以傳統(tǒng)的教學方法“填鴨式”的教學， 隨著課程難度的增加學生學習的積極性會逐漸降低甚至喪失， 會直接導致本課程的教學效果欠佳， 也會影響與該課程關聯(lián)緊密的課程的學習， 從而難以保證教學質量. 而且對于學生的計算思維的培養(yǎng)欠缺， 也會導致學生能聽懂老師講的知識， 但不會自己編寫程序， 不能學以致用和解決實際問題， 這也是與新工科的培養(yǎng)理念不符的.

2 基于雨課堂的混合式C語言程序設計課程改革

2.1 基于雨課堂的教學模式設計

雨課堂是清華大學與學堂在線共同推出的一款智慧型的混合式教學工具， 其可以在電腦或手機端下載， 之后可以通過PPT或手機即時通迅， 發(fā)布課前預習課件或視頻， 課中授課、 彈幕或投稿， 課后布置習題作業(yè)、 試卷等， 實現(xiàn)課前、 課中、 課后全覆蓋. 雨課堂能夠把傳統(tǒng)課堂和現(xiàn)代網絡教學結合起來， 教師在教學活動中起引導、 啟發(fā)、 監(jiān)控和管理的作用， 強調以學生為中心， 激發(fā)學生的學習積極性、 主動性和參與性， 把學生吸引到課堂中來. 還可以通過發(fā)課堂紅包對課堂上答題正確的學生給與鼓勵， 從而進一步提高教的質量和學的效果[5-8]. 以學生為中心的教學模式如圖1所示.

圖1 以學生為中心的教學模式

基于雨課堂的混合式教學模式的構建主要從課前、 課中、 課后三個步驟對教學進行了設計， 其設計圖如圖2所示.

圖2 基于雨課堂的教學模式設計圖

例如， 在講解循環(huán)結構時， 為了完成學習目標， 制定本模塊的教學活動如表1所示.

表1 循環(huán)結構模塊教學過程

2.2 結合生活實際更新教學案例， 改進教學方法

針對課本內容案例陳舊的問題， 結合生活實際， 選取直觀易懂或應用廣泛的案例， 以及更新教學理念和方法， 并采用啟發(fā)式、 體驗式教學， 引導學生關注時代前沿和相關科學問題. 課下可以查看相關參考文獻， 拓寬課堂知識的外延， 從而培養(yǎng)學生的編程素養(yǎng)和計算思維. 例如在講解循環(huán)結構的時候， 結合大部分工科專業(yè)都開設的單片機原理與應用課程， 在教學中以延時程序、 流水燈程序、 數(shù)碼管輪顯程序為例， 了解循環(huán)結構的邏輯運算和邏輯結構. 之后可以此為契機， 開發(fā)更多更貼近學生生活的案例. 例如， 為了讓學生理解數(shù)組的應用， 讓學生了解在大數(shù)據(jù)時代， 大量信息和數(shù)據(jù)是如何采集和存儲的， 垃圾郵件過濾、 智能手機自動翻譯、 Siri的語音識別等很多人工智能現(xiàn)象的關鍵算法， 核心都是數(shù)組數(shù)據(jù)處理. 課堂上可以運用啟發(fā)式、 體驗式教學， 并將理論與實際問題相結合， 由淺入深， 使得原本抽象難懂的計算方法變得淺顯易懂， 從而增強學生學習的信心和興趣.

2.3 加強實踐環(huán)節(jié)的教學與指導， 注重學生實踐能力培養(yǎng)

C語言程序設計課程的實踐教學包括課內實驗、 課外的開放性實驗和創(chuàng)新性實驗. 實踐環(huán)節(jié)是增強學生動手能力、 創(chuàng)新能力、 分析問題解決問題能力的關鍵環(huán)節(jié)， 為了更好的達到實踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)目標， 課內實驗一般提倡學生利用業(yè)余時間先寫好， 之后在課內有限的時間進行調試和解決錯誤， 以避免學生大部分課內時間都用在代碼的錄入上. 課內實驗環(huán)節(jié)的考核是按照學生任務的完成情況確定的. 課外的開放性實驗和創(chuàng)新性實驗主要是通過學生參與到學校的開放實驗室項目、 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目和教師的課題進行的， 并鼓勵學生自主創(chuàng)新和創(chuàng)造發(fā)明， 在指導教師的帶領下和學生的積極參與下. 學院給予經費支持， 學生的創(chuàng)新能力得到了進一步提升. 我院課程組利用C語言編寫的“鄭州市寵物管理系統(tǒng)”、“醫(yī)用智能配藥機項目”、“自行車運動員機能狀態(tài)數(shù)據(jù)分析平臺”等程序都有學生參與并且取得了“鄭州市科技進步二等獎”、“全國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽二等獎”等成績， 所帶領的學生參加2019年全國大學生電子設計競賽——智能巡線機器人項目獲得一項國家二等獎和三項河南省一等獎. 新模式實踐環(huán)節(jié)使學生的學習能動性、 課程學習的廣度、 解決問題的思路、 實踐動手能力都得到了提升. 通過這門課程的學習和實踐環(huán)節(jié)的鍛煉， 可以大大提升學生的創(chuàng)新能力和綜合素養(yǎng).

3 結語

本文按照“兩性一度”的金課建設標準， 以培養(yǎng)新工科人才為目標， 探討線上線下混合式金課建設的策略， 以C語言程序設計課程為例， 從教學模式設計、 教學內容的調整和教學方法的改進及實踐環(huán)節(jié)的開展幾個方面， 具體討論課堂教學的改革， 以期實現(xiàn)線上線下混合式金課的建設. 在今后的教學中， 我們課題組將繼續(xù)完善、 創(chuàng)新與實踐， 探索新的教學模式， 提高課程的教學效果和教學質量.