基于教學(xué)矩陣的高級語言程序設(shè)計課程思政研究與實踐

徐國明，袁宏武，萬家華

（1.安徽大學(xué) 互聯(lián)網(wǎng)學(xué)院,安徽 合肥 230039；2.安徽新華學(xué)院 大數(shù)據(jù)與人工智能學(xué)院,安徽 合肥 230088）

0 引 言

在高級語言程序設(shè)計課程思政的教學(xué)實踐探索中，實施路徑和措施方法的研究成果較為豐富[3-4]，但是將高級程序設(shè)計教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分層拆解和維度重構(gòu)，構(gòu)建具有普適性和可操作性的課程思政教學(xué)內(nèi)容與程序設(shè)計思想和知識傳授深度融合的探索和實踐需要進(jìn)一步深入.為此，研究教學(xué)實施過程特點，按知識素養(yǎng)思政、能力思維思政、服務(wù)社會思政等三個維度，采用課程思政教學(xué)矩陣方法[5]，在課程思政教學(xué)立體化體系架構(gòu)下，設(shè)計思政教學(xué)內(nèi)容的矩陣元素，積極探索新形勢下高級語言程序設(shè)計思政教學(xué)新方法和新形式，為達(dá)成人才培養(yǎng)目標(biāo)提供新思路.

1 立體化課程思政體系

高級語言程序設(shè)計課程的內(nèi)在思政總體需求是符合各高校各專業(yè)對人才培養(yǎng)目標(biāo)需求和期望，在新工科背景下適應(yīng)時代發(fā)展所需、能夠為社會與經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)、具有家國情懷的高素質(zhì)應(yīng)用型計算機(jī)人才.

在課程思政教學(xué)體系設(shè)計中，一方面考慮課程章節(jié)內(nèi)容的遞進(jìn)制約關(guān)系和課程知識體系的層次結(jié)構(gòu)，并結(jié)合教學(xué)活動過程.當(dāng)前我國理工院校高級語言程序設(shè)計課程的典型教學(xué)活動主要包括課堂教學(xué)、實驗教學(xué)和綜合實踐過程，而這三個過程是層層遞進(jìn)、互相支撐構(gòu)成完整的程序設(shè)計思想培養(yǎng)內(nèi)容，其教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)的側(cè)重點不一樣，那么各個過程的課程思政也應(yīng)該有所不同，所以在課程思政設(shè)計上應(yīng)全面覆蓋、綜合考慮這種遞進(jìn)關(guān)系和目標(biāo)差異，以達(dá)到課程思政育人效果.

另一方面，在課程思政實施過程中，考慮課程思政多維度育人層次，便于組織教學(xué)和思政內(nèi)容實施，將傳統(tǒng)文化與新時代要求相結(jié)合.傳統(tǒng)文化上借鑒韓語《師說》的“師者，所以傳道授業(yè)解惑也”思想，與新時代下的社會主義核心價值觀融會貫通，可以把對人才培養(yǎng)的思政需求分為解惑層級的知識素養(yǎng)思政、授業(yè)層級的能力思維思政、傳道層級的家國情懷思政等三個維度層次，而這三個維度也對應(yīng)著課程教學(xué)培養(yǎng)人才的知識傳授、個人發(fā)展以及服務(wù)社會三個層面，并以此為基礎(chǔ)考慮課程思政體系構(gòu)建和組織實施路徑.

將高級語言程序設(shè)計課程的課堂教學(xué)、實驗教學(xué)和綜合實踐三個過程，與傳道授業(yè)解惑的三個維度深度融合，建立課程思政三個維度層次需求和專業(yè)知識點映射關(guān)系，采用構(gòu)建全程多維度立體化課程思政教學(xué)體系，在此框架內(nèi)采用教學(xué)矩陣[5]形式，探索課程思政實踐新方法.

2 教學(xué)矩陣設(shè)計

課程思政教學(xué)的根本任務(wù)將高級語言程序設(shè)計課程的專業(yè)教學(xué)課程內(nèi)容與思政元素深度融合，思政元素包括品德教育元素、思想政治原理、家國情懷教育等.在構(gòu)建形式上，借鑒教學(xué)矩陣思想，全新設(shè)計教學(xué)矩陣形式，在設(shè)計上主要考慮三個方面.

一是教學(xué)矩陣應(yīng)該簡潔直觀，可操作性強(qiáng)，課程實施過程中可以直接進(jìn)行教學(xué)設(shè)計準(zhǔn)備.二是課程思政實施路徑要覆蓋全過程和多維度.三是高級語言程序設(shè)計課程教學(xué)矩陣及其思政元素設(shè)計完成后，可以在類似的課程教學(xué)實踐中被借鑒運用和更新補(bǔ)充，以形成課程思政資源庫建設(shè).為此，設(shè)計課程思政教學(xué)矩陣如表1所示.

環(huán)保加濕型空調(diào)是在普通空調(diào)上加以改進(jìn)，利用SolidWorks創(chuàng)建的空調(diào)模型結(jié)構(gòu)如圖1所示，在壁掛空調(diào)的下側(cè)增加的小方柜里面放超聲波加濕器和制冷劑回收箱體，用2根水管將焊接板式冷凝器與超聲波加濕器連接起來，通過外部結(jié)構(gòu)圖（見圖2）可以確定超聲波加濕器，制冷劑回收箱體、高壓管、低壓管及2根冷卻水管的具體位置。

表1 教學(xué)矩陣設(shè)計

該教學(xué)矩陣包括5個維度，各維度內(nèi)容如表中所示.其中，思政元素和課程內(nèi)容是融合的原驅(qū)動力，而支撐該思政的教學(xué)設(shè)計主要包括目標(biāo)成效和方法手段兩個維度.在具體實施過程中，輔助教學(xué)矩陣還可以根據(jù)需要增加或者修改維度內(nèi)容.

3 思政元素設(shè)計

根據(jù)以上課程思政教學(xué)矩陣設(shè)計，在教學(xué)實施前，首先完成各課程的矩陣元素設(shè)計.高級語言程序設(shè)計課程教學(xué)實施主要包括三個環(huán)節(jié)：課堂教學(xué)、實驗教學(xué)和綜合實踐，為此，以課程章節(jié)內(nèi)容知識點為案例，將上述矩陣內(nèi)容按照思政層次與教學(xué)環(huán)節(jié)相融合的交叉關(guān)系設(shè)計課程思政矩陣元素.

3.1 課堂教學(xué)矩陣元素

3.1.1 解惑層次矩陣元素

課堂教學(xué)是最重要的課程思政應(yīng)用場景，在解惑層次的矩陣元素設(shè)計中，其主要目的是促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容知識點的記憶與理解.以C語言發(fā)展為例，經(jīng)典教材中關(guān)于C語言發(fā)展歷程的介紹是按照時間線簡潔地給出了時間地點人物和代表性版本.

但是對于大部分高級語言程序設(shè)計的初學(xué)者來說，這樣的敘述顯得枯燥，無法引起共鳴，對于理解C語言產(chǎn)生的偉大作用感受不深，所以可以在教學(xué)過程中結(jié)合課程思政需要，增加C語言發(fā)展背后的故事，以拓展視野、激發(fā)興趣、幫助知識點的掌握，該解惑層次的矩陣元素設(shè)計如表2所示.

表2 C語言發(fā)展與背后的故事

3.1.2 授業(yè)層次矩陣元素

在高級語言程序設(shè)計的課堂教學(xué)過程中，解惑層次的矩陣元素是以幫助理解、加深記憶為主的知識素養(yǎng)思政，而在授業(yè)層次的思政元素設(shè)計上，則以知識向能力轉(zhuǎn)換為主.以程序代碼注釋知識點為例，在該課程中，該知識點可以用兩句話概括：單行注釋“//”以及段落注釋“/**/”.如果擴(kuò)展到能力培養(yǎng)、職業(yè)發(fā)展層次上，就顯然不夠.

教學(xué)過程中，引入華為編碼規(guī)范[6]內(nèi)容，在該規(guī)范中，其注釋規(guī)范部分有8頁之多，這與課本上最簡單且容易忽視的寥寥數(shù)語知識點形成鮮明對比，以此引起初學(xué)者重視，并強(qiáng)調(diào)該知識點及其規(guī)范對個人編程風(fēng)格養(yǎng)成[7]甚至未來的軟件項目管理等能力具有重要影響，矩陣元素設(shè)計如表3所示.

表3 編碼注釋與華為規(guī)范

3.1.3 傳道層次矩陣元素

結(jié)合當(dāng)前貿(mào)易摩擦及知識產(chǎn)權(quán)之爭背景下的軟件領(lǐng)域卡脖子技術(shù)，實施課程思政以激發(fā)吾輩以先輩為榜樣，心懷家國情懷、奮勇爭先，起到拓展思維、提升自信、樹立情懷使命的效果.以C語言的發(fā)展和應(yīng)用為例，引入求伯君的WPS之路，早期的WPS主要是匯編和C語言混合編程，對計算機(jī)普及和軟件國產(chǎn)化具有重大影響，其人在新世紀(jì)之初曾獲得“2000CCTV中國十大經(jīng)濟(jì)年度人物、2001年度中國IT十大風(fēng)云人物”等榮譽(yù)，其傳道層次矩陣元素如表4所示.

表4 國產(chǎn)化軟件與家國情懷

3.2 實驗教學(xué)授業(yè)層次矩陣元素

實驗教學(xué)以培養(yǎng)學(xué)生編程實踐能力為基本目標(biāo).高級語言程序設(shè)計實驗可以分為語法知識驗證型、算法（或功能）設(shè)計型、綜合設(shè)計型等三種類型.在三種類型的教學(xué)案例設(shè)計時做到前后實驗內(nèi)容有關(guān)聯(lián)，后面的實驗是對前面實驗的完善，案例內(nèi)容由淺入深，逐步將實驗內(nèi)容引向深入，讓學(xué)生最終能得到一個實用的程序項目.其課程思政元素根據(jù)不同的實驗類型設(shè)計不同層次的思政維度.

3.2.1 解惑層次矩陣元素

以完成銀行貸款計算器的驗證性實驗教學(xué)為例，其涉及的知識點包括數(shù)據(jù)類型、控制語句、輸入輸出方法等內(nèi)容，矩陣元素設(shè)計如表5所示.

表5 數(shù)據(jù)抽象與特殊到一般哲學(xué)原理

3.2.2 授業(yè)層次矩陣元素

授業(yè)層級的思政重點關(guān)注能力素質(zhì)培養(yǎng)，以C語言實現(xiàn)楊輝三角算法（或功能）設(shè)計型實驗為例，該實驗有多種實現(xiàn)方法，比較常規(guī)的是利用循環(huán)和數(shù)組，而這兩種方法也最容易被初學(xué)者理解.為加深印象、幫助理解，可以增加關(guān)于楊輝三角的發(fā)明故事以及神奇之處的課程思政元素.

楊輝三角又名賈憲三角形，它是二項式系數(shù)在幾何三角形中的排列組合，是中國古代數(shù)學(xué)的杰出研究成果之一.歐洲的帕斯卡于1654年發(fā)現(xiàn)這一規(guī)律，被稱為帕斯卡三角形，比楊輝遲393年，比賈憲遲600年.楊輝三角的美妙之處在于它足夠簡單卻在數(shù)的性質(zhì)中有豐富魅力，其神奇之處包括從排列組合、完全平方數(shù)，到謝爾賓斯基三角等，值得愛好者去探索和編程實現(xiàn)，其思政矩陣元素設(shè)計如表6所示.

表6 楊輝三角與數(shù)組循環(huán)

3.3 綜合實踐傳道層次矩陣元素

在綜合項目實踐實訓(xùn)階段，不僅要培養(yǎng)鍛煉學(xué)生的分析問題、解決問題的能力，更要對照專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和課程教學(xué)大綱要求，培養(yǎng)鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新意識和競爭能力，為工科學(xué)生的職業(yè)素質(zhì)和就業(yè)能力提升進(jìn)行鍛煉.為此，在該階段的傳道層次引入項目小組模式和競爭思維，其思政元素設(shè)計如表7所示.

表7 項目的內(nèi)部管理與外部競爭

4 實踐與反饋

4.1 組織實施

課程矩陣元素是授課的素材，在具體教學(xué)任務(wù)實施環(huán)節(jié)還需要進(jìn)行整體路徑設(shè)計.以C語言程序設(shè)計課程為例，其具體環(huán)節(jié)包括：課程思政大綱修訂、教案思政內(nèi)容編寫、授課課件準(zhǔn)備、課堂教學(xué)實施、教學(xué)效果評價和反饋完善等系列過程，在每個過程中都將體現(xiàn)課程思政的不同方面，或目標(biāo)、或內(nèi)容、或?qū)嵤┓椒?、或效果評價等.

不同的教學(xué)活動，其承載的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)方法區(qū)別很大，為此，在多層次課程思政元素的比例分配上也有所區(qū)別.具體教學(xué)實踐中，課堂教學(xué)的解惑、授業(yè)和傳道的思政元素比例約為4:3:3，實驗教學(xué)的三個層次的思政元素比例約為3:5:2，而綜合實踐則約為2:3:5，該比例數(shù)據(jù)也可以根據(jù)授課對象和專業(yè)進(jìn)行微調(diào).

4.2 實踐效果

在統(tǒng)一的教學(xué)矩陣組織框架下，課程思政教學(xué)準(zhǔn)備過程變得高效且通用性提高.以C語言程序設(shè)計課程為例，目前共積累了17個課程思政教學(xué)矩陣元素，基本涵蓋了從緒論、數(shù)據(jù)類型、結(jié)構(gòu)化語句、循環(huán)、數(shù)組、函數(shù)、指針、文件等章節(jié)內(nèi)容，同時明確了每個矩陣元素所屬的課堂教學(xué)、實驗教學(xué)和綜合實踐等過程.由于程序設(shè)計類課程的相通性特征，這些矩陣元素素材對相近的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程（Java或者C++）等課程以及相關(guān)課程的實驗實訓(xùn)、課程設(shè)計綜合實踐等任務(wù)具有借鑒作用.

通過4個學(xué)期在多個班級的高級語言程序設(shè)計課程中實施課程思政教學(xué)實踐，取得了明顯的實踐效果.主要表現(xiàn)在：一方面，在授課過程中，可以直觀感受到課堂氣氛和學(xué)生聽課的精力集中時間延長；另一方面，在教學(xué)評價方面采用該矩陣素材的教學(xué)團(tuán)隊都有較為明顯的提升.實施課程思政的教學(xué)班在以證代考（安徽省計算機(jī)等級考試（C語言二級））的課程改革中，以及大學(xué)生程序設(shè)計大賽中的積極性和成績普遍提高.課程組老師多次參加校級“課程思政”教學(xué)案例比賽，獲得一等獎和三等獎各一次.

4.3 反思與改進(jìn)

在基于教學(xué)矩陣的高級語言程序設(shè)計課程思政實踐過程中，也存在一些問題.首先，限于精力和時間，目前的思政教學(xué)矩陣元素積累還不夠精煉和豐富.其次，課題研究的另一任務(wù)是研究通用思政元素設(shè)計問題，使得矩陣元素便于備課準(zhǔn)備和共享，但是具體教學(xué)實施中造成了部分矩陣元素實例在同一班級的不同課程之間存在重復(fù)使用的情況，這會給受眾學(xué)生留下備課倉促的教學(xué)感受，影響效果，甚至?xí)袨樗颊颊闹饔^感受.另外，部分需要學(xué)生參與完成的思政項目，如課后閱讀、小組討論以及課堂演示等內(nèi)容，由于大班教學(xué)、課時不足等原因，其深入開展程度無法完全達(dá)到預(yù)期效果.

針對以上問題，在后期的教學(xué)實施過程中，擬從以下方面進(jìn)行改進(jìn).一是技術(shù)研究和機(jī)制建設(shè)同步開展，建立思政元素互斥共享矩陣，避免矩陣元素在同一授課對象中的重復(fù)使用.二是根據(jù)新形式和熱點問題，持續(xù)優(yōu)化矩陣結(jié)構(gòu)和矩陣元素，開發(fā)思政矩陣元素數(shù)據(jù)庫，進(jìn)一步擴(kuò)大共享范圍，由課程向?qū)I(yè)、由校內(nèi)向校外，充分交流.三是跟蹤完善針對課程思政的評價效果并反饋到課程組，以此重構(gòu)課程思政體系、優(yōu)化矩陣元素設(shè)計和和改進(jìn)教學(xué)實施方法.