基于慕課和Python123的程序設(shè)計(jì)課程分層教學(xué)研究與實(shí)踐

田慶 朱俊嶺

摘要：針對應(yīng)用型本科院校計(jì)算機(jī)專業(yè)的程序設(shè)計(jì)課程的特點(diǎn)，利用慕課、程序設(shè)計(jì)輔助教學(xué)平臺Python123，開展程序設(shè)計(jì)課程分層教學(xué)方法研究，并在高級語言程序設(shè)計(jì)課程中進(jìn)行應(yīng)用與實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：分層教學(xué);輔助教學(xué)平臺;Python123;慕課;程序設(shè)計(jì)課程

中圖分類號：G434 ;TP312? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）03-0161-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

因材施教出于《論語·先進(jìn)篇》，是大到國家、小到個人都推崇的教育方式，但在實(shí)際實(shí)施過程中，鑒于多方面的因素限制，教師大部分因材施教方案都不能得到推廣。以大學(xué)的教學(xué)班級和課時為例，一個教學(xué)班60人，課時從16學(xué)時到72學(xué)時不等，教師在每節(jié)課都為了完成教學(xué)任務(wù)而不停地講解知識，沒有時間區(qū)分不同的學(xué)生的具體情況而提供不同的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。

1 應(yīng)用型本科院校程序設(shè)計(jì)課程特點(diǎn)

區(qū)別于985、211等綜合性大學(xué)，筆者所在的應(yīng)用型本科院校計(jì)算機(jī)專業(yè)的程序設(shè)計(jì)課程，具有以下幾方面的特點(diǎn)：?能夠利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源自學(xué)的同學(xué)占比較少。目前的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源很豐富，如MOOC、嗶哩嗶哩等，這些在線學(xué)習(xí)視頻網(wǎng)站為大學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供了非常多的學(xué)習(xí)資源，但對應(yīng)用型本科院校的學(xué)生來說，自主學(xué)習(xí)能力欠缺，并不能很好地利用這些資源，還需要老師的引導(dǎo);?機(jī)器思維方式建立快慢差異大。相比其他課程，程序設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)入門難度稍大，很多同學(xué)在開始的時候并不能適應(yīng)該課程的思維方式，導(dǎo)致跟不上進(jìn)度，對課程失去信心。l課程大綱規(guī)定內(nèi)容較多，難度大，課時少，重修率高。程序設(shè)計(jì)課程作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)學(xué)時一直都比較多，難度也大，學(xué)生的學(xué)習(xí)比較吃力，但近幾年的教學(xué)改革還在不斷壓縮該類課程的課時，致使教師能夠利用的時間越來越少，傳統(tǒng)的教學(xué)手段和方法已經(jīng)很難在目前可課時中開展分層教學(xué)，因材施教。

以上三方面的特點(diǎn)說明：一方面，應(yīng)用型本科類院校程序設(shè)計(jì)類課程的學(xué)生層次差異較大，學(xué)習(xí)難度不一致，教學(xué)中應(yīng)該因材施教，以幫助不同的學(xué)生解決不同的問題;但另一方面，教師課堂時間有限，需要講解內(nèi)容很多，傳統(tǒng)的教學(xué)資源和方法，很難進(jìn)行分層教學(xué)。而大規(guī)模在線開放課程 （Massive Open Online Course， MOOC）、Python123平臺等互聯(lián)網(wǎng)資源和平臺的出現(xiàn)，為高等教育改革帶來新的機(jī)遇，為程序設(shè)計(jì)類課程開展分層教學(xué)提供了技術(shù)支持[1]。

2 慕課和Python123平臺介紹

慕課是大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程，即MOOC（massive open online courses），作為一種流行的學(xué)習(xí)方法和教學(xué)方法，它擁有豐富而開放的學(xué)習(xí)資源，特別是一些名校、優(yōu)秀教師的課程資源，可以很好地解決程序設(shè)計(jì)課程課時少，教學(xué)學(xué)時不夠的問題[2]。

Python123 平臺是北京理工大學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)專為程序設(shè)計(jì)類課程開發(fā)的免費(fèi)輔助教學(xué)平臺，該平臺目前支持C、Python、C++等相關(guān)課程的在線判題[3]，另外還支持選擇、判斷、填空、簡答、討論等題型，可以為程序設(shè)計(jì)類課程提供較為全面、方便的教學(xué)測評，包括隨機(jī)組卷、斷網(wǎng)考試，另外還有學(xué)情分析，及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)時長、學(xué)習(xí)時段等數(shù)據(jù)。以筆者為例，最近三年，筆者在該平臺開設(shè)了10門課程，學(xué)生累計(jì)提交273574份作業(yè)，效率大大提升。該類平臺的出現(xiàn)，為分層教學(xué)中的分層測評提供了快速、有效、合理的技術(shù)手段，解決教師分層教學(xué)中時間和精力不夠的問題，讓教師可以把時間用來進(jìn)行有針對性的教學(xué)。

3 基于慕課和python123平臺的分層教學(xué)模式設(shè)計(jì)

根據(jù)應(yīng)用型本科院校計(jì)算機(jī)專業(yè)的程序設(shè)計(jì)課程的特點(diǎn)，筆者在教學(xué)中把程序設(shè)計(jì)課程分為三個層次，第一層是自學(xué)為主層，該層的學(xué)生自學(xué)能力強(qiáng)，主要通過教師提供的MOOC資源自學(xué)，教師通過python123平臺掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，及時提供學(xué)習(xí)指導(dǎo);第二層是中間層，是教師重點(diǎn)關(guān)注的對象，主要通過課程授課和課后學(xué)習(xí)，掌握知識;第三層是加油層，需要額外幫助層，這部分同學(xué)在程序設(shè)計(jì)思維方面存在學(xué)習(xí)困難，需要教師給予額外的幫助和補(bǔ)課，幫助其建立程序設(shè)計(jì)思維，跟上課程進(jìn)度。

以上三個層次的劃分依靠Python123平臺，教師可以依靠平臺的海量習(xí)題、在線測試功能和學(xué)情分析功能，分階段，分章節(jié)，快速識別出學(xué)生的編程能力，對學(xué)生進(jìn)行層次劃分，解決傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生層次識別的難題。

筆者設(shè)計(jì)的分層教學(xué)模式如圖1所示，在該模式中，不同的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)層次的同學(xué)被區(qū)分出來，如10%自學(xué)層和20%的加油層。

4 分層教學(xué)模式教學(xué)實(shí)踐

筆者從2018年開始利用MOOC和Python123平臺開展線上線下相結(jié)合的分層教學(xué)實(shí)踐[4]，所教授的課程有《C語言程序設(shè)計(jì)》《Python程序設(shè)計(jì)》，現(xiàn)以2020～2021學(xué)年第1學(xué)期所授的《高級語言程序設(shè)計(jì)》課程為例，介紹筆者所提教學(xué)模式的實(shí)踐情況。該課程共8個班，4名教師，以課程組的形式制定教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)計(jì)劃，各班的教學(xué)要求、教學(xué)內(nèi)容、考核內(nèi)容統(tǒng)一。筆者負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)兩個班，其中2020級計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)1班，60人按傳統(tǒng)的翻轉(zhuǎn)課堂形式教學(xué)[5]，2020級科技2班55人開展分層教學(xué)模式的實(shí)驗(yàn)。

4.1 教學(xué)計(jì)劃與分層時間點(diǎn)選擇

高級語言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)計(jì)劃主要分編程基礎(chǔ)、程序結(jié)構(gòu)、函數(shù)、數(shù)組、指針、結(jié)構(gòu)、編程進(jìn)階八個模塊。根據(jù)這八個模塊的進(jìn)度，分別在編程基礎(chǔ)、程序結(jié)構(gòu)、數(shù)組、指針?biāo)膫€模塊結(jié)束后設(shè)置分層測試點(diǎn)。具體安排如表1所示：

在編程基礎(chǔ)和程序結(jié)構(gòu)兩個模塊，主要用來區(qū)分第一層和其他兩個層次的同學(xué)，經(jīng)過多年教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)具有自主學(xué)習(xí)能力的同學(xué)在進(jìn)入課程不久就能找到合適自己的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)進(jìn)度，具備獨(dú)立自主學(xué)習(xí)能力，所以這部分同學(xué)的區(qū)分放在比較靠前的位置。等課程進(jìn)行到40%左右，第三層的同學(xué)逐步呈現(xiàn)，需要找出這部分同學(xué)，并給予課后輔導(dǎo)和其他幫助，讓其跟上課程進(jìn)程。

4.2 分層教學(xué)執(zhí)行過程

以上四個節(jié)點(diǎn)的層次教學(xué)具體步驟如下：

1）課前在慕課堂布置符合學(xué)生能力的基礎(chǔ)MOOC視頻學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生自主學(xué)習(xí)，并整理好學(xué)習(xí)過程的問題;

2）教師根據(jù)慕課堂的預(yù)習(xí)情況，在Python123平臺設(shè)計(jì)課前測試題目，開展課前測試;

3）教師根據(jù)課前測試結(jié)果和慕課堂任務(wù)完成情況，區(qū)分自學(xué)層的同學(xué)和其他同學(xué)，自學(xué)層次的同學(xué)指導(dǎo)其自學(xué)并安排完成ACM競賽編程題目，其他同學(xué)緊跟課堂，通過課堂學(xué)習(xí)完成知識點(diǎn)的掌握;

4）課堂教學(xué)結(jié)束后，教師在Python123平臺布置課后練習(xí)題，學(xué)生課后完成;

5）在單元教學(xué)結(jié)束后，設(shè)計(jì)單元測試題目，發(fā)現(xiàn)知識掌握的薄弱點(diǎn)，篩選基礎(chǔ)知識仍然沒有掌握的少部分同學(xué);

6）安排線上課后答疑輔導(dǎo)，重點(diǎn)解決部分同學(xué)的機(jī)器思維建立、基礎(chǔ)知識薄弱、重難點(diǎn)知識點(diǎn)不能理解等問題。

5 教學(xué)效果分析

5.1 單元教學(xué)效果分析

表2是在完成“分支結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)”單元后的兩個班的測試結(jié)果數(shù)據(jù)。

從以上表格我們可以看出：?相同題目的課后測試，分層班的成績要好于傳統(tǒng)翻轉(zhuǎn)課堂班，說明有效的課前測試對能提高學(xué)生課堂學(xué)習(xí)效率和對知識的理解;?通過輔導(dǎo)后，及格學(xué)生比例大幅增加，說明有針對地課后輔導(dǎo)對尾部學(xué)生效果明顯;l具備完全自學(xué)能力的學(xué)生不足6%，課堂教學(xué)還是此類課程的重點(diǎn)，MOOC視頻等只能作為輔助教學(xué)手段。

5.2 學(xué)期教學(xué)效果分析

學(xué)期結(jié)束，課程組在Python123平臺設(shè)計(jì)了本學(xué)期的期末測試題，所有班級在同一時間完成相同的題目，主要目的是考核學(xué)生對基本知識點(diǎn)的掌握和基本的編程能力，本次考試題目難度偏大，題量較多，考試分?jǐn)?shù)不夠理想，但起到了很好區(qū)分教學(xué)效果和學(xué)生掌握情況的目的，具體情況如表3所示。

從以上表格我們可以看出：分層教學(xué)班的各方面數(shù)據(jù)都優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)班和其他教學(xué)班，體現(xiàn)出分層教學(xué)的優(yōu)勢，特別是在頭部和尾部學(xué)生方面，效果更為明顯，起到了針對程序設(shè)計(jì)課程進(jìn)行分層教學(xué)改革的目標(biāo)。另外筆者所教授的傳統(tǒng)翻轉(zhuǎn)課堂班成績沒有達(dá)到年級的其他教學(xué)班平均水平，與其他老師也在積極探討教學(xué)改革提高教學(xué)質(zhì)量有關(guān)。

6 結(jié)語

通過以上的教學(xué)實(shí)踐分析和問卷調(diào)查我們可以看出，本文所提出的基于慕課和Python123平臺的分層教學(xué)模式是可行且有效的，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果明顯提高，自主學(xué)習(xí)能力、獨(dú)立思考能力、程序設(shè)計(jì)能力等核心能力都有一定程度的提高，符合當(dāng)前學(xué)生培養(yǎng)中提高學(xué)生核心素養(yǎng)的目標(biāo)，并為其他教師的教學(xué)改革提供了切實(shí)可行的思路和平臺借鑒。但在其實(shí)施的過程中我們還需要考慮以下幾方面問題：?如何提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，從實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)用型本科院校中，具備完全自主學(xué)習(xí)能力的學(xué)生比例越來越少，而自主學(xué)習(xí)能力是大學(xué)期間需要培養(yǎng)和鍛煉的一項(xiàng)重要技能;?如何解決課時不足的問題，為了不占用本來就很緊張的課堂教學(xué)時間，在本文所提到的課后輔導(dǎo)，利用到了學(xué)生和老師的課后時間;l分層教學(xué)過程中如何區(qū)分學(xué)生的創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，本文提到的平臺和方法，能夠在學(xué)生的編程能力、獨(dú)立思考能力、自主學(xué)習(xí)能力方面起到輔助作用，但是在區(qū)分創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力上尚需進(jìn)一步的研究與實(shí)踐。

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【通聯(lián)編輯：張薇】