基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的“程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革探索

陳祥

摘要：傳統(tǒng)的“程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)以教師為中心，教學(xué)方法、教學(xué)案例和評(píng)價(jià)方法較為單一，導(dǎo)致學(xué)生缺乏獨(dú)立思考和創(chuàng)新精神。本文嘗試從提升教學(xué)中學(xué)生的參與度、圍繞計(jì)算思維重構(gòu)知識(shí)圖譜、引入個(gè)性化學(xué)習(xí)、主張程序設(shè)計(jì)訓(xùn)練的延續(xù)性等角度進(jìn)行教學(xué)改革，提出了五項(xiàng)具體的教改措施，包括開(kāi)展分組討論教學(xué)、搭建實(shí)踐教學(xué)案例庫(kù)、建設(shè)智能學(xué)習(xí)平臺(tái)、堅(jiān)持以賽促學(xué)、實(shí)施多元化評(píng)價(jià)等，以期更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和計(jì)算思維能力。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì)；教學(xué)改革；創(chuàng)新能力

引言

本世紀(jì)以來(lái)，信息技術(shù)快速發(fā)展，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、智能計(jì)算等技術(shù)不斷革新，在醫(yī)學(xué)、金融、交通等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，隨著以ChatGPT為代表的通用人工智能技術(shù)的不斷成熟，社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展迎來(lái)新的動(dòng)力。信息技術(shù)發(fā)展如此之快，且未來(lái)仍有巨大的發(fā)展空間，需要有創(chuàng)新能力的人才推動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步。因此，高校教育須強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新能力，才能推動(dòng)我國(guó)相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)保持國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

“程序設(shè)計(jì)”類課程是專業(yè)基礎(chǔ)課程，學(xué)生在這門課程中掌握編程的基本技能和方法，通過(guò)在項(xiàng)目實(shí)踐中分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，鍛煉程序設(shè)計(jì)動(dòng)手能力，同時(shí)提升邏輯思維、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、實(shí)踐能力等多個(gè)方面的綜合素質(zhì)。為滿足當(dāng)前時(shí)代對(duì)創(chuàng)新人才的需求，必須不斷強(qiáng)化“程序設(shè)計(jì)”類課程的教學(xué)質(zhì)量，優(yōu)化教學(xué)方式并推動(dòng)教學(xué)改革。這不僅具有重要的時(shí)代意義，也具有現(xiàn)實(shí)的價(jià)值。

1. “程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)常見(jiàn)問(wèn)題

1.1 學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不高

“程序設(shè)計(jì)”課程作為專業(yè)入門基礎(chǔ)課程，學(xué)生在學(xué)習(xí)中經(jīng)常遇到邏輯思維能力和抽象思維能力不足的問(wèn)題，從而感到內(nèi)容枯燥，學(xué)習(xí)難度大，學(xué)習(xí)的興趣和耐力遭受了打擊。究其原因，一方面是課程本身技術(shù)含量高、難度大，缺乏實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，缺少趣味性；另一方面是傳統(tǒng)的講授式教學(xué)方法往往是被動(dòng)的，學(xué)生在教學(xué)環(huán)節(jié)中的參與度較低，缺少思考的主動(dòng)性和學(xué)習(xí)的積極性。這就需要教師能夠?qū)⒖菰锏恼n程轉(zhuǎn)化為學(xué)生感興趣的內(nèi)容，發(fā)揮強(qiáng)大的引導(dǎo)作用。

1.2 學(xué)生個(gè)體差異大

在現(xiàn)代大規(guī)模高等教育時(shí)代，大學(xué)為保證教學(xué)質(zhì)量的可控性，傾向于在課程設(shè)置、教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)大綱等方面趨同化，使用統(tǒng)一的教學(xué)資源和教學(xué)方法來(lái)培養(yǎng)學(xué)生。然而在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生個(gè)體差異大，具體表現(xiàn)在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、英語(yǔ)基礎(chǔ)、自學(xué)能力和編程經(jīng)驗(yàn)等方面的不同，若忽略這些差異，仍按照統(tǒng)一的內(nèi)容、進(jìn)度、難度授課，不同層次學(xué)生之間的學(xué)習(xí)效果差異會(huì)更加明顯，同時(shí)將導(dǎo)致學(xué)生的興趣被忽略，學(xué)習(xí)積極性下降，個(gè)性化發(fā)展受限，打擊了學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

1.3 教學(xué)方法單一

當(dāng)前，部分本科院校在“程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)上仍然采用以教師為中心的傳統(tǒng)知識(shí)講授和上機(jī)練習(xí)，學(xué)生可能會(huì)失去嘗試和探索的機(jī)會(huì)，限制了他們的思維和創(chuàng)造力發(fā)展。在課程講授中，往往側(cè)重于知識(shí)點(diǎn)的講解，讓學(xué)生理解語(yǔ)法的規(guī)則，展示語(yǔ)法的使用，但學(xué)生獨(dú)立思考、探索和嘗試的能力未能得到鍛煉；在上機(jī)練習(xí)中，實(shí)踐案例的層次和類型不夠豐富，行業(yè)真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景少，解題思路單一，學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐和動(dòng)手能力未能得到鍛煉。

1.4 評(píng)價(jià)機(jī)制單一

傳統(tǒng)的課程評(píng)價(jià)機(jī)制通常包含平時(shí)考核成績(jī)和期末考試成績(jī)，而平時(shí)考核成績(jī)主要由考勤、作業(yè)、上機(jī)等組成。這種評(píng)價(jià)機(jī)制的主要問(wèn)題在于評(píng)價(jià)內(nèi)容單一、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)過(guò)于功利，學(xué)生和老師都很容易陷入“應(yīng)試教育”的泥沼中。傳統(tǒng)的課程評(píng)價(jià)機(jī)制在一定程度上抑制了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索精神。學(xué)生更傾向于完成考核任務(wù)而非真正掌握知識(shí)和技能，同時(shí)也容易忽略課程中的其他重要方面。

2. “程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革要點(diǎn)

隨著課程改革理念的不斷深入和完善，傳統(tǒng)的課程教學(xué)方式難以滿足時(shí)代要求，要想讓“程序設(shè)計(jì)”課程為學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)打下良好基礎(chǔ)，可從以下四個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)改革。

2.1 提升教學(xué)中學(xué)生的參與度

學(xué)習(xí)參與度是評(píng)估學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量的重要指標(biāo)，近年來(lái)提倡的項(xiàng)目式教學(xué)、研討式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)理念都以學(xué)生高度參與作為教改基礎(chǔ)。提高學(xué)生參與度的方法有很多，比如增加互動(dòng)、激發(fā)興趣、使用多媒體、設(shè)計(jì)有趣的任務(wù)等。

2.2 圍繞計(jì)算思維重構(gòu)知識(shí)圖譜

“程序設(shè)計(jì)”課應(yīng)避免過(guò)度強(qiáng)調(diào)程序設(shè)計(jì)的繁雜語(yǔ)法和規(guī)則、限制學(xué)生思維的主觀能動(dòng)性[1]。計(jì)算思維重視邏輯、抽象、推理、綜合，強(qiáng)調(diào)對(duì)知識(shí)的深入理解，發(fā)現(xiàn)知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)和規(guī)律，通過(guò)對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的分解與解決，提升學(xué)習(xí)效率，提高創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

2.3 引入個(gè)性化學(xué)習(xí)理念

個(gè)性化學(xué)習(xí)以反映學(xué)生個(gè)性差異為基礎(chǔ)，可以幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)效率、興趣和創(chuàng)造力。人工智能技術(shù)的發(fā)展使得為學(xué)生打造一對(duì)一的AI教師變得可行，基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)對(duì)學(xué)習(xí)者狀態(tài)進(jìn)行跟蹤反饋，評(píng)估學(xué)習(xí)效果，引導(dǎo)學(xué)習(xí)方向，實(shí)施定向干預(yù)、精準(zhǔn)教學(xué)。

2.4 主張程序設(shè)計(jì)訓(xùn)練的延續(xù)性

“程序設(shè)計(jì)”課程的學(xué)習(xí)，需要將實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)延續(xù)到課后，持續(xù)提高程序設(shè)計(jì)的能力和水平。課下的實(shí)踐包括完成老師布置的作業(yè)和練習(xí)、參與編程競(jìng)賽或項(xiàng)目開(kāi)發(fā)、閱讀優(yōu)秀的程序代碼或教材、與同學(xué)或老師交流經(jīng)驗(yàn)心得等。

3. “程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革路徑

課程教學(xué)改革是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，涉及教育理念、課程目標(biāo)、內(nèi)容、實(shí)施、評(píng)價(jià)、管理等多個(gè)方面，需要以課堂提質(zhì)增效為主渠道，以課后服務(wù)為落腳點(diǎn)，既要豐富教學(xué)資料，又需要輔以先進(jìn)智能技術(shù)，還需要多種方式加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的激勵(lì)和考核。本文根據(jù)“程序設(shè)計(jì)”課程的特點(diǎn)，將課程改革路徑歸納為以下五個(gè)方面。

3.1 開(kāi)展分組討論教學(xué)

分組討論教學(xué)是一種以學(xué)生為主體、教師為引導(dǎo)者的教學(xué)方法，以小組作為課堂組織形式，將討論作為課堂教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，既能發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，又能調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

“程序設(shè)計(jì)”課程的理論知識(shí)點(diǎn)多、案例場(chǎng)景多，涉及數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)理邏輯等多學(xué)科知識(shí)，為激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，往往需要引入生產(chǎn)環(huán)境的真實(shí)案例，鍛煉學(xué)生分析和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。在分組討論教學(xué)中，可根據(jù)學(xué)生的編程水平和特點(diǎn)，以4～6人劃分為一組作為評(píng)比單元，引導(dǎo)學(xué)生在課下預(yù)習(xí)所涉及的知識(shí)點(diǎn)，并拓展至關(guān)聯(lián)的交叉學(xué)科和企業(yè)前沿問(wèn)題。在討論過(guò)程中，教師負(fù)責(zé)監(jiān)督和激勵(lì)小組成員思考和討論問(wèn)題，拓展學(xué)生的思維和視野，激發(fā)創(chuàng)造力和批判性思維[2]。

分組討論教學(xué)較好地平衡了知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀三大教學(xué)目標(biāo)。教學(xué)過(guò)程中，不僅讓學(xué)生掌握相關(guān)知識(shí)，還要運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題，不僅關(guān)注結(jié)果，更關(guān)注過(guò)程，鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)能力，通過(guò)討論和觀點(diǎn)表達(dá)，培養(yǎng)學(xué)生的興趣、自信、責(zé)任和尊重等情感態(tài)度和價(jià)值觀。

3.2 搭建實(shí)踐教學(xué)案例庫(kù)

傳統(tǒng)的“程序設(shè)計(jì)”課程案例主要來(lái)源于教材和教師自主設(shè)計(jì)，案例主要服務(wù)于課程知識(shí)點(diǎn)講解，提供同步的鞏固練習(xí)。由于課時(shí)限制、考核要求以及對(duì)應(yīng)用領(lǐng)域的了解程度等因素限制，“程序設(shè)計(jì)”課程的案例往往基于過(guò)多的假設(shè)，對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了預(yù)處理，過(guò)濾掉細(xì)節(jié)，提出過(guò)于明確的要求，使得程序的開(kāi)發(fā)和評(píng)價(jià)變得簡(jiǎn)單化、統(tǒng)一化，學(xué)生只須根據(jù)教材知識(shí)點(diǎn)機(jī)械化地“照貓畫(huà)虎”，降低了學(xué)習(xí)的興趣[3]。

“程序設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)案例應(yīng)體現(xiàn)真實(shí)性、分層性、多樣性，在實(shí)施中，可構(gòu)建知識(shí)點(diǎn)案例、綜合練習(xí)案例、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目案例和復(fù)雜工程案例四級(jí)案例庫(kù)。知識(shí)點(diǎn)案例可以幫助學(xué)生掌握基本的語(yǔ)法和概念，通常只涉及一個(gè)或幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)；綜合練習(xí)案例涉及多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的綜合應(yīng)用，可以幫助學(xué)生鞏固和運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)；實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目案例更接近實(shí)際應(yīng)用，通常涉及一個(gè)完整項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)過(guò)程，可以提高學(xué)生的編程水平；復(fù)雜工程案例是難度最高的，通常涉及一個(gè)大型工程的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，能夠拓寬學(xué)生的視野，激發(fā)創(chuàng)新創(chuàng)造熱情。

3.3 建設(shè)智能學(xué)習(xí)平臺(tái)

實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)是“程序設(shè)計(jì)”課程建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一。傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)讓教師、學(xué)生、管理者等角色圍繞作業(yè)、考試進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，趣味性探索性不足，知識(shí)引導(dǎo)性和串聯(lián)度不高，實(shí)踐項(xiàng)目的開(kāi)放性和實(shí)效性不高。新時(shí)期平臺(tái)的構(gòu)建亟須從以作業(yè)考試為核心的被動(dòng)壓迫型平臺(tái)轉(zhuǎn)化為以激發(fā)學(xué)生興趣的知識(shí)案例為中心的主動(dòng)學(xué)習(xí)型平臺(tái)，以學(xué)生為中心構(gòu)建智能學(xué)習(xí)空間[4]。

智能學(xué)習(xí)平臺(tái)是一種利用大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)，為學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化、自適應(yīng)、互動(dòng)的學(xué)習(xí)環(huán)境和資源的教育平臺(tái)。平臺(tái)支持多種類型數(shù)據(jù)源的接入、導(dǎo)入、標(biāo)注、處理和存儲(chǔ)，提供多種機(jī)器學(xué)習(xí)框架和算法的選擇，為不同的學(xué)習(xí)目標(biāo)和場(chǎng)景提供相應(yīng)的模型訓(xùn)練，為學(xué)習(xí)者提供友好、易用、個(gè)性化的學(xué)習(xí)界面和資源，以及多樣、實(shí)時(shí)、互動(dòng)的學(xué)習(xí)反饋和輔導(dǎo)，打造優(yōu)質(zhì)、有趣、有效的學(xué)習(xí)體驗(yàn)[5]。

智能學(xué)習(xí)平臺(tái)可以根據(jù)學(xué)習(xí)者的水平、興趣、目標(biāo)和進(jìn)度，為他們推薦合適的“程序設(shè)計(jì)”課程和內(nèi)容，通過(guò)智能評(píng)估、反饋、輔導(dǎo)和激勵(lì)，幫助學(xué)習(xí)者檢測(cè)和提高程序設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)他們的自信心和成就感。

3.4 堅(jiān)持以賽促學(xué)

以賽促學(xué)、賽教融合是一種教學(xué)創(chuàng)新模式，將各類學(xué)科競(jìng)賽的資源、過(guò)程、評(píng)價(jià)等與教學(xué)相結(jié)合。以賽促學(xué)一方面培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和職業(yè)素質(zhì)，讓學(xué)生在競(jìng)賽中面對(duì)更加貼近工程實(shí)際的挑戰(zhàn)和問(wèn)題，鍛煉學(xué)生冷靜思考、快速解決問(wèn)題、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、溝通表達(dá)等綜合素質(zhì)；另一方面可以推動(dòng)教師的教學(xué)改革和創(chuàng)新，讓教師在指導(dǎo)競(jìng)賽中更新教學(xué)內(nèi)容和方法，結(jié)合競(jìng)賽資源和過(guò)程，打造一體化的教學(xué)服務(wù)。

為達(dá)到以賽促學(xué)的效果，須注重教學(xué)與競(jìng)賽資源融合，打造一體化的資源共享平臺(tái)，利用競(jìng)賽中使用的平臺(tái)、設(shè)備、仿真等資源，更新和豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。在教學(xué)中，設(shè)計(jì)分層次的綜合能力提升過(guò)程，采用基礎(chǔ)題目、自選題目、課內(nèi)比賽、課外競(jìng)賽等分層次的教學(xué)模式，讓學(xué)生從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從基礎(chǔ)到創(chuàng)新，逐步提高程序設(shè)計(jì)能力。同時(shí)，將競(jìng)賽評(píng)價(jià)融入課程，根據(jù)學(xué)生的興趣和能力，給予不同的擴(kuò)展題目和競(jìng)賽機(jī)會(huì)，讓學(xué)生選擇自己感興趣的作品或競(jìng)賽參與答辯或評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的激勵(lì)與分層次的考核。

3.5 實(shí)施多元化評(píng)價(jià)

課程評(píng)價(jià)機(jī)制的改革是一項(xiàng)長(zhǎng)期而復(fù)雜的任務(wù)。在尊重傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上，不斷探索和創(chuàng)新，逐步實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)的多元化、個(gè)性化。針對(duì)本文提出的“程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革路徑，建議從自我評(píng)價(jià)、組內(nèi)評(píng)價(jià)、教師評(píng)價(jià)、成果評(píng)價(jià)、知識(shí)與技能評(píng)價(jià)等五個(gè)方面開(kāi)展評(píng)價(jià)。

（1）自我評(píng)價(jià)是學(xué)生對(duì)自己的學(xué)習(xí)過(guò)程和成果進(jìn)行反思和評(píng)價(jià)。這種評(píng)價(jià)方式可以提高學(xué)生的自我監(jiān)控能力，明確自己的優(yōu)勢(shì)和不足，及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)策略和方法，促進(jìn)學(xué)習(xí)效果的提升。

（2）組內(nèi)評(píng)價(jià)是指學(xué)生對(duì)同組成員的學(xué)習(xí)態(tài)度和貢獻(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。這種評(píng)價(jià)方式可以增強(qiáng)學(xué)生的合作意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神，讓學(xué)生互相了解、尊重、支持、幫助，提高組內(nèi)成員的參與度和責(zé)任感。

（3）教師評(píng)價(jià)是指教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)和能力水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。這種評(píng)價(jià)方式可以反映學(xué)生的知識(shí)掌握程度和技能運(yùn)用水平，讓教師跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時(shí)給予反饋和指導(dǎo)。

（4）成果評(píng)價(jià)是指根據(jù)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)作品或項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià)。這種評(píng)價(jià)方式可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，將所學(xué)知識(shí)和技能應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題的解決，展示自己的思想和成果。

（5）知識(shí)與技能評(píng)價(jià)是指根據(jù)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)知識(shí)和技能進(jìn)行評(píng)價(jià)。這種評(píng)價(jià)方式可以檢驗(yàn)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)和核心技能，讓學(xué)生掌握程序設(shè)計(jì)的基本概念、原理、方法、規(guī)范等。

結(jié)語(yǔ)

本文分析了傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的問(wèn)題，提出了基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的“程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革方案，包括開(kāi)展分組討論教學(xué)、搭建實(shí)踐教學(xué)案例庫(kù)、建設(shè)智能學(xué)習(xí)平臺(tái)、堅(jiān)持以賽促學(xué)、實(shí)施多元化評(píng)價(jià)等。當(dāng)然，這些措施的落實(shí)更需要認(rèn)真規(guī)劃及教育者的支持，以通過(guò)這些改革，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力、豐富學(xué)習(xí)資源和改善學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生可以更好地掌握學(xué)科知識(shí)和技能，并培養(yǎng)創(chuàng)新精神和解決問(wèn)題的能力，這些能力將對(duì)學(xué)生未來(lái)的職業(yè)發(fā)展產(chǎn)生積極的影響。

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作者簡(jiǎn)介：陳祥，碩士研究生，研究方向：計(jì)算機(jī)軟件與理論。

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