基于泛在學(xué)習(xí)環(huán)境的《C語言程序設(shè)計》翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)研究

劉國奇 靳瑞霞 孫全黨

摘要：目前《C語言程序設(shè)計》課程教學(xué)存在一些問題，使其課程教學(xué)發(fā)展陷入了瓶頸期。利用泛在學(xué)習(xí)的永久性、可獲取性、即時性、交互性、教學(xué)行為的場景性、適應(yīng)性、整合性等特征，搭建《C語言程序設(shè)計》課程泛在學(xué)習(xí)環(huán)境，并將其實(shí)現(xiàn)于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式中，可以提高《C語言程序設(shè)計》課程的教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生問題分析、問題解決及實(shí)際動手編程的能力。

關(guān)鍵詞：《C語言程序設(shè)計》泛在學(xué)習(xí)；教學(xué)環(huán)境；翻轉(zhuǎn)課堂；教學(xué)模式

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）31-0154-03

一、引言

C語言不僅具有高效、靈活、功能豐富、表達(dá)力強(qiáng)及較高可移植性等特點(diǎn)，而且具有通用性、過程式的編程語言優(yōu)勢，受到廣大計算機(jī)程序員的青睞，被廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)與各類應(yīng)用軟件的開發(fā)。有學(xué)者認(rèn)為能否熟練掌握并運(yùn)用C語言，是衡量一名計算機(jī)類專業(yè)學(xué)生專業(yè)水平的基本標(biāo)準(zhǔn)。因此，我國高校計算機(jī)類專業(yè)對其給予了一定的重視。通常在大一學(xué)年面向新生開設(shè)《C語言程序設(shè)計》課程，將其作為第一門基礎(chǔ)性程序設(shè)計課程，為學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、高級程序設(shè)計等相關(guān)專業(yè)課程奠定基礎(chǔ)。

從1991年清華大學(xué)開設(shè)C語言課程以來，《C語言程序設(shè)計》課程教學(xué)在我國已經(jīng)歷25年，在多年的實(shí)際教學(xué)過程中積累了一定的教學(xué)經(jīng)驗，但也出現(xiàn)了一些問題。這些問題降低了學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的學(xué)習(xí)興趣，使《C語言程序設(shè)計》課程教學(xué)發(fā)展陷入了瓶頸期。因此，應(yīng)用新的教學(xué)理念和教學(xué)手段，創(chuàng)新《C語言程序設(shè)計》課程教學(xué)模式，促進(jìn)其教學(xué)發(fā)展，成為目前《C語言程序設(shè)計》課程教學(xué)研究的關(guān)鍵問題。

計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)為人們的學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)了新的教學(xué)環(huán)境，也引發(fā)了新的教學(xué)理念思考，電子化學(xué)習(xí)（E-learning）、移動學(xué)習(xí)（M-learning）、泛在學(xué)習(xí)（U-learning）等教學(xué)理念及學(xué)習(xí)環(huán)境逐步得到發(fā)展及認(rèn)同，并引發(fā)翻轉(zhuǎn)課堂、MOOC等教學(xué)模式的變革。本文結(jié)合目前我國高校《C語言程序設(shè)計》課程教學(xué)的經(jīng)驗和問題，將泛在學(xué)習(xí)理念及翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用于《C語言程序設(shè)計》課程教學(xué)中，改變以教師為中心的教學(xué)現(xiàn)狀，充分體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的學(xué)習(xí)理念，以期提出更加切合《C語言程序設(shè)計》課程教學(xué)的有效教學(xué)模式，從而提高《C語言程序設(shè)計》課程的教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生問題分析、問題解決及實(shí)際動手編程的能力。

二、《C語言程序設(shè)計》課程教學(xué)問題分析

如前所述，25年間，譚浩強(qiáng)教授等專家、學(xué)者在《C語言程序設(shè)計》課程的教材編寫、教學(xué)方法、教學(xué)手段等方面積累了較為豐富的經(jīng)驗，《C語言程序設(shè)計》課程在我國高校已有一定的教學(xué)基礎(chǔ)。但在該課程的建設(shè)過程中，也發(fā)現(xiàn)存在一些不容忽視的問題。

（一）教學(xué)內(nèi)容多，教學(xué)學(xué)時不足

目前，我國高校《C語言程序設(shè)計》課程教學(xué)學(xué)時大都為64學(xué)時，其中32學(xué)時為理論課，32學(xué)時為實(shí)驗課。但是一方面C語言涉及的概念比較復(fù)雜，規(guī)則繁多，教師要在有限的時間內(nèi)高質(zhì)量地完成教學(xué)內(nèi)容，存在較大的壓力；另一方面C語言使用靈活，容易出錯，學(xué)生既要分析問題設(shè)計程序，又要動手編寫程序代碼上機(jī)調(diào)試運(yùn)行，實(shí)驗學(xué)時也明顯不足。

（二）教學(xué)內(nèi)容抽象，學(xué)習(xí)者興趣難引發(fā)

C語言的一些基本概念和語法規(guī)則的基礎(chǔ)知識既枯燥又比較抽象難懂。例如《C語言程序設(shè)計》課程中的“數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算符與表達(dá)式”，內(nèi)容涉及數(shù)據(jù)在計算機(jī)內(nèi)存中的存儲形式，較為瑣碎、抽象。教師授課時，如果只是講解具體規(guī)則和書本上的例題，則很難引起學(xué)生們的興趣。

（三）學(xué)習(xí)者起點(diǎn)層次不齊，“學(xué)習(xí)者為中心”難實(shí)現(xiàn)

隨著計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的普及和目前我國高中信息技術(shù)課程的不斷發(fā)展，部分大一新生在高中階段對程序設(shè)計有所接觸，但也有部分地區(qū)的高中信息技術(shù)課程改革進(jìn)程緩慢，學(xué)生信息素養(yǎng)培養(yǎng)不足。因此，《C語言程序設(shè)計》課程的學(xué)習(xí)者起點(diǎn)層次不齊，利用有限的教學(xué)學(xué)時很難實(shí)現(xiàn)以學(xué)習(xí)者為中心的教學(xué)模式，進(jìn)行因材施教。

三、基于問題分析的《C語言程序設(shè)計》泛在學(xué)習(xí)環(huán)境搭建

泛在學(xué)習(xí)環(huán)境（U-Learning）創(chuàng)設(shè)了一種“以學(xué)習(xí)者為中心”不受時空限制的智能化學(xué)習(xí)空間。從更深層面上理解，泛在學(xué)習(xí)環(huán)境是一種任何人可以在任何地方、任何時間，借助任何設(shè)備獲取所需的任何信息的5A（Any-one，Anywhere，Anytime，Anydevice，Anything）學(xué)習(xí)模式。由于泛在學(xué)習(xí)具有永久性、可獲取性、即時性、交互性、教學(xué)行為的場景性、適應(yīng)性、整合性等特征，將信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展融入到《C語言程序設(shè)計》課程的日常教學(xué)及學(xué)習(xí)生活中，為其搭建泛在學(xué)習(xí)環(huán)境，可以改變現(xiàn)有的教學(xué)及學(xué)習(xí)方式，使教師和學(xué)生能夠打破傳統(tǒng)的課堂授課及學(xué)習(xí)模式，擺脫時間、地點(diǎn)、學(xué)習(xí)資源的限制，讓教學(xué)和學(xué)習(xí)變得無處不在，有針對性地解決《C語言程序設(shè)計》課程教學(xué)存在的問題。具體的《C語言程序設(shè)計》課程泛在學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計如圖1所示。

利用《C語言程序設(shè)計》課程泛在學(xué)習(xí)環(huán)境，教師和學(xué)生從不同的側(cè)重點(diǎn)展開具體的教學(xué)和學(xué)習(xí)。

1.教師。在泛在學(xué)習(xí)環(huán)境中，教師根據(jù)《C語言程序設(shè)計》課程教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，利用平板電腦、筆記本電腦、PDA、智能手機(jī)等工具，通過校園網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、教師博客、教師微博、師生QQ群、師生微信朋友圈等方式，向?qū)W生推送課程學(xué)習(xí)相關(guān)的學(xué)習(xí)資源并提供學(xué)習(xí)服務(wù)。例如：在每次課前發(fā)布《C語言程序設(shè)計》課程的具體教學(xué)目標(biāo)及要求、教學(xué)課件、精品課程鏈接地址等教學(xué)資源，指導(dǎo)學(xué)生做好每次課前預(yù)習(xí)并提出相關(guān)熱點(diǎn)問題，引發(fā)學(xué)生思考和學(xué)習(xí)興趣；在課后就本次教學(xué)內(nèi)容在線參與學(xué)生實(shí)時學(xué)習(xí)討論、及時回答學(xué)生問題、批復(fù)學(xué)生提交的作業(yè)等，幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識，使教學(xué)得以深入延展。

2.學(xué)生。在泛在學(xué)習(xí)環(huán)境中，針對《C語言程序設(shè)計》課程，學(xué)生根據(jù)自身學(xué)習(xí)基礎(chǔ)及學(xué)習(xí)需求，在自由的時間和地點(diǎn)，利用平板電腦、筆記本電腦、PDA、智能手機(jī)等工具，通過訪問校園網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、教師博客、教師微博等平臺明確課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)并獲得第一手學(xué)習(xí)資料；通過登錄師生QQ群、師生微信朋友圈以及使用搜索引擎等方式搜集學(xué)習(xí)資料，還可以進(jìn)行學(xué)習(xí)提問并進(jìn)行相互討論。特別是針對《C語言程序設(shè)計》的實(shí)驗部分內(nèi)容，學(xué)生可以通過實(shí)時聊天工具將自己的出錯信息進(jìn)行截屏，發(fā)送給教師或同學(xué)，獲得指導(dǎo)和幫助，大大提高了問題的解決效率。由此可見，利用泛在學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生可以根據(jù)自身情況由淺入深地展開《C語言程序設(shè)計》課程的學(xué)習(xí)，可以很好地明確聽課目標(biāo)、展開課前預(yù)習(xí)、進(jìn)行復(fù)習(xí)討論、提交作業(yè)并獲得回饋等。

四、泛在學(xué)習(xí)環(huán)境下《C語言程序設(shè)計》翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式實(shí)現(xiàn)

翻轉(zhuǎn)課堂（Flipped Classroom或Inverted Classroom），起源于科羅拉多州林地公園高中，是一種利用信息技術(shù)，對傳統(tǒng)教學(xué)中師生角色定位及課堂時間使用進(jìn)行重新建構(gòu)，對知識傳授和知識內(nèi)化進(jìn)行顛倒安排的一種新型教學(xué)模式。在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式中，首先知識的傳授通過信息技術(shù)的輔助在課前完成，教師不再占用課堂時間進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容講授，而是提前發(fā)布講解內(nèi)容的相關(guān)教學(xué)信息及教學(xué)資源，引導(dǎo)學(xué)生通過利用網(wǎng)絡(luò)查閱學(xué)習(xí)資料，觀看相關(guān)精品課程、視頻講座，閱讀電子書，并與教師、同學(xué)討論，進(jìn)行“以學(xué)生為中心”的個性化學(xué)習(xí)；其次，知識內(nèi)化在教師的幫助和同學(xué)的協(xié)助下在課堂中完成，學(xué)生通過充分的課前學(xué)習(xí)就關(guān)鍵性問題在課堂中與教師展開交流互動，對所學(xué)知識進(jìn)行深入的理解和優(yōu)化。翻轉(zhuǎn)課堂順利開展的基礎(chǔ)是提供能夠滿足學(xué)習(xí)者自主性選擇的課程學(xué)習(xí)資源并提供良好的在線學(xué)習(xí)服務(wù)，從這方面來說，泛在學(xué)習(xí)環(huán)境與翻轉(zhuǎn)課堂是相輔相成的，泛在學(xué)習(xí)環(huán)境是翻轉(zhuǎn)課堂良好成長的土壤，翻轉(zhuǎn)課堂是泛在學(xué)習(xí)環(huán)境實(shí)現(xiàn)的有效教學(xué)模式。

例如：筆者利用泛在學(xué)習(xí)環(huán)境，對清華大學(xué)出版社出版的譚浩強(qiáng)教授主編的《C程序設(shè)計（第四版）》第3章3.2小節(jié)——“數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式及其運(yùn)算”內(nèi)容，展開翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，取得了良好效果。具體翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)流程如下頁2所示。

（一）課前

在翻轉(zhuǎn)課堂的課前，教師需要完成基本教學(xué)知識的傳授，利用泛在學(xué)習(xí)環(huán)境完成以下工作。

1.公布本次教學(xué)的教學(xué)目的。

教學(xué)內(nèi)容：清華大學(xué)出版社出版的譚浩強(qiáng)教授主編的《C程序設(shè)計（第四版）》第3章3.2小節(jié)——“數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式及其運(yùn)算”

教學(xué)目標(biāo)：掌握c語言中的基本數(shù)據(jù)類型與運(yùn)算

教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)：理解C語言中的數(shù)據(jù)與真實(shí)數(shù)據(jù)的區(qū)別

2.發(fā)布本次教學(xué)所需的教學(xué)資源。

教學(xué)課件：http：//e-learning.htu.cn/index2.html

精品課程推介：http：//cms.hit.edu.cn

學(xué)習(xí)網(wǎng)站推介：http：//cms.hit.edu.cn

參考書目推介：蘇小紅等《C語言程序設(shè)計》（第三版）

3.發(fā)布本次教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的主要思考題。

題目1：C整數(shù)類型能否表示真實(shí)生活中的任意整數(shù)？

題目2：C中的浮點(diǎn)數(shù)是現(xiàn)實(shí)中的實(shí)數(shù)么？

題目3：C中無符號整數(shù)與有符號整數(shù)的差別？

題目4：任意大的數(shù)應(yīng)該如何表示？

在翻轉(zhuǎn)課堂的課前，學(xué)生需要根據(jù)教師公布的教學(xué)目的、發(fā)布的教學(xué)資源及思考題預(yù)設(shè)，利用泛在學(xué)習(xí)環(huán)境明確學(xué)習(xí)目的、搜集學(xué)習(xí)資料、思考學(xué)習(xí)問題，基本完成知識的構(gòu)建。

（二）課堂

教師引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位對圖2中“課前”部分的思考題預(yù)設(shè)，進(jìn)行學(xué)習(xí)展示、交流互動、反饋評價以及總結(jié)反思，使學(xué)生對所學(xué)知識深入理解，進(jìn)行知識內(nèi)化。例如：C語言中每一種整型數(shù)據(jù)類型有其各自的允許值范圍，如果對應(yīng)的變量值超出這個范圍，就要發(fā)生所謂的“溢出”，但是變量的值將會變成多少呢？這個問題是許多學(xué)生不容易理解的地方。在課堂討論中有一組學(xué)生對unsigned int型變量（允許值范圍為0～65535）的理解設(shè)計了“周期函數(shù)設(shè)想”，使抽象內(nèi)容形象化。即假設(shè)一個圓周分割了65536個點(diǎn)，從左到右依次表達(dá)0到65535，如果是最大值65536則和最小值0相同，于是產(chǎn)生溢出，最大值變?yōu)樽钚≈怠?/p>

基于這一設(shè)想，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，提出溢出問題的優(yōu)化“表盤設(shè)想”。即假設(shè)有一個巨型鐘表，秒針時間刻度為0～65535，當(dāng)秒針360度旋轉(zhuǎn)一圈后，最大值65536與最小值0重合，最大值變?yōu)樽钚≈诞a(chǎn)生溢出。

實(shí)踐證明，通過課堂討論的周期函數(shù)設(shè)想和表盤設(shè)想，學(xué)生對整型數(shù)據(jù)的溢出問題得到充分理解，并能夠舉一反三地思考其他知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)問題。

五、結(jié)束語

基于泛在學(xué)習(xí)環(huán)境的《C語言程序設(shè)計》翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，踐行了“以學(xué)生為中心”及“自主學(xué)習(xí)”的個性化學(xué)習(xí)理念。該模式使學(xué)生能夠根據(jù)自身對《C語言程序設(shè)計》課程的學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)起點(diǎn)進(jìn)行5A學(xué)習(xí)，并能夠高效地內(nèi)化所學(xué)的知識，自主構(gòu)建自身的《C語言程序設(shè)計》知識體系。基于泛在學(xué)習(xí)環(huán)境的《C語言程序設(shè)計》翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式有效地解決了目前該課程教學(xué)中存在的問題，為信息教育時代《C語言程序設(shè)計》課程教學(xué)改革研究拓展了新的思路。

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