基于大數據過程評價的計算思維C語言混合式教學模式探究

王嘯楠，雷大正

（安徽信息工程學院 計算機與軟件工程系，安徽 蕪湖 241000）

2006年3月，美國卡內基·梅隆大學計算機科學系周以真（JeannetteM.Wing）教授在美國計算機權威期刊Communications of the ACM上提出了“計算思維”(Computational Thinking)的概念和詳細定義[1].在這樣的背景下，陳國良院士和李廉教授發起并組織了若干次關于“計算思維”的研討會，對什么是“計算思維”及計算思維與理論思維、實驗思維的關系給出了科學的論述.可以說大家已經形成了“大學計算機”課程的核心價值就是培養學生的“計算思維”，應該以計算思維為導向進行大學計算機課程改革的共識，面向“計算思維”的大學計算機教育的基本思路已經深入人心[2].

因此，作為所有計算機專業甚至其他理工類專業課程的前驅課程，面向從未接觸過計算機編程語言的低年級學生，如何快速的讓學生掌握計算機科學基本概念，培養其計算思維以及編程能力，我們做了一次大膽的嘗試，即將計算機科學基本概念和實際編程語言進行相結合，形成計算思維C語言綜合性課程.

1 課程現狀分析

目前，計算思維導論課程在國內只有少數幾個學校開設.很多學校都是在學生沒有對計算機科學的基本概念掌握上，直接進行編程語言（大多數學校開設課程為C語言）的學習，這樣容易導致學生對編程語言理解的困難，需要很長一段時間進行適應.大部分學校在對計算機科學概念介紹時，也只是停留在概念的區別上，沒有采用有效的實踐進行深刻的體會.并且，從學生的實際情況來看，大部分學生在《計算思維導論（C語言）》課程之前沒有編程基礎，C語言對于學生來說屬于入門學科，而在一門入門課程中不僅要完成知識點的學習，并且實現兩種思維的轉換，這種教學效果是不理想的.

總體來說，傳統的課程教學現狀主要存在以下四個問題：

1.1 教學過程缺乏學生自主學習能力的培養

大部分學生在課前沒有準備工作，有的只是對新內容簡單預習，有的甚至不做預習工作，并且課上更多的是以老師講授為主，學生缺乏自主思維的能力，在課堂上總是被動接受知識，所以課堂效率低，授課效果不是很理想.而在當下，尤其是計算機行業相關的技術可以說是日益更新，學生必須具有自主學習的能力，能夠不斷學習新的技術才能在計算機行業得以立足，因此在總的課程培養中應將學生自主學習能力的培養放在首要位置.

1.2 課程資源內容老舊，缺乏綜合性

主要是兩個方面，第一點缺少思維的培養，課程資源中需引入數學或物理模型，提高學生邏輯思維和建模的能力，第二點C語言部分主要是培養學生編程的感覺，建立模塊化的思維方式，所以課程內容上應進行調整，讓學生在編程的開始就具有函數化的思維方式，另外學生的實踐環節應增加.

1.3 缺少綜合性過程考核

傳統的考核采用“一考定合格”的方式，但是這種方式的考核，存在一定的弊端，期末考試側重理論知識的考核，不能檢測學生綜合項目開發的能力以及整門課程學習過程的學習情況，而且大多數學生都是以考前瘋狂背誦記憶的方式應對，所以從傳統的角度考慮是不合理的，因此《計算思維導論（C語言）》課程應采用過程考核的方式，從多個維度考核學生的整體素質.

1.4 無法滿足學生學習過程中個性化需求

學生在學習的過程中，結合自身學習差異性，每個人的學習情況均不相同，對同一個知識，每個人的掌握情況也是不同的，而現有的教學資源不能針對性的向學習者提供個性化的學習資源用于鞏固提升.

為解決上述問題，在此次新的課程實施過程中，通過建設信息化教學服務平臺形成“教學練管”新閉環管理模式，深入推進混合式教學模式、過程考核評價和特色教學資源體系等一系列改革，構建完整的課程支撐體系.

圖1 計算思維導論C語言課程實施框架圖

2 以精品資源建設為支撐的教學改革

2.1 合理定位實施群體，明確課程改革目標

課程設計緊密圍繞學院規劃及應用型人才培養定位，通過建設信息化教學服務平臺（智慧學習平臺），深入推進教學模式、教學考核評價和資源體系改革，講師理論授課與學生實際操作課時達到1：5，真正落實“以學為主”的教學模式，建立以學習者為中心的個性化學習體系.

2.2 重構知識能力體系，形成特色教學資源

針對培養目標進行整體知識能力體系的重構，同時考慮到當前國內已有的關于計算思維課程或者C語言課程的教材均為獨立單一的，目前市場上并無一本適用于該門課程的指導教材，因此需要由專業師資隊伍實現一系列高度匹配的特色系列教學材料，例如實施計劃表、學習指南等，以替換部分傳統教學資源，從根本上解決市場現有資源與實際課程不匹配的現象，為后期實施混合式教學模式改革奠定基礎.

表1 特色系列教學材料功能一覽表

2.3 建設信息化教學服務平臺，實現“教學管練”閉環新模式

建設信息化教學服務平臺，依據大數據思維構建知識技能圖譜，將知識能力與學習任務、考核、學習行為數據維度進行建模，針對每一名學生規劃和設置成長路徑.通過大數據分析、處理能夠可視化學生成長地圖，可以對整個學習過程提供大量的反饋和精準預警，對教學過程進行優化、對異常情況采取補救措施.

圖2 學生平臺自主學習在線時段分布圖

（1）教，包含最新的行業學習資源，打破傳統教學，全面實現翻轉課堂.

（2）學，引導式任務驅動模式，改變學習習慣，成功實現學生依賴轉換.

（3）管，讓學生全過程學習結果、學習行為和狀態數據透明，形成輔導員與講師課內外學習協同管理閉環式機制.

（4）練，結合學生自身學習程度差異，自適應推送學習與練習任務，隨機出題，杜絕抄襲.

2.4 基于大數據過程評價的可持續教學內容設計

為避免出現課程中注重語法講解，而沒有通過實踐培養學生抽象和建模的能力，著重在教學內容上引入數學和物理知識，引導學生自主分析問題和建模的能力；以項目化實戰的方式，培養學生計算思維和編程感覺的建立.

（1）基于個性化學習方式，實現個性化學習內容推薦以及個性化學習模式的建立.結合信息化平臺自適應練習推送功能，構建兩種學習模式：普通模式和學霸模式.普通模式只需學習基礎章節，并且每個章節中只學習初級資源和中級資源；學霸模式需要學習基礎章節中初中高三個等級的資源，并且還要學習擴展章節.其中基礎章節分為：C語言入門、簡易計算器案例引入與分析、C語言輸入與輸出、函數、運算符、C語言基本邏輯、編程規范、數組、指針；擴展章節：枚舉、結構體、文件.

（2）基于能力導向應用型人才培養要求分解，合理設計迭代式教學案例.課程涉及3個綜合案例，且3個案例難易程度及作用均不同.首先通過第一個綜合案例引入函數化的思維模式，從輸入、處理、輸出三個維度引導學生分析項目需求，從而使學生形成模塊化的思維方式，然后隨著項目需求的擴大，提出問題并引出新的知識；第二個綜合案例主要用于配合第一個案例，學生通過第一個綜合案例學習知識，同步的通過第二個綜合案例鞏固和提升能力，在難度上，第二個綜合案例比第一個綜合案例要難，其業務邏輯較第一個更為復雜；第三個綜合案例是學生在學完整門課程后的一個綜合大項目，案例給出項目需求，要求學生自主進行需求分析和詳細設計，最后通過C語言實現項目.

（3）基于引導式及項目化驅動學習方式，合理設計教學內容.改變傳統知識接收方式，引入函數化的思維方式.函數化的思維方式需要培養學生將一個大的項目進行模塊化劃分的能力，函數的關鍵在于輸入處理輸出這樣三個部分，因而課程將采用學生比較熟悉又易于理解的生活場景出發，然后通過項目需求的擴大，不斷的學習新的知識，進行版本的迭代.

（4）課程資源中引入初等數學知識和物理模型，提高學生分析問題和建模的能力.為鍛煉學生模型構建能力，在課程中引入初等數學知識和物理模型，將涉及的初等數學、物理知識的范圍包括一元、二元方程組、一元、二元不等式、最優盈利、分解質因數、數列、最大公約數、最小公倍數、階乘、排列組合、幾何、運動軌跡、擲球模型、波形圖、小球碰撞等.引導學生分析問題和建模的能力，然后使用C語言自動化實現，從而改變以往C語言只學語法，不能鍛煉學生思維能力的問題.

2.5 引入助教機制，全面構建翻轉課堂

區別以往的教學模式，在整個教學過程中，側重學生個人學習能力的培養，老師，助教的角色演變為技術的指導者，幫助學生解決學習中的問題.因此整體課程學習模式為“學生自主學習，學習服務平臺支撐，老師、助教輔助，梯形團隊管理”，主講老師大班理論、重難度講解，助教小班作業輔導.

圖3 基于大數據學習服務平臺的翻轉課程實施流程圖

在該模式中，講師、助教和輔導員承擔不同的角色和職責，講師角色定位于解決學生學習質量問題，制定引導式計劃、查看平臺數據、整理授課內容、助教相關任務安排；助教角色定位于提升學生自主學習質量，針對自主學習進行輔導答疑，督促學生提交線下作業，督促學生完成學習計劃；輔導員主要協助解決學生不學問題，跟蹤不學學生情況并及時反饋給主講老師.

2.6 建立嚴格的面向應用能力的綜合性過程考核機制

延續大部分高校傳統的教考分離制，強化課程過程性考核，通過考試的導向性作用激發學生自主學習的動力，使得考核更具有全面性和綜合性.整體考核分為5大部分，分別是：

3 總結

我院《計算思維導論》課程于2015年被安徽省教育廳立項為省級精品課程.為了支持課程的實踐教學改革，培養學生的編程實踐能力和自主學習能力，歷經多年的不斷努力，建設了全方位、多元化的實踐教學支撐環境，覆蓋了課堂以外的各個教學環節，如在線平臺學習、線上線下作業、答疑討論、機上考試與自動閱卷等，形成了一系列可持續的精品課程資源.

通過對學生進行調查問卷顯示，我院學生對該門課程教學改革模式的認可度達到90%，對學習平臺中的教學資源滿意度達到91%，對助教滿意度達到100%，并表示希望其他課程均引入助教協助教學模式.目前該門課程教學模式已在我院推廣同類型課程累計85門.

參考文獻：

〔1〕JeannetteM.Wing.ComputationalThinking[J].CommunicationoftheACM，2006，49(3)：33-35.

〔2〕戰德臣，聶蘭順.計算思維與大學計算機課程改革的基本思路[J].中國大學教學，2013(2).

〔3〕蘇小紅，趙玲玲，王甜甜，張宏莉.CS2013指導下的程序設計課程體系設計與精品資源共享課建設[J].中國大學教學，2014(5).

〔4〕教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會．高等學校計算機基礎學發展戰略研究——計算機基礎課程教學基本要求[M]．北京：高等教出版杜，2009．

〔5〕單祖輝.基于計算思維的C語言程序設計教學方法研究[J].漯河職業技術學院學報，2014(3).