基于PBL+SRS 模式的程序設計類課程教學改革

張睿萍，周雪燕，孔夢榮

（中原工學院 計算機學院，河南 鄭州 450000）

0 引 言

在目前由“互聯網+”向“智能+”轉變的時代，信息化、網絡化和智能化的快速發展，迫切需要新型工科人才支撐，要求面向未來布局新型工科專業，要求工程科技人才具備更高的創新創業能力和跨界整合能力，要求建立更加個性化多樣化的工程教育培養模式[1]。對各工科專業的計算思維能力及計算機應用能力都有極大的要求，程序設計類課程可促使非計算機專業的工科學生將知識作為載體，掌握利用計算機來解決復雜工程問題的思想、方法和專業技能，提高學生的創新能力和終生學習能力。

PBL（project-based learning），以項目為驅動的教學方法，是提倡以學生為中心、以實踐式應用為導向的教學模式。SRS（student response system），學生實時應答系統，為目前北美從K12到大學各專業教育中被廣泛使用的一種教學手段，改進了第二代課堂相應系統CRS 中對教室特殊硬件設備的依賴，僅需在網絡環境支持下，可使用電腦、筆記本、智能手機等任意設備即可實施發起互動式教學進程。目前，大部分高校均實現了免費的WIFI 網絡全覆蓋，滿足SRS 的教學基本需求，使得本教學模式可以得到更為廣泛的推廣和應用。

1 各工科專業國內教學實施現狀

計算機語言程序設計類課程，是培養理工科各專業學生計算思維的重要課程之一，該類課程實踐性強，程序設計的語法基礎易于理解和掌握，為信息技術與各專業的融合提供必要基礎。但在由理論基礎向實戰應用項目轉化時，傳統的教學模式很難給予有力支撐。如何采用新型教學手段及教學方法以達到優化教學模式，使得課程的基礎知識學習、計算思維訓練和實戰項目經驗有機結合，培養學生的學習能力、創造性思維和解決問題的能力，是新工科背景下高等教育模式和方法探索的一個重要方向。目前國內高校的工科專業在程序設計類課程中，通常采用的教學法及其亟待解決的問題包括如下幾方面。

1.1 理論講解+上機練習

此傳統教學法過多地干涉了學生的學習進程及自主性，在理論講解時由于學生參與度不高而造成困倦走神，國內高校學生大多不能積極主動提出問題，造成課堂反饋不夠及時，教師不能及時了解到學生對知識的理解和獲取情況。另外此教學法的實施與實際項目的聯系薄弱，造成實踐與理論脫節，使得學生不能建構完整的知識體系，學生所學與企業所需產生偏差。

1.2 PBL 項目驅動教學法實施

項目驅動教學法，在目前的程序設計類課程教學中，通常由教師根據教學內容，按知識模塊或章節制定出難易適中的項目，然后由學生來完成項目的規劃和實施，最終實現某個目標或者解決某個問題。這種方法可以激發學生的學習興趣，啟發學生的思維，提高學生的學習主動性。但由于學生缺乏實際經驗，在學習過程中仍然需要老師根據實際需求把握學習方向和學習目標，需要教師的引導和評價。因此增強有效溝通和建設健康評價體系是PBL 順利實施的基礎。

2 程序設計類課程改革目標

Banks 教授在“文化和教育的多元化”中指出，教育者們應調整教學實踐以適應多樣化的學生學習需求[2]。教育者應為學生提供分享其觀點，交流其經驗的機會，以促進學生主動參與課堂。因此，教師應該鼓勵學生成為主動學習者并且采用一些創新的教學手段去促進學生學習[3]。

SRS，是在北美課堂中被廣泛使用的一種被認為可以顯著提升學生課堂專注度的教學方法。教師可以使用SRS 系統進行一系列的互動活動來促進學生學習，提升專注度和學習興趣。Socrative、Mentimeter、Kahoot等均是北美常用的SRS 實時應答系統。此處以Socrative 為例，該系統分為教師端和學生端兩部分。教師在注冊Socrative 賬戶并登錄后，即可獲得一個全球唯一的ROOM 號，如圖1 所示，可發起測試（QUIZ）、團組競賽答題游戲（Space Race）以及投票（Exit Ticket），也可發起快速測試，如多選（MC）、判斷（TF）和簡答（SA）等題目類型。學生只需使用電腦或智能手機登錄學生端，輸入教師的ROOM 號，即可參與互動。互動結束后可以立即收集學生答案或課堂反饋并將結果顯示在教室投影屏幕上，這些教學活動有助于促進課堂內同伴間的討論以及課堂反饋[4]，激活課堂氣氛。

因此在工科專業的程序設計類課程中采用基于PBL+SRS 的融合分組式項目驅動教學模式，是為了適應未來工程領域將在可持續發展、計算能力、跨學科合作的新趨勢。適應新工業革命與工程發展的新趨勢，需要整合教育技術，采用多元化教學方法、多元化教學資源，促進生生互動、師生互動、實踐互動，從而培養新工科學生對知識的認知能力，團隊合作的人際交往能力以及為實現目標而應具有的自省能力、終生學習能力等。

3 程序設計類課程改革內容

針對工科專業學生的程序設計類課程所采用的教學模式，學?？梢劳幸延械腗OOC 資源、線上線下混合式教學經驗，配合PBL+SRS 教學法的使用，將理論知識的學習向工程應用能力進行轉化，改變傳統的上課、復習、考試的學習方法，將碎片化的知識點轉化為可以進行知識遷移的整體知識鏈，也為其他相關課程的教學方法提供參考和借鑒價值，并由此進行設計。具體改革內容如圖2 所示。

圖1 Socrative 教師端界面

圖2 程序設計類課程教學模式改革內容

3.1 基礎理論知識部分

PBL 教學法，需要學生面向項目，發現問題，解決問題，創新思維，這要求學生要有扎實的基礎理論知識。在計算機程序類課程中，通常各章內容知識點清晰、邏輯性強，適合將其劃分為一個個獨立的小知識點，圍繞知識點進行教學方案的設計，制作并上傳各種視頻、微課、課件、習題等配套教學資源。

由教師根據教學預測，設計對知識點的個人考查內容，重點針對各知識點的理解、應用以及易混淆內容設計題目及答案。在此部分題目設計過程中，要盡可能多地提升每個學生的課堂參與度，因此題型的設計應降低主觀問答題型內容，增加單項選擇、多項選擇以及判斷等題型內容。

題目設計完畢后，由教師將內容在所選擇的SRS 平臺上進行編輯整理，圖3 為使用Socrative平臺選擇Quiz 模式后編輯整理題目，并選擇Teacher Paced 發布模式在課堂上實時發布的相關設置，然后由學生現場登錄答題。測試或競賽游戲結果可以答題正確率或正確題數等不同形式直接顯示在投影屏幕上，對比直觀、高效，學生的參與感、浸入感強，可更強烈激發學生的求知欲，同時促使學生對相應知識點的回憶和反思，此時加入教師點評，可促進知識的內化吸收，使學生對知識點的理解更加透徹、深刻。通過SRS的在線答題，教師則可以實時獲得課堂教學效果反饋，了解學生所掌握知識的薄弱所在，重點講解、深入剖析，高效提升學生的基礎知識儲備。面對多元化的學生群體，對于主動外向型學生，積極鼓勵現場提問，對于被動內向型學生，由SRS 平臺提供匿名提問支撐，逐步提升學生自信和參與意識，使知識和能力同步發展。

3.2 PBL 項目內容的設計

以PBL 導向的課堂教學，側重以項目進行引導、貫穿整個教學活動始終。項目內容設計可分為側重知識點應用的小型應用案例設計和側重實際應用的工程項目設計。

小型應用案例，由教師主導的課堂講授部分選擇經典思維和算法進行，再有選擇地進行精簡課堂教學后，補充制作大量的應用案例的屏幕操作錄制，學生可以自主選擇對經典案例進行重復性學習，并根據自己的需求選擇其學習內容，提升學生的學習自主性，由案例引導激發學生的內在學習熱情。

側重實際應用的工程項目，由教師根據知識重點、難點、結合實際應用，提前設計好項目內容，在課前進行發布，學生即可帶著問題開展相關內容的學習，促使學生積極思考解決項目所應用的知識范圍和應用方法。工程項目的展開可采用分組團隊設計，但要加強生生、師生間的交流。為了解決班級人數過多的問題，強調小組間學生交流后的意見統一和匯總，教師主要解決小組存在的問題。團隊分組在課程初始時即可開始，每個小組建議為5～7 人，其中組長1 人，開發2～3 人，測試2～3 人，如果項目較大還可增加運維人員，均可根據個人興趣自由選擇。

圖3 Socrative 平臺Quiz 項的編輯及發布模式設置

在課堂上，教師在講解到項目相關內容時，可根據不同項目內容設計相應問題，采用SRS的SA 模式進行現場發布。此部分問題為主觀問答題型，可每個項目組提供一個統一的回答，題目在SRS 平臺發布后，即在課堂上留出一定討論時間，由各小組針對本小組的項目內容進行討論，充分交流達成共識后，選出一人將小組答案回答至SRS 平臺。教師掌控時間，預留時間即將結束時，提前提示學生，盡快取得共識回答問題。此部分教學內容的實施即是在PBL 模式下采用分組討論、協作規劃制定項目實施方案，重視團隊合作、交流以完成項目的實施，使得學生可以從宏觀上認知和梳理整個知識脈絡，將理論知識轉化為工程應用能力。

PBL 實訓模擬，貫穿整個工程項目的始終，項目共分3 個階段：第1 階段，由教師模擬用戶提出項目需求，學生實現概念模型；第2 階段，由學生完成項目原型設計；第3 階段，項目的最終驗收。每個階段均進行一次系統驗收，每次驗收后根據教師提供反饋意見進行項目的修改和完善，在最后一次驗收時，由小組對項目進行總結答辯。

以中原工學院機械專業C 語言數組部分的教學為例，PBL 導向下的教學設計和教學實施過程如下：①教師使用案例引導：任務描述，錄入班級學生某門課的平均成績，計算該科成績平均分，并統計超過平均分的學生人數；②學生分組討論：分析問題、分解任務、獨立編程實現；③學生編程過程中發現問題：用已學知識無法實現人數統計問題；④學生提出問題：需要同時保存多個成績數據，并最好使用同一名稱來實現數據存放；⑤教師引入數組概念，講解相關知識，學生完成程序設計；⑥教師使用SRS 發布問題，由學生完成解答，引導學生發現易出錯問題，如下標溢出問題等；⑦課堂結尾：教師引導提出新的問題，如何實現多門課成績的存放；⑧課后：學生實訓闖關，鞏固所學，并分組討論課堂結尾所提問題，討論綜合實訓中有無涉及相關知識點內容，改進設計。

3.3 考核方式的設計

在此教學模式下，注重學生應用計算機來解決實際工程問題能力的培養，因此其考核方式不應局限于傳統的終結性評價，應更加注重學生的形成性評價。據此，可將應用此教學模式的程序設計類課程的考核分多次多形式進行。

具體考核內容包括：①基礎理論知識的考核，此部分內容可根據SRS 平臺中的知識點的測試數據及學生參與課堂活動的情況給出，如Socrative 平臺即可提供不同模式的測試報告；②PBL 導向下經典計算思維方法和算法的掌握考核，此部分可根據學習進度設計階段性編程測試內容，重點考查學生的程序設計能力和解決問題的思維能力；③PBL 導向下工程應用項目的考核，此部分主要依據項目方案制定和實施情況，以及不同層次項目的完成情況。以中原工學院工科專業C 語言為例，PBL 教學模式下工程應用選題在學期第4 周給出，由學生小組討論選題。項目的驗收在整個學期共進行3 次：第4-8周概念模型的實現，第8 周教師驗收并給出意見；第8-12 周原型設計，第12 周驗收并給出反饋；第12-18 周完成項目，其中第15 周中期檢查，第18 周最終驗收。3 次驗收成績比例分別為20%、20%和60%。在最后一次驗收時，由小組對項目進行總結答辯，項目評價成績由教師評價60%+小組互評30%+個人評價10%組成。④期末考核，重在考核學生的基礎編程能力，題型設置為全部編程題，題目設計覆蓋各章節內容。

由于此教學模式重在持續提升學生的工程能力、合作精神以及持續的學習能力。因此，根據形成性評價的目的，由于不同學生間的個體差異，“為了激勵學生學習”“使學生獲得成就感，增強自信心”，將期末考核的成績比例設置為40%；提升形成性評價所占比重，其中基礎理論知識考核比例為10%，經典的計算思維方法和算法的案例項目考核比例為20%，實際應用項目考核為30%。由以上各項考核來綜合評價學生的知識掌握及工程轉化能力。

4 結 語

基于Web 的學生教學應答SRS 系統提供了一種低成本投入的學習技術，能夠較好地提升課堂參與度和活躍度，而PBL 項目驅動的實施，無論對于學生還是教師都是巨大的挑戰，對學生的團隊合作交流能力，工程實踐能力都有較高的提升和要求?；赑BL+SRS 的新型融合分組式教學模式，使得教師作為課程中項目的組織者、引導者，從教學理念到綜合素質均得到很大提升；使得學生調動學習能動性，縱深夯實、橫向拓展，提高學習成效，促進多元發展。因此，基于PBL+SRS 教學模式的實施無論對于教師，還是對于學生都有著重要的實踐意義。