新工科背景下的程序設計語言課程教學研究

陳 亮，薛紀文，霍 煒

（西安工程大學 計算機科學學院，陜西 西安 710048）

0 引 言

程序設計語言課程是我國各大高校理工類專業開設的一門計算機基礎課程，其教學目標是講授計算機軟件、硬件及應用系統的基本理論、基本方法和基本技能，培養和提高學生的邏輯分析能力和解決實際工程問題的能力。傳統的程序設計語言課程教學過程習慣采用以教師為中心的“單聲道”教學模式，教學質量評估主要以筆試為主，偏重于讓學生掌握基礎知識，忽視實際的編程能力培養，國家新工科[1]背景下培養優秀“卓越工程師”的需求無法得到滿足，因此對現階段的教學模式進行改革成為研究重點。

1 程序設計語言課程教學存在的問題

程序設計語言課程主要講授程序設計語言的基礎知識，依照現階段的新工科背景，程序設計語言課程在教學方面主要存在4個方面的不足。

（1）課程學時嚴重不足。近年來我國高等院校大力提倡“卓越工程師”培養理念，要求全面提升學生在程序設計課程中的工程實踐能力，但由于實際教學中理論課時和實驗課時存在嚴重不足且分配不合理的問題，在傳統的授課方式下學生只能掌握基礎的程序設計知識和課本上有限的設計實例。

（2）教學方法不符合現階段培養目標。傳統教學方法主要以教師課上講解基礎知識與課程設計實驗課為主，以學生被動學習+完成實驗為輔，導致學生在上機實驗時僅僅是對書本上現有的一些實例進行編輯調試,調試成功就等同于完成課程任務。這種教學方法實際上只是讓學生掌握了一些程序設計的語法知識和調試技巧，達不到培養學生利用該程序設計語言對一個實際問題進行自主分析問題和解決問題的能力。

（3）教學質量考查方式不適用于新工科背景培養理念。目前程序設計課程的教學質量檢查主要以學生的筆試考試+提交實驗報告形式為主，無法全面考核出學生對基礎知識的實際掌握情況和運用程序設計語言進行編程的具體操作能力，導致學生的工程實踐應用能力參差不齊且存在大面積的“高分低能”現象。

（4）缺少一流的互聯網線上資源。程序設計語言學習需要較強的邏輯思維能力和較扎實的數學功底，而學生基礎知識儲備方面存在差異，學習程序設計的進度和效果不理想，引入一流的互聯網教學資源對于學生課前預習、課后輔導、答疑具有重要作用。

2 混合教學模式下的新工科改革

混合教學（blended learning）是隨著計算機網絡技術的發展將以往我們熟知的傳統課堂與互聯網線上一流課程教學有機結合在一起，將以教為中心的優勢和以學為中心的優勢組合到一起，更多地關注課堂教學過程中學生針對疑惑部分提問的互動環節和在線學習過程中學生與教師的線上互動環節，以更加有效的方式提高教學效果和學生自主、合作與實踐相結合的學習能力，是一種教學相長的學習模式。改革是為達成一種“教、學、實踐”相結合的新形勢下的混合教學模式?；旌辖虒W使得線上教學得到廣泛應用，為了充分發揮傳統教學與互聯網線上教學相結合的優勢，應按照程序設計語言課程中制定的包括教學目標、課程學習重點與難點、現有的線上資源和學生個人能力4個方面綜合分析實現混合教學新思想、新模式，并以提高教學質量為目標[2]。

愛德加·戴爾提出學習效果在30%以下的傳統方式均為個人學習或被動學習；對于學習效果在50%以上的學習方式均為團隊學習、主動學習和參與式學習[3]。大多數高校程序設計語言課程教學過程中還沿用非常低效的教學模式，這是教學方式和教育效率方面的一個悖論[4]?，F如今高校學生對互聯網線上教學已不再陌生，可以合理地利用互聯網進行線上學習和在線的問題交流，如MOOC、可汗學院等平臺的使用。

在當今高等院校的日常教學中，將傳統課堂線下的教學與基于互聯網的線上學習相結合的方式應用在課堂中的新學習模式，能夠促使學生更加注重以厚理論與重實踐相結合的模式展開程序設計課程學習，提升當代高校大學生的綜合素質能力，彌補傳統課堂教學過程中存在的不足。針對程序設計語言課程的實際情況，通過實施混合教學展開對學生的啟發式、探討式、合作式教學新模式，實現學生脫離線下課堂也可以進行自主、合作、探討的多元化學習，也可以為其他課程進行混合教學提供借鑒，具有一定的現實意義。

3 面向“多元混合式”新時代多樣化的程序設計語言教學改革措施

“卓越工程師”的培養需要依靠“新理論、新技術、新應用、厚基礎”，不僅要求學生具備扎實的理論基礎，而且要求學生具有工程實踐能力，可以解決復雜的工程問題。按照新工科背景下推進程序設計語言課程教學深度改革的要求，大力培養大學生“厚知識、重實踐”的綜合實踐工程應用能力變成現如今教育改革的關鍵。程序設計語言課程教學改革包括教學資源改革、教學方式方法改革、教學模式改革、考核評價方式改革等。

3.1 構建“互聯網+課堂”的新工科教學模式

混合教學模式下“互聯網+課堂”的新工科教學模式有別于傳統的教學模式，無論是在理論教學，還是實踐教學環節的各個階段，都需要有針對性方案。為構建適用于新工科背景下的一流程序設計語言課堂，可采用當下應用最廣的一流教學資源和翻轉課堂[5]相結合的形式進行混合教學。依托新工科背景下的教學改革實施過程按照如下4點進行。

（1）結合學情和互聯網教學資源對各學習點的性質進行分析，將程序設計語言課程學習內容進一步細化到課前自主預習、基礎授課、課后針對性測試練習、結合實際的工程實驗、機試。

（2）依托現有的一流教學資源進行MOOC平臺選擇和搭建（含課件、課程信息、進度、課程安排、課程講義等）。利用MOOC平臺發揮拓寬學生知識面和提高學生自主學習能力的效果，促使學生課前利用平臺，按照課程要求，根據個人實際情況進行課前預習環節，學習掌握基礎知識，在課堂中僅帶著遺留的問題進行進一步的深入學習，鞏固基礎；課后通過線上課堂進行相關刷題練習測試，查漏補缺。

（3）針對線下課堂建立適用于程序設計語言的翻轉課堂學習新模式。課堂由教師引導學生變為課堂主體，改變以教師講授課程為主體的教學方法。教師組織學生成立翻轉學習小組，一方面翻轉小組可以更加方便地進行合作討論；另一方面翻轉小組成員通過互動搭配，鼓勵基礎薄弱的學生積極參與合作學習中，為學生提供一個自主學習、合作探討、創新實踐的學習新模式。

（4）依托一流的教學資源平臺創建適用于程序設計語言的“機試考試”新型評價模式，為新工科背景下的教學改革提供檢驗依據。進行考試改革的目的是檢驗互聯網+翻轉課堂是否能真正提高學生的工程實踐能力和程序設計綜合素質能力。一方面督促學生不僅要注重理論與實際相結合的能力培養；另一方面教師可以通過“機試考試”新模式直觀地發現教學過程和學生普遍存在的問題。

3.2 采用“1+M+N”的一流教學資源

新工科背景下的程序設計語言教學改革的關鍵在于利用現有一流的教學資源構建適合本校學生的在線優質共享資源，滿足學生利用在線學習完成包括課前自主預習、課后針對性測試練習、結合實際的工程實驗等在內的教學要求。

根據浙江大學提供的現有一流教學資源，結合具有中國特色發展的跨地區跨校在線開放“1+M+N”教學模式，可以構建適合自身發展的一流線上教學資源。協同教學模式主要包括：①由1組名師名課引領共建MOOC平臺；②跨地區協同M所高校，利用一流教學資源開展適合自身發展的混合教學新模式；③不同地區N多學生可以從中受益。

CMOOC聯盟所建設的“程序設計入門——C語言”已經被選為首批教育部精品在線課程。課程面向教師提供不同難度的出題、布置作業、測試等基本的教學模塊；面向學生提供在線課程及在線測試，包括不同程度的測試模塊和相關答疑模塊；提供共享的考試和作業集以豐富學生的知識面；嚴格的監考和查重系統可以及時避免學生的違規行為。合理地利用現有的一流在線教學資源，加入中國高校計算機教育慕課聯盟是推進教學模式改革、提高計算機基礎學科教育質量、推動教育公平的關鍵。

3.3 構建“翻轉課堂”的學習新模式

“翻轉課堂”學習新模式能夠積極調動學生學習的主動、合作、積極探討能力，主要包括5部分。

1）基礎授課。

此階段要對學生進行教學內容和重點、難點的講解，讓學生對于需要學習的內容有基本的了解，避免基礎薄弱的學生在后期自我準備階段無所適從，如對于C語言程序重點（順序結構、選擇結構、循環結構），安排學生通過線上課程提前預習，課上采用針對不理解的問題進行指導的方式展開課程重點知識的學習，可以大大縮短這部分的教學時長，將節約的教學時長應用在教學難點如數組、函數的定義等，使用長課時進行面授。

2）構建“翻轉小組”。

此階段要完成對于翻轉興趣小組的建立，首先讓學生對于MOOC平臺有直觀的感受并能夠很快應用，再由學生進行自由組合，之后依據學生的優劣勢進行微調，最終使每個小組盡可能具有相等實力，讓學生在興趣小組中合作完成任務，在小組展示過程中培養競爭意識。

3）線上練習測試。

為促進學生課下主動學習，要求學生利用MOOC平臺建立的線上刷題系統完成課后作業。將課堂學習與實踐相結合，由學生自行登錄系統進行相關學習點的練習，刷題系統提供的課后測試環節能確保學生作業練習效果。測試題由學科教研組教師建立相應學習點，如利用邏輯運算和判斷選取控制進行簡單的運算?？己嗽O定合格、不合格標準，若考核合格則被視為已掌握本知識點。線上刷題測試以學生個體為單位，學習者可選擇在課后完成。只有通過這樣的教學考核，才能將翻轉課堂真正、有效、合理利用起來，才能建立起新的教學模式，盡快解決程序設計語言教學中待解決的諸多問題。

4）合作式實驗環節。

新型MOOC平臺嚴格的監考和查重系統為檢查學生作業抄襲等提供了有力的監督。充分利用MOOC平臺進行課后作業與課設實驗環節改革，在學生通過線上線下課程掌握基本語法規則的基礎上，進行程序設計語言相關的工程實踐課程教學。對于教學難點，如指針的理解相關實驗，教師可以給予一定的幫助。

5）小組成果展示。

在學生完成程序設計語言學習合作實驗任務后，組織“翻轉小組”進行線上實驗成果提交以及線下展示和集體討論。各組派出1人對本組案例的分析或者作業成果進行展示，完成講解后接受其他小組成員的提問并給出答復。這一環節能夠讓學生闡述對案例中知識點的看法，是學生對完成實驗作業中存在問題的經驗交流。通過積極探索新的網絡化教學互動模式，利用網絡平臺能及時、有效地解決學生在課后遇到的問題。

3.4 建設“機試”的新型評價模式

傳統的教學考核采用以期末考試成績為主與以課上出勤和課后作業為輔的模式，嚴重忽視課下學習部分的考查，使得學生高分低能現象層出不窮。建立“機試”新型評價模式能實際考查學生利用工程思維的編程能力，多階段刷題練習與“機試”考試結合的新型評價模式一方面可以提高學生實際動手進行編程的積極性，另一方面通過線上提交作業的情況真實反映學生的工程實踐動手能力。考核成績由4部分組成，最終成績=實驗報告（10%）+練習測試（10%）+實驗環節考核（30%）+期末上機考試（50%）。

實驗環節考核是考核的重點，也是難點，主要通過兩個方面進行：①針對課外實踐環節，對每一個小組成員在課外刷題系統中的自測分數進行加權得分；②針對實驗環節，采用“翻轉小組”代表講解展示與提交個人實驗報告的形式進行考核，根據分工作用不同給予不同的分值，這樣可以使每一個學生都積極參與，增強學生的實際編程能力。平時的考核是很重要的一部分，因此平時的考核成績在總成績中的占比為50%。期末上機考試成績占比為50%，督促學生多動手，目的主要是通過與線上資源相配合的方式，進一步提高學生厚基礎、重實際的綜合能力水平以及新工科背景下程序設計語言教學改革成效。

4 結 語

在應用實踐要求較高的程序設計語言課程中，更快、更有效地開展培養“卓越工程師”的教學工作是現在高?；A課改研究的關鍵?；谛鹿た票尘跋碌亩嘣交旌辖虒W，采用新型的線上與線下教學相結合的模式改革程序設計語言課程教學，讓學生在課堂學習基礎知識的同時，通過課外線上刷題和實踐環節加強對知識的理解和掌握，為加速高校人才培養提供新的教學策略。