以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和問題求解能力為出發(fā)點的教學(xué)改革研究

李志芳 牛琳

摘 ?要： 如何提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、程序設(shè)計能力，培養(yǎng)基于計算機問題求解的能力，已經(jīng)成為近些年計算機及相關(guān)專業(yè)教學(xué)研究的主要目標。經(jīng)過不斷的教學(xué)實踐和反思，重塑教學(xué)理念、重構(gòu)課程目標、改革教學(xué)方式、結(jié)合競技實踐，證明采用多種教學(xué)方法混合的教學(xué)模式，能更大程度的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動性、提高學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞： 程序設(shè)計;自主學(xué)習(xí);問題求解;混合教學(xué)模式

中圖分類號： TP391 ? ?文獻標識碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.01.022

本文著錄格式：李志芳，牛琳. 以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和問題求解能力為出發(fā)點的教學(xué)改革研究[J]. 軟件，2020，41（01）：106109

【Abstract】： In recent years， How to improve students'ability of autonomous learning， programming and problem solving based on computer， has become the main goal of teaching and research in computer and related majors. After years of continuous teaching practice and reflection， remoulding teaching ideas， reconstructing curriculum objectives， reforming teaching methods and combining with competition， the teaching mode of mixed teaching methods can stimulate students'interest and initiative in learning， and improve learning efficiency more greatly.

【Key words】： Programming; Self-learning; Problem solving based on computer; Mixed teaching model

0 ?引言

隨著信息化技術(shù)與醫(yī)療行業(yè)深度融合，我校醫(yī)學(xué)信息學(xué)專業(yè)，招生人數(shù)逐年遞增，同時，國家對高校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的資助力度也逐年加大，在校生互聯(lián)網(wǎng)+、程序設(shè)計、計算機作品比賽等越來越多。本專業(yè)培養(yǎng)目標，從原來的培養(yǎng)信息管理與計算機技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用型人才，逐步拓寬到培養(yǎng)基于計算機解決各類問題的信息技術(shù)人才。其中，程序設(shè)計這門專業(yè)基礎(chǔ)課程的作用越來越重要。

傳統(tǒng)的課堂講授+案例驅(qū)動+在線輔助學(xué)習(xí)，單純的面向知識傳遞、和應(yīng)試教育，忽視了學(xué)生的學(xué)習(xí)動機和需求變化，不利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力、基于計算機分析和解決問題能 ?力[1-2]。學(xué)生總是處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài)，缺乏反饋、溝通和及時指導(dǎo)。如何改變這種狀況，在不斷地實踐教學(xué)中總結(jié)出，（1）根據(jù)學(xué)生情況，設(shè)定課程目標，因材施教;（2）適當建設(shè)微課資源、利用部分優(yōu)質(zhì)在線資源;（3）適合、簡便、互動性強、反饋實時的移動在線輔助教學(xué)平臺的選擇（;4）靈活運用多種形 ?式混合教學(xué);（5）同時利用小組合作、組內(nèi)自評等方式，培養(yǎng)同學(xué)間溝通、協(xié)作以及競爭精神，促進共同學(xué)習(xí)。

1 ?教學(xué)改革

本課程從2012年相繼進行了校級重點課程和精品課程建設(shè)，及PBL專項教改，依托Blackboard教學(xué)平臺（簡稱BB），完善各類教學(xué)資源，在線開展了一些教學(xué)實踐活動，如測試、課后討論、PBL等。初期，在鞏固課堂教學(xué)效果、豐富課程體系、細化課后學(xué)習(xí)任務(wù)、培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作和自主學(xué)習(xí)能力等方面，取得了一定的教學(xué)效果。

但是隨著專業(yè)培養(yǎng)方案調(diào)整，2014級從第一學(xué)期就開設(shè)《程序設(shè)計基礎(chǔ)》課程。由于一年級新生編程零基礎(chǔ)、自主學(xué)習(xí)能力差、而C語言內(nèi)容豐富、難度大、課時不足等原因，雖然嘗試了多種教學(xué)方法，但效果一直不理想。

2 ?多種教學(xué)方式混合教學(xué)模式

慕課、微課、SPOC、翻轉(zhuǎn)課堂、合作式教學(xué)等等，沖擊傳統(tǒng)教學(xué)的同時，也提供了更高效的教學(xué)實踐方法。本課程主要采用如下幾種教學(xué)方式，取得了不錯的教學(xué)效果。

2.1 ?案例驅(qū)動自主學(xué)習(xí)+程序設(shè)計思維培養(yǎng)

“C語言程序設(shè)計”是一門實踐性很強的課程，該課程的學(xué)習(xí)有其自身的特點，初學(xué)者如霧里看花，聽不明白，也看不會，只能通過由易到難的任務(wù)驅(qū)動，邊解決問題邊學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在不斷地取得實踐成功中，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣和動力。通過大量的編程訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和程序設(shè)計能力[3]，鍛煉基于計算機問題求解思維。

本課程的第一次課，教學(xué)設(shè)計如圖1所示，通過對經(jīng)典的數(shù)學(xué)問題“雞兔同籠”和“計算階乘”的分析、求解過程，讓學(xué)生逐步理解，基于計算機求解問題的方法之一“程序設(shè)計”。

同時，課內(nèi)、課外動手編程實踐和自主學(xué)習(xí)任務(wù)驅(qū)動也是非常必要的。

例如第一次課實現(xiàn)，從編寫簡單的屏幕信息輸出，如輸出字符串、個人信息、簡單規(guī)律圖形，及程序改錯，達到熟悉C語言程序結(jié)構(gòu)和編譯環(huán)境的教學(xué)目的;

根據(jù)下次課學(xué)習(xí)目標，提供在線學(xué)習(xí)資源、語法基礎(chǔ)小測試或驗證性編程等，讓學(xué)生不斷地養(yǎng)成，根據(jù)需求自主思考和學(xué)習(xí)新知識的習(xí)慣。

2.2 ?合作式教學(xué)

為什么需要合作式教學(xué)？美國緬因州的國家訓(xùn)練實驗室研究成果，學(xué)習(xí)金字塔如圖2所示，用數(shù)字形式形象揭示了：采用不同的學(xué)習(xí)方式，學(xué)習(xí)者在兩周以后的平均學(xué)習(xí)保持率。很顯然，在整個學(xué)習(xí)過程中，主動學(xué)習(xí)能實際掌握的比例最高。合作式教學(xué)是一種現(xiàn)代學(xué)習(xí)方式的理論。最早是美國學(xué)者、著名的學(xué)習(xí)專家愛德加·戴爾1946年首先發(fā)現(xiàn)并提出的，十八世紀后期被廣泛應(yīng)用到英國中小學(xué)課堂并于1806年進入美國紐約市的課堂教學(xué)，中小學(xué)應(yīng)用較多[4-5]。

合作式教學(xué)有三個主要步驟：思考、討論（交流）、分享。思考是學(xué)生的自我建構(gòu)過程，激活惰性知識的過程;而討論是組內(nèi)、同學(xué)間知識的共建;分享是師生更大范圍的知識共建。通過課后組內(nèi)討論共同學(xué)習(xí)任務(wù)，課堂再師生共建準確的知識體系。合作式教學(xué)讓學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、社會能力、方法能力、專業(yè)能力得到不斷的提升。受機房限制，本專業(yè)分兩個小班獨立上課，每班平均50人左右，3-5名同學(xué)自由組合一組，每組推選1名組長。

本課程采用的合作學(xué)習(xí)模式如圖3所示。

1. 課后作業(yè)小組化，明確教學(xué)任務(wù)，細化題目要求。如第一次課后，小組作業(yè)包括：

（1）編寫基本信息輸出C語言程序，并驗證“華氏溫度轉(zhuǎn)換攝氏溫度”程序案例，尋找問題及提出解決方案;

（2）自主學(xué)習(xí)，C語言數(shù)據(jù)類型、常量、變量的概念及使用規(guī)則，并總結(jié)如下知識點：

C語言常用數(shù)據(jù)類型種類有哪些，區(qū)分數(shù)據(jù)類型的意義，以及如何選擇數(shù)據(jù)類型;

常量的概念及C語言常用類型常量表示方法，舉例說明;

變量的概念、使用規(guī)則，舉例說明;

最簡單的輸出函數(shù)使用方法，舉例說明;

（3）自測，每次10題以內(nèi)，既可以讓學(xué)生檢驗學(xué)習(xí)的準確性，又可以讓教師了解學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的問題。

小組成員可以通過線上線下資源自主學(xué)習(xí)，思考構(gòu)建自己的知識體系，然后組內(nèi)討論并總結(jié)，最后通過驗證實驗和測試，發(fā)現(xiàn)問題，課堂共建過程中再不斷完善所學(xué)知識。

2. 教師評分及組內(nèi)評分相結(jié)合，老師的態(tài)度和認可，是同學(xué)們學(xué)習(xí)的一個重要動力。評分及課堂公布成績，能很好的激勵小組競爭。另外，為了避免同學(xué)間的矛盾，保證全體組員的參與度，組內(nèi)評分也是非常有效的手段。

3. 翻轉(zhuǎn)課堂上采取主動匯報或隨機抽查，既可以保證作業(yè)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果，也可以根據(jù)學(xué)生作業(yè)情況，了解他們學(xué)習(xí)疑難點，靈活調(diào)整課堂翻轉(zhuǎn)和互動內(nèi)容。同時翻轉(zhuǎn)過程中，通過加或扣分機制鼓勵組員間互助，培養(yǎng)小組合作精神和同學(xué)間友誼。

實踐證明，絕大部分同學(xué)從剛開始的被動學(xué)習(xí)，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極主動、競爭的學(xué)習(xí)態(tài)度，多次課后作業(yè)及翻轉(zhuǎn)課堂后，能明顯感受到小組及其成員在學(xué)習(xí)態(tài)度和自主學(xué)習(xí)能力上的不斷進步。

2.3 ?靈活機動的翻轉(zhuǎn)課堂

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式主要是指，以現(xiàn)代教育技術(shù)為依托，將學(xué)生由原來知識的接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥膶W(xué)習(xí)構(gòu)建者，教師由原來的“講師”轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)協(xié)助者，讓學(xué)生更關(guān)注自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)，教師則更專注對給定學(xué)習(xí)任務(wù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，有針對性的準備教學(xué)過程，由學(xué)定教[6]。作為一種高效的課堂教學(xué)模式，2007年起源于美國后被廣泛推廣。在實踐教學(xué)中也遇到了各種問題，比如學(xué)生的自律性、自主學(xué)習(xí)能力、翻轉(zhuǎn)內(nèi)容的挑選、翻轉(zhuǎn)課堂節(jié)奏把握和氣氛調(diào)動等[7-8]。

通過兩屆的實踐教學(xué)，本課程根據(jù)知識點的難易及模塊化，靈活機動的采用如圖4所示翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，主要包括課前自主學(xué)習(xí)的課堂翻轉(zhuǎn)和課堂即時小翻轉(zhuǎn)兩種形式。

（1）以小組作業(yè)為任務(wù)的課堂翻轉(zhuǎn)，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，針對重難點和學(xué)生的疑惑點，采取主動或隨機抽查形式，前期抽查為主，允許小組成員相互幫助，后期隨著學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的提升和對知識掌握的深入，以小組主動為主。

（2）課堂即時小翻轉(zhuǎn)，為了調(diào)節(jié)課堂氣氛，同時鍛煉學(xué)生的快速自學(xué)和思考能力，將某個小知識點作為翻轉(zhuǎn)任務(wù)，如溫度轉(zhuǎn)換案例中加入輸入函數(shù)scanf（），限時學(xué)習(xí)其基本用法，以個人為單位，小組互助，以教材為主要學(xué)習(xí)資料。

2.4 ?移動輔助教學(xué)平臺

隨著移動在線教學(xué)平臺的快速發(fā)展，碎片時間學(xué)習(xí)方式，以其便捷、實時、針對性強的特點，深受高校老師喜歡[9]。不少教材也補充了重難知識點的微視頻（手機掃描二維碼即可查看），為微課建設(shè)和翻轉(zhuǎn)課堂的開展，提供了可直接利用的優(yōu)質(zhì)資源。同時實踐證明，根據(jù)不同專業(yè)課程教學(xué)目標及學(xué)生能力，適當建設(shè)適合自己需要的微視頻資源也是必須的。

本課程先后使用了網(wǎng)絡(luò)課程Blackboard（BB）、藍墨云班課、課堂派、雨課堂等幾種移動教學(xué)平臺，對于一年級新生最終選擇了簡單易操作、課堂互動強、反饋實時的雨課堂。雨課堂是一款將復(fù)雜信息技術(shù)手段融入到office PowerPoint和微信的新型教學(xué)平臺。

（1）教師通過PPT中的雨課堂插件授課，學(xué)生只需要掃描授課二維碼，關(guān)注雨課堂微信公眾號，注冊課程，即可跟老師實時互動，并查看課上、課下學(xué)習(xí)資源及完成測試等;

（2）教師通過雨課堂授課，可以隨時考勤、隨機點名、并在PPT中插入題目，限時互動，實時了解學(xué)生對所講知識點的掌握情況，及時答疑;同時利用投屏功能，將答題結(jié)果及統(tǒng)計詳情顯示出來，課堂氣氛活躍。

（3）教師還可以隨時發(fā)布課下學(xué)習(xí)任務(wù)、學(xué)習(xí)資源及測試等，并在下次課前查看學(xué)生學(xué)習(xí)情況及數(shù)據(jù)統(tǒng)計，利用PPT“不懂”和“收藏”功能，查看學(xué)生標記不懂的幻燈片及測試答題情況等如圖5所示。這樣，即可以達到課前督促的作用，也可以了解學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)難點，有針對性的準備和調(diào)整課堂教學(xué)內(nèi)容。

2.5 ?競技實踐輔助教學(xué)

隨著信息化、智能化的快速發(fā)展，2017年7月，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確提出“完善人工智能教育體系，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育”。2018年初，浙江省出臺最新信息技術(shù)課程改革方案，編程確定進入浙江信息技術(shù)高考，隨后教育大省北京和山東也確定將把編程基礎(chǔ)納入高考內(nèi)容、中考、甚至小升初考試及中考特招體系。日本、美國、英國等發(fā)達國家也都已經(jīng)把編程教育納入小學(xué)的課程表。

喬布斯曾說：“人人都應(yīng)該學(xué)習(xí)一門計算機語言，因為它將教會你如何思考”。本課程將教學(xué)和比賽相結(jié)合，通過開展第二課堂競賽，激勵和選拔學(xué)生參加全國高校程序設(shè)計團體賽“天梯賽”，比賽不僅訓(xùn)練編程能力，更重要的是訓(xùn)練編程思維。比賽要求一、二年級學(xué)生參加，讓學(xué)生從低年級開始意識到程序設(shè)計的重要性，激發(fā)他們學(xué)習(xí)程序設(shè)計和算法的興趣，培養(yǎng)團隊合作意識、創(chuàng)新能力和挑戰(zhàn)精神。本課程使用浙江大學(xué)何欽銘等老師編寫的教材，教材及實驗指導(dǎo)中的程序設(shè)計案例，均在PTA（Programming Teaching Assistant）平臺上（https：// pintia.cn/）可實現(xiàn)在線編輯及自動評分，同時該平臺也包含天體賽主要題庫，所以既可作為學(xué)生平時上機練習(xí)平臺，也可作為競賽選拔平臺。

2.6 ?在線慕課

鑒于目前一般高校對慕課學(xué)習(xí)經(jīng)歷不認可和純在線學(xué)習(xí)的難度，所以本課程在開展一段時間后，引導(dǎo)和推薦有基礎(chǔ)、有能力的同學(xué)，在學(xué)習(xí)過程中同步自主學(xué)習(xí)優(yōu)質(zhì)在線慕課。如中國大學(xué)MOOC平臺，浙江大學(xué)、北京大學(xué)、哈爾濱理工大學(xué)的國家級精品課程，“程序設(shè)計基礎(chǔ)CAP”、“程序設(shè)計入門-C語言”、“程序設(shè)計基礎(chǔ)”、“C語言程序設(shè)計進階”、“C語言程序設(shè)計精髓”等，從背景知識到基礎(chǔ)知識，再到深度學(xué)習(xí)，將C語言學(xué)習(xí)的重難點透徹、清晰的剖析，讓學(xué)生有一種柳暗花明又一村的感覺。

3 ?結(jié)束語

經(jīng)過多年實踐研究，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)模式，或某一單純教學(xué)方法已不能適應(yīng)不同層次的學(xué)生。應(yīng)該根據(jù)教學(xué)目標、知識點難易、學(xué)生自身情況和需求，靈活應(yīng)用各種在線教學(xué)平臺和優(yōu)質(zhì)資源，采用多種教學(xué)方式混合教學(xué)模式，才能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、改善課堂氛圍，提高教學(xué)效果。總之，教無定法，跳出形式，切莫鉆入死胡同。

參考文獻

[1] 汪紅兵. C語言程序設(shè)計課程中的計算思維探析. 中國大學(xué)教學(xué)[J]. 2014， （9）： 59-62.

[2] 趙媛， 王杰等. 以計算思維為導(dǎo)向的C語言程序設(shè)計MOOC建設(shè). 實驗技術(shù)與管理[J]. 2018， （4）： 147-150.

[3] 陳志， 盧海燕. 程序設(shè)計在線自主學(xué)習(xí)模式設(shè)計與系統(tǒng)實現(xiàn). 軟件導(dǎo)刊[J]. 2016， （12）： 193-196.

[4] 邵鳳英， 馬雪蓮， 李青洋. 合作式教學(xué)模式簡介. 海外英語， 2018， （18）： 158-159.

[5] 傅輝， 合作式教學(xué)模式下師生互動角色的定位. 中國教育學(xué)刊[J]. 2013， （11）： 53-54.

[6] 江代有， 樊海瑋. 基于SPOC 的翻轉(zhuǎn)課堂在VB 程序設(shè)計課程教學(xué)中的應(yīng)用. 計算機教育[J]. 2017， （12）： 116-118.

[7] 焦賽美. 基于混合學(xué)習(xí)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式研究——以“Photoshop平面設(shè)計”課程為例. 軟件[J]. 2018， （4）： 222-225.

[8] 韓朝陽. 翻轉(zhuǎn)課堂在c語言程序設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用. 中國教育信息化[J]. 2015， （14）： 26-28.

[9] 杜坤. 基于“MOOC 翻轉(zhuǎn)課堂”的C程序設(shè)計混合式教學(xué). 軟件[J]. 2019， （8）： 212-215.

[10] 劉平山， 張瑞霞， 周婭. 微課移動學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計與教學(xué)實踐. 當代教育理論與實踐[J]. 2016， （5）： 86-87.