美國大學“編程基礎”課程教學方法研究

王曉娜 吳衛江 劉素轉 趙建輝 王燕 張麗英

摘? 要： 文章介紹了美國德州山姆.休斯敦州立大學計算機系“編程基礎”課程中采用的教學方法和課程考核方式。介紹了教學中采用的混合式教學環境BlackBoard網絡平臺、協作式學習法、主動學習法和過程性考核標準。通過這些方法和手段，可以讓教師更適應生活在當今這一數字時代的學生的學習習慣，改善和提高課堂教學質量。

關鍵詞： 混合式教學; 協作式學習; 主動學習; 過程性考核

中圖分類號：G642.4? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2021）03-114-03

Research on the teaching methods of "Programming Fundamentals"

course in American university

Wang Xiaona， Wu Weijiang， Liu Suzhuan， Zhao Jianhui， Wang Yan， Zhang Liying

（College of Information Science and Engineering， China University of Petroleum， Beijing 102249， China）

Abstract： This article introduces the teaching methods and course assessment methods used in the "Programming Fundamentals" course of the Computer Department of Texas Sam Houston State University. The BlackBoard network platform， collaborative learning method， active learning method and procedural assessment standards used in teaching are introduced. Through these methods and means， teachers can better adapt to the learning habits of students living in the digital age today， and improve and enhance the quality of classroom teaching.

Key words： blended teaching; collaborative learning; active learning; procedural assessment

0 引言

互聯網的發展和使用使得人們獲取信息的方式發生了重大變化，同樣高等教育領域的教學方法、教學手段也都發生了顛覆式的改變。當代的學習環境不再只是原來傳統的教師課堂授課一種形式，已經是一種包羅各種學習平臺和學習方式的混合式網絡學習環境。通過混合式網絡學習環境，學生的學習不用局限于在固定的時間和固定的課堂，可以自由的安排時間來學習。網絡平臺提供了很多的教學輔助手段，也提供了更方便地師生交流方式。為了更好的適應這種教學環境的變化，國內外的教師都在孜孜不倦的探索新的教學模式和教學方法。

1 背景介紹

山姆.休斯敦州立大學（俗稱SHSU或Sam）是美國德克薩斯州亨茨維爾的一所公立大學。它成立于1879年，是德克薩斯州第三古老的公立大學。SHSU是德克薩斯州立大學系統的成員，學校設置有80多個本科，59個碩士專業和10個博士專業。計算機系設置了五個計算機本科專業和一個計算機輔修專業：計算機科學、計算科學（信息科學，IS）、計算科學（信息保障，IA）、計算機軟件工程技術、數字和網絡取證工程技術和計算機科學輔修;三個碩士專業：計算與信息科學、數字取證和信息保障與網絡安全;一個博士專業：數字和網絡法醫學。另外該系還設置有兩個在線碩士學位：數字取證和信息保障與網絡安全。其中網絡安全在線碩士連續五年被《美國新聞與世界報道》評為第一，在2018年25個最佳在線信息保障與網絡安全碩士學位中排名第一。國家安全局（NSA）和國土安全部（DHS）已指定山姆·休斯敦州立大學為國家網絡防御學士學位教育卓越中心（CAE-CDE）。

為了適應整個學習環境的變化，在程序設計類課程的教學中，山姆.休斯敦州立大學計算機系的教師們也在努力不斷調整自己的教學策略和教學方法來應對網絡課程的挑戰。教師們采用各種各樣的融合式教學方法吸引學生的興趣，提高課堂的教學質量。在學習編程的初期，語法、語句、概念和邏輯比較簡單，學生通過查閱教材和老師討論等方式可以很容易解決學習中遇到的問題，但在后面高級編程階段個人必須和團隊合作在現代化的編程環境和工具中不斷實踐才是最好的學習方法[1]。在整個的教學過程中，為了更好的適應生長在數字時代的學生，老師重點要解決這些問題：①怎么在原來的傳統教學方法中引入更適合新生代學生的現代化的教學方法;②怎么讓學生的學習由被動式學習轉變為主動式學習，使得學習更有趣;③怎么通過教師和學生的協作調動學生學習的積極性，提高課程教學質量;④考核方式需要怎樣的變化，才能真正反映學生的學習效果。

2 教學實踐

山姆.休斯敦州立大學（SHSU）的程序基礎類課程開設了兩門：“編程基礎I”（Programming Fundamentals I）和“編程基礎II”（Programming Fundamentals II）。兩門課程都包含兩部分的內容：課堂授課和實驗課程。“編程基礎I”通過Java語言介紹編程基礎知識，主要內容包括計算機編程和軟件開發方法的基本概念，包括數據類型，控制結構，函數，數組以及如何運行、調試和測試程序，該課程是四個學分，其中實驗單獨占一個學分。該門課程要求學生在學習之前要有基本的鍵盤操作和PC使用技能，通過學校規定的數學課程。該門課程的主要目標是讓學生學會編寫、測試并執行Java程序。“編程基礎II”是“編程基礎I”的延續，主要學習用抽象數據類型進行計算機程序的設計，實現和重用，還包括Java面向對象設計思想和設計模式。具體內容有基本的抽象數據類型列表、堆棧、隊列和圖，算法分析，搜索和排序。該課程也是四個學分，其中實驗要單獨占一個學分。學生通過實驗要學會在多個編程環境中練習計算機編程。

2.1 通過BlackBoard學習平臺實現從教學手段從傳統到現代的轉變

BlackBoard是一個由美國BlackBoard公司開發的數位教學平臺。數位教學意指：數字化教學。老師和學生可以在多媒體、網絡組成的平臺內進行各種課程方面的交流。BlackBoard在線教學管理系統，正是以課程為中心集成網絡“教”“學”的環境。教師可以在平臺上開設網絡課程，學習者可以自主選擇要學習的課程并自主進行課程內容學習[2]。不同學習者之間以及教師和學習者之間可以根據教學的需要進行討論、交流。BlackBoard為教師、學生提供了強大的施教和學習的網上虛擬環境，成為師生溝通的橋梁。

基于BlackBoard平臺的教學模式是一種混合式學習教學模式。在這種教學模式下，學生在網絡教育中的主體性會得到特別地重視，既能夠發揮傳統課堂教學的優勢，又能發揮網絡移動學習的優勢[3]。尤其在新冠疫情期間，為了減少傳播風險，美國高校很多課程采用線上課堂或線上線下混合課堂的模式，網絡平臺的使用更為重要。

課前教師通過平臺把課程教學大綱、教學內容、教學視頻、文檔資料等分發給學生，學生可以提前預習相關內容，這使得教師在真正課堂上的分組討論、難點講解等效果更好，通過這個平臺，也可以方便的實現師生之間的溝通。教師和學生通過平臺可以進行視頻對話，更好的實現個別指導。當傳統課堂上不能實現面對面分組討論時，也可以通過該平臺實現遠程討論并記錄下討論情況，上傳到平臺，教師可以很方便的看到每組學生的討論情況。教師也可以用平臺提供的Kaltura插件方便的錄制教學視頻，豐富自己的教學資料。通過平臺上教師提供的豐富的課程教學資料和教師設置的課程內容測試規則，大大提高了學生自己的自主學習能力，使被動教學變成了主動教學。學生在老師指導下，通過Internet查找資料來做更多的深入學習。使用現代化的混合教學模式既減輕了教師的負擔（如BlackBoard平臺提供了很多的統計功能，自動判分功能等），又提高了學生的主動學習興趣。

2.2 采用Think-Pair-Share的方式創建主動學習的學習環境

主動學習是“一種學習方法，在這種方法中，學生會主動或體驗性地參與學習過程，并且根據學生的參與程度，存在不同程度的主動學習。”Bonwell和Eison指出：“學生在做除消極傾聽之外的其他事情時會參與就是主動學習。”主動學習的關鍵是要改變學生被動聽，而是讓學生主動思考的方式來學習。山姆.休斯敦州立大學的老師們原來也是采用案例教學法進行教課，教師先演示一個示例程序的編寫，然后再讓學生自己編寫完成一個類似的程序，但后來發現這種方式學生太被動，往往演示時學生不注意聽，實踐編程時指導老師又要重復指導上課講過的內容。后來教師們采用了一種相反的方式，先提出問題，讓學生自己思考應該怎么做，讓學生自己先在完成預習任務的基礎上提出每個人的方案，再讓他們和旁邊同學結對子互相分享解決方案，互相評價對方的方案。最后老師再講自己的解決方案，評價學生的解決方案，這就是Think-Pair-Share的教學方法。采用這種方法，學生課堂的專注度提高了，能主動思考解決問題的方法，有時一個題目得到很多解決方案，學生的學習興趣得到了提高，在學習的過程中越學越喜歡學。

2.3 基于協作學習進行教學設計

協作學習（Collaborative Learning）是一種通過小組或團隊的形式組織學生進行學習的策略。教師在BlackBoard平臺發布小組合作完成的題目，學生自己自由結合分組，組合好小組后，教師通過BlackBoard平臺可以看到有幾個小組，每組都有哪些成員。在教學中采用分組協作式教學模式，每位學生都能參與到整個學習的探索與發現過程中去，每個學生都完成不同的任務，在實現一個整體任務目標的前提下分工合作，進而完成學習目標，在這個過程中也培養了學生之間的團隊合作精神和創新實踐能力[4]。在這樣的方式下，大部分學習都應由學生自主來完成，教師只需在學生的學習過程中通過BlackBoard平臺加大監督力度，如要求學生將每次討論視頻記錄上傳，在學生出現問題并尋求幫助時給予一定的引導。在學習任務完成后，教師總結學生在學習中普遍存在的問題，有針對性的進行示范與解答。

2.4 通過過程考核提高教學質量

編程課程是計算機專業同學最基本的課程，也是后續課程最重要的基石。為了讓學生對每個知識點都很好的掌握，讓考核更全面化、精細化，教師非常注重學習過程的考核[5]。課堂出勤、章節測驗、上機實驗、課后作業、階段考試、期中考試、期末考試和學術誠信等都會作為評分依據。表1列出了課程總成績構成的分配比例。

每章學習完成后，教師都會通過BlackBoard發布一個小測驗來檢驗學生的學習效果，一共有九次小測驗。在整個課程的學習過程中，一般安排三次考試，每次考試考核的知識點都是不同的，難度也是逐步遞增。這門課程教師對學生出勤和學術誠信[6]的考核很嚴格，如果學生連續缺席兩次課或以上，就會收到警告;一旦發現學術誠信問題，將考試成績記為0，并給予紀律處分。過程化考核改革是進一步提高本科人才培養質量的重要舉措，也是改善教風、學風，激勵師生提高課堂教學投入度，提升和檢驗課程教學效果，保證教學質量的有效手段。

3 結束語

在原來的傳統教學方法中如何引入更適合新生代學生的現代化的教學方法;如何讓學生的學習由被動式學習轉變為主動式學習，使得學習更有趣;如何通過教師和學生的協作調動學生學習的積極性，提高課程教學質量;考核方式需要怎樣的變化，才能真正反映學生的學習效果等是教師們在新時代課堂上需要不斷思考的問題。不管國內還是國外，為了更好的適應信息化社會給教師教學帶來的挑戰，教師們在不斷的學習、改進教學技術、教學策略、教學手段來提高學生的學習興趣、激發學生的主動學習能力，保證教學質量。

參考文獻（References）：

[1] 吳洪，戴波.美國羅格斯大學程序設計基礎課程介紹[J].計算機教育，2014.17：102-105

[2] 由繼禹.從Blackboard和Quality Matters看美國大學網絡課程設計[EB/OL].https：//zhuanlan.zhihu.com/p/21285755，2016-06-01.

[3] 張麗英，孫雷，王曉娜，王燕，張巖.基于石大網絡學習平臺的混合式教學模式的探索[J].教育教學論壇，2018.46：173-175

[4] 王燕，王曉娜.基于創新人才培養的C語言探究式學習研究[J].計算機時代，2018.6：84-87

[5] 許真珍.美國高校計算機程序設計課程介紹及啟示[J].計算機教育，2019.3：169-172

[6] 魯琴，曹傳晏.斯坦福大學程序設計入門類課程研究[J].計算機教育，2015.5：107-110