“程序設計基礎”課程差異化教與學的探索與實踐

劉艷軍 羅代忠 馬新強

摘要：近年來，我國在本科教育上強調內涵發展，把質量提升作為本科教育改革發展的核心任務，而課程教學質量提升是本科教育質量提升的重要環節。文章探索一種“程序設計基礎”課程教與學體系，分析了課程教學目標和教學改革中遇到問題，提出使用在線學習和在線評測系統等信息化技術手段拓展學習時空;遵循布魯姆學習分類法劃分淺層知識和深層知識，設計線上線下一體化教學內容;重組教學流程，形成持續的漸進式學習過程;助力學生的差異化教學。

關鍵詞：程序設計;線上線下;教學模式;教學內容設計;差異化教學

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）15-0117-03

Abstract：In recent years， our country emphasizes the connotative development in undergraduate education and regards the quality improvement as the core task of the reform and development. This paper explores a teaching and learning system of "Programming Foundation" course， analyzes the teaching objectives and the problems encountered in teaching process， then proposed a method to expand learning time and space by using online learning and online evaluation system and other information technology， and design online and offline teaching content， according to Bloom's learning classification to divide knowledge into shallow knowledge and deep knowledge， and reorganize the teaching process to form a continuous gradual learning process and help to realize differentiated teaching.

Keywords： program design; online and offline; course model; teaching content design; differentiated teaching

1 引言

教育部在《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020）年》文件指出要以學生為主體，以教師為主導，充分發揮學生的主動性，關心每個學生，促進每個學生主動地、生動活潑地發展，尊重教育規律和學生身心發展規律，為每個學生提供適合的教育。

“程序設計基礎”作為計算機類專業一門重要的學科基礎課，是新生入學的第一門程序設計類專業課程，在計算機專業教學體系中有舉足輕重的作用，課程具有覆蓋面廣、教學難度高、實踐要求高、對后續課程影響大等特點。在教學過程中，不僅要使學生掌握編程語言的基本語法規范，還要致力于培養學生運用編程語言解決實際問題的編程能力，要引導學生實現問題求解思維方式的轉換——即培養學生的計算思維能力。傳統的教學方法，難以兼顧低階認知（記憶、理解、應用）和高階認知（分析、評價、創新）的教學，教學效果的跟蹤與反饋也不夠及時、準確，不利于實現個性化教學[1-2]。本文探討并實踐一種程序設計基礎課程教與學創新體系，該體系使用信息技術，進行線上、線下混合教學，幫助教師構建從低階到高階的一體化教學設計，同時便于學生開展自主、泛在、個性化的學習。

2 課程分析

“程序設計基礎”課程通常被作為第一門編程語言課程，是各類軟件開發課程的重要先修課程，課程學習效果直接影響學生程序設計能力。

2.1課程教學目標

1）知識目標：“程序設計基礎”課程要求學生熟練掌握程序設計基本語法、數據類型、表達式、控制結構（順序、分支、循環）、模塊化（函數）、文件等核心知識和程序設計前沿理論知識，拓寬學生視野和寬廣的跨學科知識。

2）能力目標：通過課程學習培養學生：（1）將實際問題抽象化（數學建模）;（2）將抽象問題計算機化（計算機可理解）;（3）將計算機題模塊化;（4）將模塊問題程序化（會讀、令寫、會調會優化）;（5）實踐與創新、溝通與團隊合作、深度學習與自主學習的能力，應對信息化發展的適變能力。

3）素質目標：考慮到學生計算思維尚未建立、程序設計能力薄弱甚至零基礎的實際情況，踐行“程序=數據結構+算法思想，提出培養具備工程開發及實踐應用能力，勝任軟件分析、設計、開發、測試及管理等工作的高素質應用型人才。通過課程思政，培養學生克服困難、堅持不懈的學習精神，家國情懷與積極向上的人生價值觀。

2.2課程教學中存在的問題

1）傳統的課堂教學大多處于淺層次教學狀態，即知識的初階認知（記憶、理解、應用），難以兼顧高階認知（分析、評價、創新）。教學內容低階層次，課堂要求低，“水課”越來越多趨勢嚴重，甚者將編程課上成打字課。課堂缺乏深切體驗和難度挑戰，難以引導學生獲得深入的思考和深透的理解，無法為學生后續學習產生深遠影響。

2）學生的學習是一個漸進生長的過程，本課程理論和實踐并重，尤其需要在實踐中給予學生消化理論的時間。目前教師缺乏耐心等待和引導，課堂存在教師“告訴”結果的多，學生“發現”結果的少，教與學的“過程之教”被抽取，學生機械死板而失去生命活力，喪失自主性、能動性和創造性，致使學生出現“教過的題會做，未教過的沒思路不會做”的情況。

3）課堂教學對學生的差異性關注不夠。在同一年級、同一專業，甚至同一班級內學生學習基礎、學習能力參差不齊是常態，同一的課堂教學下，一定存在有些人吃不了或有些人吃不飽的情況。針對不同的學情，因材施教，實施個性化教學以達到課程目標是解決學情差異問題的重要手段。

2.3課程與教學改革要解決的重點問題

1）構建線上線下一體化教學內容設計。遵循布魯姆（Bloom）學習分類法，劃分淺層知識和深層知識，設計線上線下一體化教學內容，形成持續的漸進式學習過程，提升學生可持續競爭力，解決學生個性化學習問題。

2）重組教學流程，解決以“教師為中心”到“以學生為中心”的轉變問題。淡化課堂邊界，課前學生線上學習、課內教師引導內化計算機編程邏輯思維、課后學生現固強化知識點，解決學生的自主學習問題。

3）重建教與學評價標準，解決“學”的效果問題。關注學習效果，跟蹤學生學習情況，采用線上線下相結合的過程化、多元化評價方式，解決學生對程序“會讀、會寫、會調、會優化”的問題。課程內容與資源建設及應用情況。

3 “程序設計基礎”課程教學改革

本課程改革思路：構建了線上線下混合，淡化課堂邊界，突出個性化教學的教學新模式。

3.1設計“淡化課堂邊界，突出個性化教學”的線上線下混合式教學模式

1）依據認知層次理論設計線上線下一體化課程內容，重組教學流程，形成持續的漸進式學習過程。

針對不同層次的認知階段，分解課程內容到線上線下不同環節實施，線上環節完成程序設計低階的基本語法和基本用法的學習，線下環節完成程序設計高階的分析、設計、實現及解決復雜工程實際問題的能力。重組教學流程，打破以“課堂”為中心的邊界，充分實施課前線上自學，課堂線上線下多模式教學，課后線上練習相融合的一體化教學活動。

本課程的線上MOOC平臺基于重慶市高校在線開放課程平臺搭建，是課程團隊多年來教學資源的結晶，在視頻內容開發過程中，強調案例驅動，串聯主干知識點，突出實用性，旨在學生快速入門程序設計。課程的在線測評系統采用使用北京航空航天大學CG計算機專業課一體化平臺等，實現了學生全天候自主在線練習，系統實時評判、在線考試等。線下課堂教學通過對線上學生學習情況的統計，進行主干知識點梳理，錯誤分析，代碼點評，綜合案例討論等。教師通過設置評價考核指標體系并向學生公開，激發學生的學習積極性，同時加強對學生學習過程的管控。

2）關注學生的差異性，有效利用信息技術，為學生提供個性化學習教學資源環境。

教師不僅要傳授學生知識，更應該培養學生運用知識解決實際問題的能力，即關注學習效果。由于存在學生的個體差異，使學生達到相同學習效果的學習過程大體一致卻又不盡相同。因此，在教學過程中，教師應將學生放在教學的主體地位，更加關注學生的差異性，充分激發學生的學習熱情，培養學生自主學習、主動學習的良好學習習慣。設計以學生為中心，突出個性化教學的課程教學模式，課前引導學生按需學習;課堂依據課前學習數據和行為分析，合理設計多種教學方式;課后在線上練習系統提供按難度分層的基礎題和擴展題，供學生練習自測。通過將教學內容按知識點、按進階性、按難度進行切分，由學生自主選擇學習內容，學習能力強的學生多學點，學能力一般的學生正常學，學能力差的學生反復學，將學習過程由桌餐變為自助餐。同時，教師獲取學生的學習數據、掌握學生的學習狀態，針對性的干預、引導，達到更好的學習效果。

3.2資源建設

“程序設計基礎”課程依據Bloom認知層次理論設計線上線下一體化課程內容，以學中心，淡化課堂邊界，重組教學流程，將課前課堂課后三個階段通過一體化的內容設計有效融合在一起。

1）課前內容

在線上完成，以知識的識記和理解為主地構建低階課程內容，主要涵蓋數據類型、表達式、控制結構（順序、分支、循環）、數組、函數、指針、結構體的基本語法及基本用法，為高階課程內容奠定了基礎。形成一個知識技能分解和案例設計，具體如表1所示。

2）課堂內容：包括理論課堂和實驗課堂兩部分。

理論課堂以知識的應用、分析、質疑和創造為主的構建高階案例式課程內容，針對課前學生學習行為數據和測試結果、實時調整課內教學活動，采用案例教學、討論教學、啟發教學等方式，課堂活動設計具有高階性、創新性、挑戰度的內容，真正體現“兩性一度”。

實驗課堂在線下進行，而題目發布在線上測評系統，以編程題和代碼改錯題的實踐為主，由測評系統提供動態測試、代碼風格檢查、性能剖析等實時評測結果，學生可以反復提交直至完全通過。通過實驗課堂教學解決學生對程序“會讀、會寫、會調、會優化”的高階學習，提升學生的程序設計編程邏輯與創新思維。

課后內容：通過在線作業鞏固加強學生學習效果。在線作業包括選擇、填空、程序填空等客觀題，便于覆蓋各種細節知識點，還包含按難度劃分的編程題，在加強學生操作基礎訓練的同時提升難度。

3.3考核評價

課程考核方式是教學環節中最重要的組成部分之一，本課程的考核為配合線上線下教學過程的開展，采用多環節、多要素、全方位的考核方式，期望達到公平、公正對學生掌握課程的情況做出合理、科學的評價[3]。如圖3所示，考核方式主要包括：課前在線學習成績（占20%）、實驗成績（占15%）、作業成績（占15%）、課內表現成績（占10%）、期末考試成績（占40%）。其中，課前在線學習由課程視頻觀看情況、章節測驗成績、討論參與情況組成，通過在線課程平臺系統統計計算獲得;實驗成績、作業成績、考試成績由在線測評系統通過機器自動評閱獲得。評價方式嚴謹、客觀，計算方法向學生全部公開，學生在參加各項教學活動時，由系統自動統計各項教學行為并計分，便于學生可以隨時隨地查看本人的平時成績變化情況，這一評價方式顯著提高了學生在線學習的積極性。

4 “程序設計基礎”課程改革卓有成效

4.1基本形成一套線上線下混合式教學模式資源

建設了“程序設計基礎”的慕課，課程在重慶高校在線開放課程平臺上線，目前已開課5期，選課程人數累計2694人，學生來自28所高校，課程于2018年被認定為重慶市高校精品在線開放課程。在線上課程的開放期間，形成一套教學視頻、教學課件、案例庫、試題庫、常見問題的討論主題庫等資源。我校已有三屆18個班級900多名學生使用“程序設計基礎”在線課程平臺進行線上線下混合教學活動。形成課程教材《案例式C語言程序設計》，由清華大學出版社出版，列為“21世紀計算機科學與技術實踐型教程”，使用量達到2000多人次。建立進階式、按難度劃分的習題庫、案例庫，以實用型的應用案例為導向，整合主干知識點，擴展細節知識點，配合階段性綜合項目。

4.2初步形成個性化教學模式

通過在線課程資源輔助預習復習環節，實現課堂外學生按需自主學習的同時，便于教師掌握自主學習的情況。通過題自 動化作業布置、批改，節約出教師精力和時間，實施個性化教學，設計適合學生情況的不同難度的習題庫、作業庫和評價方式，進行分層教學設計，更關注學生個性化成長，更好的調整教學內容適應學情。

5 結語

“程序設計基礎”線上線下混合教學模式改革實施以來，經過統計，學生對教師在教學態度、教學內容、教學方法、教學條件等方面綜合評價得分93.64，評價優秀;學生在ACM競賽及CSP水平測試中取得優良成績，表明了改革后的教學模式對提升學生解決復雜工程問題的能力奠定程序設計的堅實基礎。課程授課教師在校級“說課程·教改課”比賽一等獎及二等獎2次、“金果源”學生最喜愛教師獎、“優秀主講教師”獎。

在“程序設計基礎”課程后續建設過程中，進一步將課程思政融入教學，貫穿課程教學全過程，推進知識傳授、能力培養與價值引領的有機統一。增加職業素養訓練，改善教學資源新環境進一步與企業合作打通“產科教”模式的落地實施，通過綜合工程化項目的大作業，培養學生工程項目分析和管理能力，加強學生的團隊精神、合作能力和IT 職業素養。

參考文獻：

[1] 顧佩華，胡文龍，林鵬，等.基于“學習產出”（OBE）的工程教育模式——汕頭大學的實踐與探索[J].高等工程教育研究，2014（1）：27-37.

[2] 曾海，尚鮮連，朱敏.基于SPOC平臺的“數據結構”課程線上線下混合教學模式改革[J].蘇州市職業大學學報，2019，30（2）：83-88.

[3] 張文娟.線上線下相結合的課堂教學模式改革[J].科教文匯，2016（10）：31-32.

【通聯編輯：王力】