數(shù)媒專業(yè)區(qū)內(nèi)外混合班程序設計教學實踐改革探索

楊曉波

（西藏光信息處理與可視化技術重點實驗室，西藏民族大學信息工程學院，陜西 咸陽 712082）

程序設計是數(shù)字媒體技術專業(yè)的必修課程，目標是讓學生掌握并熟練運用一門或多門程序設計語言基礎，具備一定的編程能力，為以后的項目開發(fā)打好基礎；使學生了解計算機解決問題的詳細過程，讓學生具備計算思維，提高學生分析問題和解決問題的能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學習打下堅實的基礎。西藏民族大學數(shù)媒專業(yè)自治區(qū)內(nèi)外混合班中約有一半是漢族學生，一半是藏族學生。給這樣的班級開展程序設計課程不是一件容易的事，漢藏學生思維習慣有差別、文化基礎差距較大，所以教學過程中就會出現(xiàn)兩極分化現(xiàn)象。如果放慢教學進度，漢族學生就會覺得教學內(nèi)容過于簡單，不夠?qū)W；如果按正常教學進度開展教學，藏族學生就會覺得教學內(nèi)容難度較大，學不會、跟不上。為了解決區(qū)內(nèi)外混合班教學中這些矛盾，在教學設計中采用史密斯—雷根模型設計教學。史密斯—雷根模型（見圖1），是一種改進后的、系統(tǒng)全面的教學設計方法[1][2]，在教學前首先進行教學分析，分析學習者特征，然后對學習任務進行分析，并對學習環(huán)境加以分析；教學策略設計如何組織教學、教學內(nèi)容如何傳遞以及如何管理教學資源，在此基礎上制作教學資料；對教學進行評價，以評價所得到的反饋為依據(jù)再對教學進行修改，如此循環(huán)往復提高教學效果。

圖1 史密斯—雷根模型

1 教學分析

1.1 教學環(huán)境分析

大多數(shù)程序設計語言課程是先進行理論教學，再進行上機實踐，大部分課程都是從三大基本結構講起，實例內(nèi)容主要以經(jīng)典算法為主，學生的學習興趣難以被激發(fā)，學生也不能將所學內(nèi)容舉一反三，更不能用以解決實際問題。

1.2 學生學習特征分析

1.2.1 學生文化基礎相差較大，層次不一

西藏自治區(qū)內(nèi)外混合班學生有來自全國各地的漢族學生和來自西藏自治區(qū)的藏族學生，總的來說漢族學生文化基礎較好，大多從小學就接觸計算機甚至接觸過編程；而藏族學生文化基礎相對薄弱，接觸計算機較晚，英語功底相對較弱，程序設計語句又都是英語單詞。所以對這種生源質(zhì)量相差較大、層次不同的學生用統(tǒng)一的教學內(nèi)容開展教學難度很大，效果也不好。

1.2.2 藏族學生的興趣沒有被調(diào)動起來

藏族學生能歌善舞，擅長形象思維，對圖像和色彩敏感，數(shù)學基礎相對薄弱，編程的邏輯思維有待提高，其中還有一批學生未做好大學的學習規(guī)劃，將時間和精力放在豐富多彩、形形色色的各種社團活動上，熱衷于學生會工作，課余時間沒有被很好地利用到學習專業(yè)課上[3]。

1.3 學習任務分析

程序設計類課程的教學目標是培養(yǎng)學生的分析和解決問題的能力、設計開發(fā)軟件系統(tǒng)的能力、團隊協(xié)作的能力和一定的創(chuàng)新能力。為有效達成課程的教學目標，進行了大量的教學改革，如項目式教學、以賽促教促學[4][5]，這些方法收到了一些成效，也出現(xiàn)一些新的問題。較少部分學生能跟上教學進度，一部分學生在項目小組中渾水摸魚，一部分學生由于跟不上對課程失去興趣。

2 教學策略設計

2.1 教學模式組織策略

2.1.1 選擇合適的教學語言

數(shù)字媒體技術專業(yè)是服務于社會發(fā)展與文化建設，體現(xiàn)科學與藝術深度融合特色的交叉學科專業(yè)[6]，所以開設互動藝術編程課程，以Processing作為程序設計語言。Processing是一門藝術編程設計語言，用短短的幾行代碼創(chuàng)造出圖形，隨后又讓圖形開始運動，再加上一些代碼便可以讓圖形自我學習，像自然中的生命一樣生長、蔓延和改變[7]。將編程與藝術創(chuàng)作結合起來，學生的學習興趣大大提高。

2.1.2 提高程序代碼輸入速度

要提高學生編程能力首先要提高學生鍵盤打字速度。藏族學生普遍對英文不是很熟練，有的學生甚至26個字母認識不完全，所以打字速度很慢。在新生入學后就為學生推薦鍵盤指位圖，幫助學生盡早學會盲打，并在程序設計課程中強化代碼輸入速度，這一點在混合班中非常重要。

2.1.3 提高學生英文水平

藏族學生編程時速度慢的另一個重要原因是英語水平較差，輸入語句時不是逐個單詞輸入，而是一個字母一個字母地輸入，所以速度很難提高。解決這個問題不能僅依賴于英語課程的學習，而要采取相應的針對性措施。一是將程序設計中常用單詞列出來，指導學生用詞根記憶法、聯(lián)想記憶法等方法去記憶。二是程序開發(fā)環(huán)境和集成開發(fā)環(huán)境不用中文版而用英文版，課程開始時，教師在上課的同時對集成開發(fā)環(huán)境中菜單和界面中碰到的單詞不斷解釋其含義并強化拼寫，強化學生記憶。如此堅持三至四周，藏族學生和英文較差的漢族學生均能跟上教學節(jié)奏，不再抗拒英文編程環(huán)境。

2.1.4 教學內(nèi)容設計

在專業(yè)教學中，開設的程序設計語言一般不止一種，大部分課程不管學生學的是第幾門語言課，往往都是按常量、變量、類型、順序結構、選擇結構、循環(huán)結構……的教學順序開展教學，導致學生每門程序設計語言都感覺只學習了三大基本結構。所以課程開始的設計很重要，先用processing語言實例繪制出色彩鮮艷的圖形和豐富靈動的動畫，讓學生先熱愛上這門課程。

2.1.5 教學模塊設計

剛開始學習編程時，學生對變量不能理解，可以通過大量的實例和練習讓學生學會靈活運用變量，比如圖2用變量控制兔子的身體長度和眼睛大小，學生很快就會領會變量的用法。循環(huán)也是學生學習的難點之一，講解時通過打印一個點線到打印一行點線引出一重循環(huán)，再到打印多行點線引出二重循環(huán)（見圖3），讓學生充分理解外循環(huán)走一步內(nèi)循環(huán)走一圈。還可以增加幾道練習強化學生對循環(huán)的理解。

圖2 用變量控制兔子尺寸

圖3 二重循環(huán)示例

再如函數(shù)的引入，首先講解如何繪制一只貓頭鷹，待學生在屏幕上繪制出一只貓頭鷹后，讓學生思考如何繪制兩只、三只甚至多只大小不同的貓頭鷹，如此很順利地引入函數(shù)的概念，幫助學生在幾分鐘內(nèi)就能學會使用函數(shù)。在此基礎上引入對象、信息隱藏、數(shù)據(jù)封裝、模塊化和多文件處理。學生通過為對象添加顏色、大小等屬性改變貓頭鷹外觀，用移動等方法做出運動動畫，如此，讓程序設計中較難理解的概念變得有趣且容易理解。

2.1.6 結幫對

編程是一項復雜的學習，考慮到藏漢學生學習能力的差異性，結幫對學習要求學生具有協(xié)作精神，將藏漢學生搭配成學習小組組織教與學[8]，這在國內(nèi)外都已經(jīng)進行了實踐[9][10][11]。學生通過小組協(xié)作可以互相解決程序中的錯誤，不同的想法互相碰撞出火花，相互鼓勵，交流溝通能力和團隊協(xié)作能力都可以大大提高，學習興趣也更加濃厚。

2.2 教學內(nèi)容傳遞策略

2.2.1 分層教學和個性化培養(yǎng)

通過打字訓練和英文強化訓練后，藏族學生編程的基本困難得以解決，但由于文化基礎相對薄弱，在教學內(nèi)容接受上還會有差異。針對這種情況，可以進行分層式教學，首先提出一個基本問題并加以講解，讓大部分學生都能夠理解并實現(xiàn)編程，對于接收快、反應快、很快就能完成任務的學生加以引導，讓其增加程序功能，比如修改顏色、讓圖形隨著鼠標動起來或增加其他交互功能；中等程度的學生可以完成基本功能并增加一兩個功能；而對于反應較慢的學生，耐心指導，讓其跟上教學進度。課堂上，學生繪制出基本形狀后，引導學生對圖形修改顏色、與鼠標和鍵盤交互（如讓圖形跟鼠標移動）、旋轉(zhuǎn)、移動等動畫，每個學生繪制的圖形都不盡相同，仿佛每人都是藝術大師，所以學生的學習興趣很高，基本上沒有掉隊的學生。通過層次化教學設計，使所有學生都能跟上課程，學生也不會因為一時跟不上而放棄課程的學習。

2.2.2 運用多種教學方法

教學過程中用到許多教學方法，如誘發(fā)法，通過一個個色彩絢麗的動畫編程演示，激發(fā)學生的求知欲；發(fā)散法，同一問題引導學生從不同的角度思考，引導學生發(fā)散思維，編程繪制出不同風格的作品。

2.2.3 多類型課堂練習和課后作業(yè)

采用多種類型練習題，如遷移型練習，在講解例題之后，對例題稍作修改讓學生練習，培養(yǎng)學生舉一反三的能力；誘導型練習，新知識點講解前，預測學生可能碰到的難點，設計誘導性練習，使學生通過練習得到啟示，循序漸進地理解難度較大的知識點；發(fā)散型練習，針對一個問題，從不同的角度和側面探求不同的解決辦法，從而激發(fā)學生的發(fā)散思維，展現(xiàn)個性。

2.2.4 教學技術的應用

教學中，除了講解PPT課件和軟件演示之外，還可以利用黑板和白板本畫圖進行講解。但課程教學一般在機房開展，加之新冠肺炎疫情防控期間學生坐得比較分散，后幾排學生看不到板書內(nèi)容，可以利用電子教鞭和數(shù)位板進行圖示和過程，運用極域、云課堂屏幕播放功能等方式解決該問題。

2.2.5 編譯調(diào)試

程序運行難免出現(xiàn)錯誤，編譯調(diào)試對藏漢學生都是一個挑戰(zhàn)，是一個教學難點，教師要多次引導學生調(diào)試程序，修改錯誤。對于有明確提示的錯誤，指導學生查看、找到錯誤，并分析錯誤可能出現(xiàn)的原因；對于無提示信息的錯誤，通過添加注釋、打印信息和繪制簡單圖形等方法，幫助學生找到錯誤所在的位置。

2.2.6 改變教學模式

大多數(shù)高校程序語言設計課程的教學分為課堂理論教學、上機練習、課后作業(yè)、期中考試和期末考試五大模塊[12]，理論教學與上機練習嚴重脫節(jié)，學生在上機練習時對課堂教學內(nèi)容已遺忘得所剩無幾。可以嘗試改革教學方式，在機房邊講邊練，對實例進行驗證并對其進行創(chuàng)新改造，使理論與實踐相結合。教師講解之后，學生馬上練習，學習效果明顯提高，學生對課程學習興趣也大大提高。

2.3 教學資源管理策略

2.3.1 教學資源組織

充分運用MOOC、雨課堂等教學平臺組織教學資源，提高教學效率和效果。將教學內(nèi)容分解為相對獨立的知識點，制作課件，錄制微視頻，視頻時長控制在10分鐘以內(nèi)，將教學資源上傳MOOC平臺和雨課堂，創(chuàng)設移動式教學環(huán)境，線下與線上共同開展教與學。學生通過MOOC平臺和雨課堂，可以通過視頻和課件自主學習，對不太理解的內(nèi)容可以反復觀看學習；練習和作業(yè)任務通過雨課堂布置，學生完成后提交雨課堂平臺，這些都成為后續(xù)課程的教學資源和課程考核的憑據(jù)。

2.3.2 充分運用網(wǎng)絡

為防止學生過度上網(wǎng)玩游戲，機房授課時，大部分教師通常會關閉外網(wǎng)。但“堵”不是辦法，疏導才是正理。充分利用網(wǎng)絡，學生可上網(wǎng)查詢顏色的RGB值，在processing官網(wǎng)上查詢系統(tǒng)函數(shù)的用法，學生可以將程序代碼等內(nèi)容上傳郵箱、雨課堂或百度網(wǎng)盤，作為自己的課程資源。通過這些方法，網(wǎng)絡才真正成為學生手中的工具。

3 教學評價

3.1 形成性評價

依據(jù)課程目標，采用多元的考核評價方法，開展過程性評價與課程目標評價相結合，利用MOOC和雨課堂記錄的學生課堂學習考勤記錄、線上學習的時間、提交作業(yè)次數(shù)、彈幕總次數(shù)、投稿總次數(shù)、閱讀公告數(shù)、觀看課件頁數(shù)、課件哪些頁面瀏覽時間長、作業(yè)的編程功能是否有創(chuàng)新或改進，每次作業(yè)的評分和作業(yè)的總分、線上考試總用時，以及各道題得分等數(shù)據(jù)，可視化分析學生的學習行為，查看學生的學習進度、學習規(guī)律、作業(yè)成績以及編程中存在的問題。通過這些平時表現(xiàn)、作業(yè)成績、期末大作業(yè)作品等，加權計算學生課程成績。學生通過網(wǎng)上學習平臺、問卷調(diào)查等方式對教師教學、教學環(huán)境、教學內(nèi)容等進行反饋和評價，提出建議和意見。

3.2 完善和改進教學設計

以形成性評價為依據(jù)，對整體教學進行反思，并不斷完善、改進教學設計。每堂課后，針對普遍存在的問題，在課堂上統(tǒng)一講解或錄制微視頻上傳雨課堂；針對個別問題可在課堂上單獨輔導或通過QQ聊天、QQ遠程桌面、微信視頻等方式指導學生。學期末對整個課程進行梳理，總結經(jīng)驗，及時調(diào)整。

4 結語

程序設計和軟件開發(fā)課程的學習是一個循序漸進的過程，在課程教學中以史密斯—雷根模型為教學模式，設計教學內(nèi)容，學生記憶和理解課程基礎知識，模仿示范化例題，不斷強化熟練編程，將前期所學知識不斷應用到自己的練習和作業(yè)中，并在練習中創(chuàng)新和改進，從而提高學習效果[13]。從學生的課堂到課率，上機練習主動參與的積極性和線上作業(yè)提交率、完成度等可以看出，學生的學習效果、編程思維和學習興趣都大大提升。MOOC和雨課堂中的教學大數(shù)據(jù)不僅可以為課程教學提供數(shù)據(jù)，以便更好地改進完善教學，還為挖掘?qū)W生的學習潛力、研究學生的學習習慣和行為模式、為政策制定和教務部門決策等提供參考，在學生職業(yè)規(guī)劃和就業(yè)選擇等方面提供科學依據(jù)。