工程認證背景下高級語言程序設計教學改革

蔣社想，陳 輝，劉惠臨

（安徽理工大學計算機科學與工程學院，安徽淮南 232001）

0 引言

高級語言程序設計作為計算機相關專業的核心基礎課，是后續數據結構、算法設計與分析、面向對象程序設計等專業課程的學習基礎，為培養工程教育專業認證人才發揮著不可替代的作用。然而，傳統的課程教學缺少工程教育理念，教學過程的中心是教師而非學生，教與學存在一定程度的脫節。近年來，很多教師也意識到這一點，先后提出多種教學改革方案。如趙娜等提出以程序設計能力培養為核心的C 語言課程教學改革；王青松等提出以真實問題為導向的C 語言課程教學改革；申東等提出基于工程教育專業認證的C 語言程序設計教學改革。相比傳統教學模式，這些改革方案在課程教學內容、教學方式、評價體系等方面進行了一定程度的創新與優化，但也存在一些不足，如在教學內容方面缺少思政元素；在教學方法方面較為單一，且缺少輔助教學平臺的應用；在評價體系方面對過程的考核不夠，且平時成績的可追溯性差。本文工作的創新點在于：從輔助教學平臺、教學內容、教學方法、課程評價體系4個方面對課程進行改革，其中輔助教學平臺為教學內容、教學方法、課程評價體系改革提供支撐；在教學內容方面融入大量思政元素；在教學方法方面采用線上線下混合教學、案例教學、分級分層教學、翻轉課堂教學相結合的新穎教學模式；在評價體系方面擴展了平時成績的來源，強化了過程考核。

1 高級語言程序設計課程教學現狀

（1）學生自主學習能力培養氛圍差。傳統教學模式教學形式簡單，教師講什么，學生就學什么。教師是主體，學生總是處于被動接收知識的狀態。這對學生的自主學習能力、創新能力培養是非常不利的，而在今天現代化教育模式中應樹立“學生是學習過程的主體”的理念，明確教師在教學過程中的主要作用是引導和輔導。

（2）教學內容“一刀切”，忽視學生能力參差不齊的客觀事實。傳統教學模式對不同層次學生所教授知識點的范圍和深度相同，設定的學習目標也是統一的。所設定的學習目標對大部分同學而言可能難易適中，但也會存在一部分學生能力比較強，認為學習目標過于簡單，而一部分學生能力相對較差，完成所有目標存在一定困難的情況。

（3）融合思政教學元素與綜合案例較少。在專業課授課過程中融入思政元素，不僅可解決學生為什么要學習該課程的困惑，而且有利于培養學生正確的價值觀及塑造學生的愛國情懷。經調研發現，大部分高校的高級語言程序設計課程教學內容融入的思政元素較少，與思政融合的綜合案例更少。授課教師往往只重視對學生的專業理論教育，而忽視了對學生的思想政治教育，這與工程教育認證的“立德樹人，培養人才”的根本任務是不相符的。

（4）考核方式單一，學習效果實時反饋渠道缺失。在傳統教學模式中，高級語言程序設計課程考核方式多為“期末考試+平時表現”，總分為100 分，其中期末筆試成績占70%，平時表現占30%。平時表現一般來源于考勤和作業完成情況，這種考核方式更偏重于對基礎理論掌握程度的考察，而無法實現對學習過程中學生實際動手能力、計算思維能力、創新能力的考察。在傳統教學模式中，課堂提問是最常用的教學互動手段，但受時間限制，提問次數非常有限，因此教師無法實時掌握學生的學習狀態和教學效果。

2 高級語言程序設計教學改革

針對傳統教學模式存在的上述問題和缺陷，亟待尋求解決方案，特別是在當前工程教育專業認證的背景下，需要對課程進行有效改革，建立一套符合工程教育專業認證標準的教學體系，培養出具備一定政治素養，以及計算思維能力、實踐動手能力、創新能力的德才兼備的程序設計技術人才。下面將從輔助教學平臺、教學內容、教學方法、課程評價體系4個方面出發，對課程改革進行闡述。

2.1 輔助教學平臺建設

為培養學生的自主學習能力，讓其養成課前主動預習和課后主動復習的學習習慣，教學資源是必不可少的，而且資源越豐富，學生自主學習的興趣就越強烈。為此，本文建立了超星爾雅課程學習資源平臺和程序設計在線評判平臺。超星爾雅學習資源包括：課程教學大綱、電子教材和教案、教學課件、實驗和課程設計指導書、知識點講解視頻庫、基礎理論試題庫等。程序設計在線評判平臺目前已建立了包含1 000 多道程序設計題的題庫。以上平臺的使用一方面能夠培養學生的自主學習能力、編程能力、計算思維和創新能力，另一方面便于教師采用分層分級教學、混合教學、翻轉課堂等新穎的教學模式。

2.2 教學內容創新

為滿足工程教育認證對德才兼備人才的培養要求，挖掘大量思政元素，并以驅動案例的方式科學、合理地融入課程各模塊中，如表1 所示。

Table 1 Ideological and political elements and corresponding cases of teaching表1 課程思政元素及驅動案例

2.3 教學方法改革

對課程教學內容進行更新后，接下來就需要對傳統教學方法進行改革，以期將這些內容更好地傳授給學生。具體措施為：依托建立的輔助教學平臺，采用線上線下混合教學、案例教學、分級分層教學與翻轉課堂教學相結合的新穎教學模式。課程教學流程如圖1 所示。

2.3.1 線上線下混合教學

線上線下混合教學是將信息技術融入教學過程中的一種新興教學模式。通過互聯網、移動終端、云服務等信息技術構建網絡教學輔助平臺，如本課程構建的超星爾雅學習資源平臺和程序設計在線評判平臺，學生可在課余時間利用該平臺進行課程的自主學習。

Fig.1 Course teaching process圖1 課程教學流程

在超星爾雅學習資源平臺中建立了視頻庫、試題庫、課后作業、隨堂測試等，并設置了任務點、主題討論等；在程序設計在線評判平臺中建立了程序設計題庫和競賽。這些線上教學過程一方面為學生提供了學習動力、學習資源和充分的學習時間，保障了學生自主學習效果；另一方面線上平臺的使用有助于對學生學習狀態進行實時跟蹤，為課程的過程化考核提供依據，學生也能夠對學習情況進行實時反饋，使教師由此對教學內容和教學方法進行及時調整。

2.3.2 思政案例教學

案例教學是一種啟發式教學，每個知識點的講解都通過一個小型案例來完成，將枯燥、乏味的抽象概念轉換為一個個生動、具體的實例。即在講解知識點之前，教師先引入一個案例，學生和教師通過一起分析與討論案例，抽象出所要解決的問題，逐步引出新的知識點。

表1 給出了針對課程思政元素設計的19個案例。例如，針對控制結構中的多分支結構知識點，融入“新冠疫情風險防控人人有責”思政元素。首先，教育學生疫情面前沒有人能置之度外，為了打贏這場沒有硝煙的戰爭，無數醫務人員無私奉獻、英勇奮戰，甚至獻出自己寶貴的生命，因此作為當代大學生應多關注疫情發展，響應國家號召，做好個人防范，不信謠不傳謠，堅決不給國家添亂；然后，讓學生考慮新冠疫情風險等級是如何劃分的，以及如何用高級語言編程實現，逐步引出和講解“if…else if…else…”的多分支結構。相對于傳統的“判斷學生成績等級”例題，該案例具有一定創新性：①將對學生的思想政治教育合理融入到高級語言程序設計課程中，較好地培養了學生的愛國主義情懷，實現了知識傳授與價值引導的有效結合；②案例教學除傳授了多分支結構基礎知識外，還鍛煉了學生的綜合問題分析能力、實踐動手能力、創新能力，實現了知識與能力并重。

2.3.3 分級分層教學

分級分層教學是承認學生差異的客觀事實，根據基礎和學習能力不同而科學地將學生分成多個層次，這里由高到低分為A、B、C 3個層次。由于在課程整個學習過程中，學生的學習狀況不斷發生變化，因此每隔一段時間需要根據實際情況對分層重新進行調整，即學生的分層為“動態”分層。這里主要借助程序設計在線評判平臺來完成，每一章節授課完成后發布一次程序設計競賽，包括8 道題目，時長為3h。完成7 題以上的學生劃分為A 層次，完成4～6 題為B 層次，完成3 題以下為C 層次。

為針對不同層次的學生開展因材施教，將課程知識點相應地劃分為3個等級。此外，對超星爾雅學習資源平臺和程序設計在線評判平臺中的每個練習題也進行了分級（基礎題、綜合題、擴展題），鼓勵B、C 層次的同學逐步挑戰更高層次的問題。分級分層的教學方式可有效避免優秀生“吃不飽”、后進生“吃不了”的現象，使不同層次的學生在知識和能力方面都得到充分拓展。

2.3.4 翻轉課堂教學

翻轉課堂完全區別于傳統課堂，學生不再是被動接受知識，而是需要在課堂上主動參與各種教學活動，教學主體不再是教師，而是學生。例如：對教師引入的案例（項目）進行分析與討論，并設計與實現相應解決方案。翻轉課堂教授的不僅僅是課程知識，更重要的是培養學生對問題的深層理解能力、創新能力及實踐能力。

相對于傳統課堂，翻轉課堂在人才培養方面確實具有一定優勢，但翻轉課堂實施的最大難點在于：若學生在課前不進行自主學習，課堂教學效果就會大打折扣。為避免這種情況，本文采取了兩個措施：首先，對超星爾雅中的課程資源設置了需要在課前完成的任務點，而任務點的學習情況將會計入課程成績考核；其次，將需要課后完成的程序設計實踐題，通過程序設計在線評判平臺發布為競賽，學生競賽排名也作為課程考核成績之一。

2.4 評價體系優化

按照“重結果更重過程”的新型教育理念評價學生的課程學習效果，不應僅看最后的考試成績，更重要的是要對學生整個學習過程進行跟蹤評價，強化過程性考核。為此，對課程評價體系進行優化，課程總成績（100 分）=期末成績（無紙化考試）（50%）+平時成績（50%）。其中，平時成績考核主要包括5個方面：超星爾雅資源平臺中的任務點學習情況、考勤情況、作業完成情況、實驗完成情況、程序設計自動評判系統中的實踐能力測試情況，每一方面占比為20%。

2.5 改革效果分析

該改革方案于2020 年在安徽理工大學計算機科學與技術專業的高級語言程序設計課程中進行了試點，表2 給出了方案實施前（2019 年）和實施后（2020 年）學生在期末考試通過率、程序設計類競賽獲獎、創新創業項目立項、誠信考試4個方面的對比情況，可反映出學生的自主學習能力、實踐能力、創新能力及綜合素養都得到了較大提升。

Table 2 Comparison of teaching effects before and after the implementation of the reform表2 改革實施前后教學效果對比

3 結語

通過合理融入思政元素，使得學生在獲取專業知識的同時，在政治思想和綜合素養方面也得到了提升；借助于輔助教學平臺，通過采用線上線下混合教學、案例教學、分級分層教學、翻轉課堂教學相結合的新穎教學模式，可有效鍛煉學生的自主學習能力、實踐能力與創新能力；通過對評價體系的優化，可更科學地對學習過程進行考核。該教學改革極大地改善了傳統教學模式存在的不足，提升了教學質量，為工程教育專業認證打下了良好基礎。