多元驅動的C++程序設計基礎差異化混合教學模式研究與實踐

徐志佳

(1.華南理工大學機械與汽車工程學院，廣東廣州510640；2.塔里木大學機械電氣化工程學院，新疆阿拉爾843300)

1 引言

隨著信息化和智能化技術的快速發展，掌握計算機的基本工作原理和一門計算機程序設計語言，已成為當代大學生知識結構中必不可少的組成部分。C++是一種多范型的程序設計語言，它既支持面向過程的程序設計，又支持面向對象的程序設計[1]，是當今主流的編程語言。在此背景下，C++程序設計基礎于2017年全面成為華南理工大學非計算機專業本科生的計算機公共基礎課程。課程于大一第二學期開設，總課時為40 學時。其主要目標是要求學生掌握結構化程序設計中基本的概念、方法，并能夠使用結構化思想方法設計小規模的應用程序，進而為將來利用計算機解決本專業的理論和實際問題打下良好的基礎。然而，實踐發現，C++程序設計基礎課程教學目前面臨諸多亟待解決的挑戰。

2 課程教學存在問題分析

首先，學生知識基礎較弱，普遍存在畏難思想。對教學班進行調查分析發現，95.8%的學生沒有C++程序設計語言的基礎，而且沒有學習其他程序設計語言類先導課程；100%的學生認為課程會較難。在這種情況下，如果采用的教學模式不當，往往難以激發學生的學習興趣、調動其學習積極性。

其次，傳統教學模式難以適應教學需求。盡管翻轉課堂、微課、MOOC 等新型教學模式不斷涌現，但由于課程總課時已被壓縮到40 學時，實驗課時僅為8 學時，教師往往被迫沿用傳統“填鴨式”教學模式[2]，學生既缺乏深入思考與理解，又缺乏足夠的實踐鞏固知識[3]，因而難以保證教與學的質量。

第三，缺乏支持學生差異化學習目標的有效手段。由于自身基礎、興趣的不同；加之大一新生的整體學習任務較重，平均每天10.4節課，學生對課程的預期目標不盡相同。但在傳統教學模式仍然未被根本改變的狀態下，難以為學生提供差異化的學習服務。

3 多元驅動的差異化混合教學模式設計

針對上述問題，提出一種多元驅動的C++程序設計基礎差異化混合教學模式。該模式首先面向學生的差異化學習目標，建立多元驅動模型；然后運用智慧教學工具長江雨課堂開展混合教學，并在教學過程中實施多元驅動策略，滿足學生的差異化學習目標需求。

3.1 面向差異化學習目標的多元驅動模型

學生的學習目標可以概括為四類：考試及格、獲得高分、簡單應用和進階應用。其中，考試及格是最低的學習目標，學生由于各種原因，不愿意在課程學習中投入足夠的時間。獲得高分主要以評優評先為主要考量，側重于卷面成績的提升。簡單應用和進階應用偏向于程序設計語言的實用性，前者關注一些簡單問題的計算機求解，后者偏向于獲得一定的獨立開發應用程序的能力。

根據學生的差異化學習目標，設計的多元驅動模型如圖1所示。該模型首先以智慧教學工具(長江雨課堂[4-5])等現代教育技術搭建混合教學平臺。由于長江雨課堂能夠記錄并保存所有的教學活動，因此學生可以反復學習。這樣，學生可以根據自身目標選擇難度適合自己的教學內容“隨時隨地”進行學習，從而滿足其差異化學習目標。此外，長江雨課堂平臺具有豐富的學情分析、作業批改等功能，教師通過在其中查看學生的學習情況，能夠對學生的學習目標進行區分，進而針對性地選擇驅動方式。

圖1 面向差異化學習目標的多元驅動模型

驅動方式主要包括正常驅動、問題驅動、協作驅動、任務驅動和項目驅動。其中，正常驅動指不采用特殊的驅動方式，主要面向僅需要考試及格的學生，即對其參與后四種驅動方式中的表現不做過多要求。后四種驅動方式緊密相關。例如，問題驅動是以問題為基礎，以學生為中心，以任務驅動為主線，以小組協作為主導[6]；項目驅動中，往往亦包含需要解決的問題，并為相互協作的項目成員分配不同的任務。需要說明，協作驅動還包括教師選擇助教進行協作教學，即教師采用自愿報名的方式在每10名學生中選擇一名助教，并以學習金字塔理論中“馬上應用/教別人”的主動學習方式[7]為依據，建立“教師-助教-組員”三位一體的作業協作批改機制。這四種驅動方式都可以面向獲得高分、簡單應用和進階應用的目標需求。此外，課程全程采用激勵式教學，驅動學生在其學習目標內都保持信心和積極性。

3.2 教學模式實施

為保證多元驅動的C++程序設計基礎的差異化混合教學模式的順利實施，構建了形式多樣的教學資源，包括錄制所有教學單元的微課視頻，設計支持混合教學的預習課件庫、授課課件庫和復習課件庫，建立符合問題驅動、協作驅動、任務驅動和項目驅動需求的課前討論題庫，課堂練習題庫、示范題庫，課后同步練習題庫、綜合練習題庫、實驗練習題庫和項目練習題庫。所有的教學資源都存儲于長江雨課堂平臺中。

在此基礎上，依托長江雨課堂開展課程的混合教學。課前，教師通過長江雨課堂提前一周將預習課件推送給學生，組織學生學習微課視頻、完成預習題，使知識傳授環節前移，消除課堂教學中“填鴨式”教學模式的存在土壤。課中，教師在對課前預習情況進行分析的基礎上，首先安排一定時間，通過長江雨課堂隨機點名學生對預習知識點進行復述，一方面檢驗學生的預習效果，一方面無形中督促學生更認真地預習；其次，教師根據學生的預習情況，著重開展重/難點講解、示范/演示等教學活動，并通過長江雨課堂組織學生進行小組討論和實際演練，促進學生進行知識的應用，進一步鞏固預習和授課效果。課后，教師根據教學進程，通過長江雨課堂適時、適量發布同步練習、綜合練習、實驗練習和項目練習。其中，同步練習在每個教學單元學習完成之后發布，綜合練習在每章教學內容學習完成之后發布，實驗練習的發布頻率與實驗課時安排一致。通過課后練習，逐步達到知識內化的效果。項目練習用于支持任務驅動和項目驅動的教學，包括通訊錄管理系統、萬年歷、貪吃蛇等15個項目。在第一堂課，教師組織每個小組通過長江雨課堂投票選擇一個項目。每當學生具備一定的能力，如學會了輸入輸出，教師即通過長江雨課堂發布項目任務，讓各小組完成所選項目的某些功能，如完成貪吃蛇程序界面的輸出。課程教學全部完成之后，教師組織各小組進行項目匯報并現場展示程序運行效果。

在課前預習和課后練習過程中，教師首先批改助教的練習作業，然后為助教答疑解惑，進而組織助教批改組員的練習作業。

教學模式對課程評價方式進行了改革，其中，期末考試成績、線上預習和復習、課堂表現、項目練習、上機實驗的占比分別為70%、5%、5%、5%、5%和10%。

3.3 教學模式效果

教學模式的效果可以從教師和學生的主觀感受，以及學生的實際表現兩個方面進行評價。主觀感受層面，從教師的角度，明顯感覺跟學生的溝通更順暢了，學生的積極性更高了，課堂更為活躍了。從學生的角度，課程結束之后的問卷調查表明：1)教學模式在課前、課中和課后所有的教學活動中都設置了實踐環節，能夠避免理論與實踐課時嚴重失衡造成的“重理論、輕實踐”問題；2)混合教學模式強化了學生的預習和聽課行為；3)多元驅動方式滿足了學生的差異化學習目標需求；4)項目練習增強了課程的趣味性，并使學生認識到了課程的實用性；5)學生普遍認為自身的協作能力、自學能力和滿足感得到了提升。

實際表現層面，80%以上的學生完成了課程所有的教學活動，包括課前預習、課后復習，以及其中的各類練習。雖然83.9%的同學認為項目練習難度偏大，但74.2%的同學完成了項目練習，未完成的僅占3.2%。其中，第7 組在項目練習中引入了外部函數庫，對貪吃蛇游戲界面進行紋理貼圖，形成了較為美觀控制臺游戲界面；同時設計了不同的游戲模式，游戲演示過程非常流暢。這些超出項目預期的內容，主要由小組成員通過討論和自學完成，充分體現了學生的知識綜合運用能力、小組協作能力、自學能力以及創造能力。此外，對華南理工大學安全工程專業連續兩屆教學班的考試成績分布情況進行對比發現：采用多元驅動的差異化混合教學模式之后，學生的卷面不及格率由31.8%下降到2.6%，高分率(大于等于80 分的學生占班級總人數的比)由31.1%(22.2%加8.9%) 上升到74.3%(33.3%加41.0%)，如圖2所示。

圖2 安全工程專業連續兩屆教學班考試成績分布對比

4 結束語

華南理工大學的教學改革表明，采用多元驅動的差異化混合教學模式教學，是應對C++程序設計基礎學生基礎較弱、課程課時壓縮、理論實踐課時比例失衡、差異化學習目標需求等問題的一條有效途徑。該模式成功地將課堂延伸到了課外，提升了學生利用碎片化時間進行學習的主動性，增強了其中心地位，有望為非計算機類大一工科學生的C++程序設計基礎課程教學提供參考。