“互聯網+教育”背景下面向對象程序設計課程實踐教學改革

余小東，于 曦，王躍飛，趙衛東

（成都大學 計算機學院，成都 610106）

隨著互聯網技術的快速發展，日新月異的信息技術加快了高校教育的改革步伐。教育部2021 年工作要點指出，積極推進教育信息化建設的目標任務是加快推進教育信息化高質量發展，積極發展“互聯網+教育”，全面保障教育系統網絡安全。在“互聯網+教育”的背景下，中國大學慕課（MOOC）、學習通和雨課堂等線上教學平臺應運而生，這種基于網絡教學平臺的混合教學模式成為了當今高校教學改革的主要趨勢。

面向對象程序設計是計算機及其相關專業的核心課程，也是解決軟件工程領域中復雜工程系統的基礎課程，其主要目標是使學生掌握面向對象的編程思想，對培養學生程序設計思維和提高學生編程能力有著極其重要的作用。為了更好地展開面向對象程序設計課程的教學，解決該課程理論教學過程中存在的一些問題，線下傳統教學與線上網絡教學相結合的混合式教學模式在面向對象程序設計課程教學改革中得到了應用。例如，李文靜等基于MOOC 平臺，將MOOC 與翻轉課堂相結合的模式應用于面向對象程序設計課程的教學，該模式強調學生自主學習為主，教師引導為輔；孫斌等結合雨課堂，對面向對象程序設計課程進行混合式教學改革，采用新的預習、復習方式，實時監督評價等策略，形成以學生為中心、以教促學和以學促教的教學模式。

雖然很多高校對面向對象程序設計課程進行了混合式教學改革，但是主要都集中在對該課程理論教學進行改革，通過引入相應的網絡在線教學平臺，豐富教學內容和教學形式，將傳統的教師講課為主的被動學習方式逐漸轉變為以學生為中心的主動學習方式，以提高學生學習的主動性和積極性，最終達到提升教學質量的目的。然而，該課程的教學目標不僅是要讓學生掌握面向對象程序設計課程的理論知識，還希望學生能將理論知識與實際應用相結合，提高學生的實際編程能力。由于課程總學時有限，在傳統的實踐教學過程中很難全面覆蓋相應的理論知識。另外，由于學生人數眾多，老師很難對每個學生實踐任務的程序代碼進行編譯測試，因此很難掌握學生實踐能力的實際情況。

在“互聯網+教育”的信息化教育改革大趨勢下，混合式教學模式也逐漸應用于高校課程實踐教學的改革。針對程序設計課程實驗教學MOOC 化面臨的問題，許小東等提出了“資源、過程、考核”三位一體的實驗平臺構建思路，實現了程序設計開放實驗平臺的統一、開放和共享。針對程序設計類課程實驗教學中學生普遍編碼能力差、任務完成度低、自主學習性差和學習興趣低等問題，魏妮妮采用混合式教學模式，并借助于“玩課+實驗樓”平臺構建了一種適合于程序設計類課程實驗教學的混合教學模式。

為了解決當前面向對象程序設計課程實踐教學過程中存在的問題，提高學生的實際編程能力，本文利用現代信息技術發展的優勢，借助“希冀”（CourseGrading）在線實驗教學平臺對該課程的實踐教學模式進行研究。

一、實踐教學方案設計

面向對象程序設計課程實踐教學是該課程整個教學環節中重要的一部分，其目的是培養和提升學生的實際編程能力，希望學生通過實踐掌握如何使用面向對象程序設計思想去解決實際工程問題。傳統的實踐教學環節通常都是在學校固定的實驗室（機房）完成，雖然老師給學生布置了較多的實踐任務，但是由于學生眾多，老師無法對每個學生編寫的程序進行正確性驗證，實踐考核通常以紙質實驗報告的形式呈現，因此很難掌握學生實踐能力的真實情況。為了讓老師能更好地掌握學生實踐環節的具體情況，同時提高學生的實踐能力，有必要對傳統的實踐教學環節進行改革。

首先，在本次教學改革過程中，根據課程理論教學的內容對實踐教學環節進行了設計，制定出一種基礎實驗和進階式課程設計相結合的實踐教學方案。如圖1 所示，針對面向對象程序設計中抽象、封裝、繼承和多態等多種主要特征的相關理論知識，編制基礎實驗內容，基礎實驗以驗證性和設計型等基礎編程實驗為主，逐步融入面向對象的特性，引導學生理解并掌握面向對象程序設計編程思想；在理論教學內容完成后，采用項目式實戰教學，分小組完成綜合性的課程設計，學生需要以面向對象程序設計模式進行項目設計、開發、測試和發布。

圖1 課程實踐過程設計

其次，在每次基礎實驗內容的安排上，既要兼顧理論知識的回顧，又要注重實際編程能力的鍛煉。借助相應的網絡平臺，采用闖關模式進行實驗內容設置，獲得相應數量的積分后可進入下一階段實驗，如圖2 所示。第一階段為理論知識問答，以填空題或選擇題的形式給出，作為理論知識的回顧，當該部分積分達到目標要求后進入第二階段，否則需要重新完成第一階段的題目；第二階段為實際編程環節，編程題由易到難，包含程序分析題、程序片段題和程序設計題等，當該部分積分達到目標要求后本次實驗結束，成績合格，否則需要重新完成本次實驗內容。

圖2 基礎實驗內容及完成過程設計

然后，每次基礎實驗工作量的安排上，設置必做和選做兩部分實驗內容。必做題目必須全部完成，選做題目可以根據學生自己的安排選做，總體上積分達到目標要求即可，總積分越多，最終的實踐環節成績會越高。這種策略一方面可以保證學生達到基本的實踐要求，同時也為部分對編程感興趣的學生提供更多的實踐空間，進一步提高學生的編程能力；另一方面可以通過發布積分榜單的形式，激勵學生相互學習，形成你追我趕的學習氣氛，提高學生編程的積極性和主動性。

最后，為了減輕老師對實驗報告評閱的負擔，并更好地掌握學生實踐環節的具體情況，本次教學改革過程中采用“希冀”實驗教學平臺來建設實踐環節，將每次的實驗任務通過該平臺分時分階段發布，學生在平臺上完成并提交實驗結果。實驗過程中由“希冀”實驗教學平臺對學生的實驗結果進行自動評判，老師通過平臺統計數據對學生的實驗過程進行監控，以掌握學生實驗的完成情況。

二、“希冀”實驗教學平臺

“希冀”平臺是一個國內最具專業深度、安全可擴展的計算機類課程一體化支撐平臺，是一個定位于全面支撐計算機、人工智能和大數據專業建設的大型綜合教學實驗平臺。具有完善、實用的課程管理功能，自動化的系統運維，計算機專業課程（軟件+硬件）全覆蓋。基于該平臺科研構建涵蓋實驗、質量指標及過程控制的完整在線實驗體系，能實現“任何人、任何時間及任何地點均能開展實驗學習”的目標。

如圖3 所示，針對某一具體課程，“希冀”平臺提供了課程設置、作業、考試、在線實驗、在線課程和答疑等功能模塊。該平臺支持多位老師共同建設課程內容，共享課程資源，同時平臺還提供了大量的實驗題目。

圖3 “希冀”實驗教學平臺

在面向對象程序設計課程實踐環節過程中，老師根據教學內容的安排，通過“希冀”平臺的作業模塊，可以自己編制實驗題目，也可以通過平臺提供的題庫導入到課程，其中題目形式多種多樣，包括填空、選擇、程序片段題和程序設計編程題等。當編制好實驗題目后，老師可根據教學進度制定每個實驗課的作業內容，然后通過作業布置的方式發布給學生，并規定學生在相應的時間內完成。學生完成實驗時具有較大的靈活性。

學生根據題目要求，可以自己選擇程序開發環境，對程序進行編寫、調試和運行，然后將實驗結果提交到“希冀”平臺。實驗結果由“希冀”平臺自動評判，學生根據平臺的評判結果對程序進行修改，重新提交，直至平臺評定結果完全正確。經過這樣一個反復改進和優化的過程，不僅能加深學生對理論知識的理解，還能夠提高學生編程和解決實際問題的能力。

與傳統的實踐教學環節不同的是，學生不需要提交紙質的實驗報告和源程序給老師，老師也不再需要通過批閱實驗報告來檢查學生的實驗結果，而是直接通過平臺的統計數據來檢查學生實驗的完成情況，從而有更多的精力來設計實驗的過程和內容。同時，“希冀”平臺還提供了程序代碼的查重功能，可以協助老師對學生實踐環節的監督，防止學生直接拷貝其他學生的代碼，從而保證每個學生的實驗完成質量。

三、實踐教學改革應用

針對上述實踐教學改革方案，在成都大學數字媒體技術專業2018 級和2019 級學生的面向對象程序設計課程實踐教學過程中展開了應用，2018 級有63 名學生，2019 級有84 名學生，共計147 名學生。開課前通過網絡問卷的形式對學生前期學習情況進行了調查，調查結果顯示70.3%的學生認為編程很難，并且65.5%的學生沒有參加過任何綜合軟件項目的開發。總體上，開課前學生的程序開發能力較差。

實踐教學環節包含6 個基礎實驗（分別對應到面向對象程序設計中6 個重要的理論知識）和1 個綜合項目課程設計。基礎實驗由學生個人單獨完成，其中理論知識問答和實際編程環節目標達標積分為80 分，最高積分為100 分。學生至少需要達到目標積分才算完成對應的基礎實驗，否則需要重新進行實驗。理論知識問答積分的30%與實際編程環節積分的70%求和作為基礎實驗部分最終成績。綜合項目課程設計分小組完成，3～4人為一組，小組成員可以選擇老師提供的參考題目或者按要求自定義題目。課程設計環節最終成績由小組互評（希冀平臺上完成）和項目答辯（老師評分）兩部分成績組成。

表1 提供了2018 級和2019 級兩個年級學生面向對象程序設計課程實踐教學改革應用的統計數據。從統計數據上看，學生對面向對象程序設計理論知識掌握情況較好；基礎實際編程環節每題每個學生的平均提交次數為5 次左右，大部分同學都能夠對編程題進行多次改進，直到平臺判斷完全正確，最終實驗正確率在95%以上。對于綜合項目課程設計環節，學生總共分為45 個小組，所有小組都按要求完成了基本的任務，其中運用到GUI 編程、數據庫等擴展知識的小組有22 組，采用UML建模語言進行項目設計的有36 組。整體上2019 級比2018 級各環節的成績都有所提高。

表1 實踐教學應用的統計結果

這些統計結果表明，“希冀”實驗教學平臺的引入不僅有效地提高了學生的編程能力，還提高了學生學習的主動性和積極性，同時有效地減輕了老師批閱實驗報告的負擔，幫助老師更好地掌握學生實驗完成的真實情況。

四、結束語

在“互聯網+教育”的背景下，基于網絡教學平臺的混合教學模式成為了當今高校教學改革的主要趨勢。本文結合“希冀”網絡實驗教學平臺，對面向對象程序設計課程的實踐教學環節進行了改革研究，制定出一種基礎實驗與進階式課程設計相結合的實踐教學方案，并引入闖關的模式設置實驗環節，學生需要達到目標積分才能通過實驗任務。所有實踐任務都通過“希冀”實驗平臺發布與完成，并由平臺進行自動評判。這種方式不僅能減輕老師評閱實驗結果的負擔，協助老師掌握學生真實的實驗完成情況，讓老師有更多的精力專注于實驗內容的設計與優化，同時還能提高學生自主學習的積極性。

通過連續兩個年級學生的實踐教學應用，發現這種基于網絡教學平臺的課程實踐教學改革一定程度上提升了教學質量，并且對提高學生的實際編程和解決問題能力也有極大的幫助作用。