計算機專業課程理論與實驗教學方法設計探討

邵鵬 梁瑩

關鍵詞：計算機專業；實驗教學；移動學習；項目驅動；數據結構

0 引言

在新工科背景下，對計算機專業的教學方法提出了更高的要求。計算機專業中有一大類課程是具有實驗教學的課程（少數課程具有實習教學），對于這類課程的教學分為兩個部分，即理論教學和實驗教學。

然而，根據學生關于學習情況反映，傳統教學過程中理論學習較為枯燥，實驗學習沒有動力，學完之后不容易理解課程的實際用途，極易產生知學而不知用的問題。為了彌補上述不足，學者們提出使用在線學習教學方法。

在線學習（E-learning） 是利用互聯網以及與之相關的硬件和軟件的一種學習模式，可以說它對傳統教學模式提出了挑戰，但同時也是對傳統教學模式不足的補充和延伸。Hiltz 于1994年最早提出在線學習的概念，其是利用Web網頁承載教學的相關資料，以通過網絡虛擬學習空間實現學習的目的[1]。與傳統學習模式相比，在線學習對學生學習的獨立性、能動性提出了更高要求。

移動學習（Mobile Learning，M-Learning） [2]是基于“互聯網+”在移動電子設備高速發展的背景下產生的，作為一種新的在線學習模式，受到了更多教育工作者的關注。移動學習是一種技術與學習相結合的學習形式，一種在教和學的過程中使用上網設備實現的交互式學習方式。然而，在傳統的教學過程中，教師的教和學生的學主要是在課堂上進行的，這就要求教師要具有豐富的知識面、學生要有自主學習的能力。然而，教師要具有豐富的知識面是一個不斷學習的過程，需要一定的學習和教學年限，這對于占教師比例高的青年教師來說具有一定的難度。對于學生來講，與學習軟件相比，各種先進的移動設備中的休閑軟件更具吸引力，學習自主性不足。顯然，這兩者之間的平衡在增強教學質量、改進教學方法上有著重要的作用。

因此，本文擬從教與學之間的平衡方面出發對計算機專業課程的理論與實驗教學方法進行設計和改革，以最大程度上實現該專業課程教學方法的創新和教學質量的提升。

1 在線學習及移動學習現狀

隨著互聯網技術和在線技術的快速發展，在線學習技術也得到了快速發展，其在很多課程中比如外語[3]課程中都有著重要的應用。關于在線學習，研究者們提出一些學習方法或模型對它進行分析研究。比如，允尚姿等[4]提出大學生在線學習自我效能感與網絡自主學習能力的關系模型，以期提升大學生在線學習的質量；趙伯鑫等[5]提出基于大數據的個性化自適應在線學習分析模型，以實現推薦合理的學習路徑與適當難度的學習資源；代鴻等[6]對疫情時期規?；诰€學習的行為意向影響的相關因素進行了分析；高桂忱等[7]研究在線學習環境下大學生自主學習能力提升的策略。從相關的在線學習研究可以看出，研究者們主要集中在在線學習行為、意愿以及自主學習上，而隨著移動互聯網設備的快速普及，在線學習模式由在單一的學習環境下的網絡學習模式轉向隨處可學習的移動學習模式。

目前移動學習的研究主要集中在以下幾個方面：學習模式、影響學習的因素、學習的受眾群體以及地區等。比如，Ehsanpur等[8]對傳統的在線學習系統和移動學習系統關于學習、記憶、學習和學習策略進行了比較分析，認為與傳統學習相比，移動學習具有高度的互操作性、個性化和參與性，因此它允許學生在任何時間和地點學習，在培訓中應用移動學習可以增加個人的學習動機和興趣；Yu等[9]提出在英語聽力課程中使用移動學習與翻轉課堂相結合的教學模式；Alhumaid 等[10]研究新冠肺炎大流行期間一種綜合SEM-ANN方法對移動學習使用的影響因素；Alharby 等[11]對沙特阿拉伯移動學習的未來進行了分析和探討；Bombaes等[12]研究菲律賓學生使用移動學習的意向；Wardaya等[13]對印度尼西亞火山爆發地區的學生對移動學習理解進行了調查分析，結果表明該地區學生對移動學習理解和學習意愿更高；余昕陽等[14]對移動學習環境下大學生學習行為的意愿影響的因素進行分析研究。

從上述文獻可以看出，移動在線學習模式有著傳統教學模式沒有的優勢，它是對傳統教學方法的很好的補充，并且在很多課程中都有著很好的應用。本文中運用移動學習模式并組合項目驅動進一步促進計算機專業課程的理論與實驗教學方法的改革，提升理論教學與實驗教學的教學質量。

2 課程教學方法設計

計算機專業課程的教學一般分為理論教學和實驗教學兩個部分。因此，對于計算機專業課程的教學方案設計也分為理論教學方案和實驗教學方案設計兩部分。下面在教學方案設計時以數據結構這門課程的理論教學和實驗教學為例。

2.1 移動學習方案設計

在數據結構的傳統教學過程中，教師的教和學生的學主要是在課堂上進行的，這就要求教師要具有豐富的知識面、學生要有非常自覺的自主學習的能力。為更好地解決上述問題，可以利用移動學習平臺構建移動學習模式，通過課堂中、課堂后的移動學習對傳統教學進行補充。這樣做的目的：一方面，對于教師來講，可以減少教師備課的時間而花更多的時間去搜索針對性的網絡資源供學生學習；另一方面，對于學生來講，可以對課堂所學知識進行更深層的學習和掌握以及在課下隨時和教師進行互動、及時進行在線指導和有效反饋。上述移動學習模式如圖1所示：

通過移動學習模式增強理論教學的效果，讓學生在課堂中、課堂外進行自主學習和思考，強化理論教學，進而提高教學質量。

2.2 項目驅動方案設計

前文提到在傳統數據結構的教學過程中，存在很多學生“知學而不知用”的問題，其中的“用”體現在運用所學的理論知識進行實際應用上。因此，針對數據結構的教學內容進行項目設計，制訂出具體培養方案和課程安排，根據項目需求驅動實驗教學方案設計。

由于數據結構課程每章節的每種數據結構是相對獨立的，因此在本項目的實驗教學內容改革部分提出“兩手抓”設計項目：一手抓小型項目，其是在學習完每種數據結構的理論知識后根據教學內容設計小型項目，通過鼓勵學生自主思考，自主設計完成項目的實驗方案，這部分項目每位同學必須獨立完成；另一手抓大型綜合項目，其是數據結構課程學習完后，根據實際問題需求情境設計大型綜合項目，該階段學生被分成若干個小組，每個小組需要根據大型綜合項目需求通過團隊合作設計實驗方案，完成大型綜合項目實踐。大型綜合實踐的創新設計過程如下：在學習完所有的數據結構之后，根據實際問題布置項目需求，以每4人為一個小組，每個小組選擇一名學生為負責人，由負責人組織本組學生開展實驗方案設計，出現問題時負責人及時與任課老師聯系，學生以團隊協作方式完成綜合項目實驗任務。在整個實驗過程中，教師僅僅是實驗任務的提出者、指導者，學生才是實驗完成的主體。

項目需求驅動數據結構實驗教學改革中，所設計的項目是否能調動學生主動參與實踐中直接影響到實驗教學改革的成功與否。因此，需要根據實際問題創造性地進行情境設計，才能將學生的學習興趣化被動接受為主動參與。一個好的情境設計就是要將學生帶入所設計的情景中，拉近學生與知識之間的距離，達到激發學生解決問題的動力的目的。因此，教師應該在課堂教學中使用真實的任務和日常的活動或實踐，要富有參與性、互動性、結果不確定性或可期待性、挑戰性。情境設計要根據學生的學習情況動態調整，學生必須參與分析、推理的過程，讓他們看到觀點、思想、理論是如何產生的。例如，疫情期間，當防疫物資緊缺時的調配可以按風險等級的高低進行，這符合優先級隊列的特點。因此，可以從這個角度設計項目的情境，以調動學生參與實驗的興趣。

項目需求驅動實驗教學方法設計如圖2所示：

3 案例分析

3.1 實驗對象

論文中的實驗對象為筆者2016年到2022年期間所上數據結構課程的班級（總共17個班級）的卷面成績。考試采用的方式是筆試，主要分為兩大部分，即理論知識考查和實驗操作考察（算法編程題）。理論知識主要考查學生對相關課程的基礎理論的掌握程度，實驗操作主要考察運用所學理論知識解決實際問題的能力。

3.2 實驗方法與分析

這部分采用數據統計分析方法對上述2016年到2022年期間17個班的數據結構成績進行了統計和分析，表1列出了該統計結果。表1中，采取均值、方差、最高分和最低分等四個評價指標對所設計的教學方案進行實例驗證。在教學過程中，2016年至2018年的數據是傳統教學所獲得的；在2019年的教學中引用移動學習教學方法；2020年至2022年的教學中同時引入移動學習和項目驅動教學方法。

從表1中的均值可以看出，2019年在傳統教學方法的基礎上引入移動學習后，學生所得分數的均值近一半高于之前的傳統教學，雖然最高分低于傳統教學，但最低分均高于傳統教學。同時，從方差可以看出，采取移動學習教學設計方法之后，學生的成績較傳統教學所得的成績更為穩定；2020年之后在移動學習的基礎上引入項目驅動結合的教學方法之后，學生成績均值較之前的有較大幅度提升，且最低分也有較大幅度的提升，其原因是通過查閱試卷得出項目驅動方法對提升學生的實踐能力有很大幫助，進而使得考試中算法設計相關題目的得分率大幅度提升。另外，從方差可以看出，所設計的教學方法使得學生的成績也相對穩定。

4 總結

針對計算機專業課程教學中理論教學與實驗教學之間存在的問題，提出移動學習和項目驅動相結合的教學方法。在所設計的教學方法中，首先利用移動學習平臺在課堂上采用隨堂測試對當堂課程學習中的知識進行測試，引導學生對所學知識的鞏固和加強，并在課后利用移動學習進行溝通交流；再在實驗教學過程中引入小型項目和綜合項目相結合的項目驅動教學方法，引導學生主動進行實驗，從而提高學習興趣。為了驗證所設計的教學方案，以數據結構課程教學為例，從2019年到2022年之間的學生得分數據來看，所設計的教學方法在提升學生興趣、學習效率上有很大幫助，同時也為計算機專業課程理論與實驗教學方法提供一條可行的教學方法設計方案。