基于創新能力培養的“程序設計”課程教學改革探索

陳祥

摘要：傳統的“程序設計”課程教學以教師為中心，教學方法、教學案例和評價方法較為單一，導致學生缺乏獨立思考和創新精神。本文嘗試從提升教學中學生的參與度、圍繞計算思維重構知識圖譜、引入個性化學習、主張程序設計訓練的延續性等角度進行教學改革，提出了五項具體的教改措施，包括開展分組討論教學、搭建實踐教學案例庫、建設智能學習平臺、堅持以賽促學、實施多元化評價等，以期更好地培養學生的創新能力和計算思維能力。

關鍵詞：程序設計；教學改革；創新能力

引言

本世紀以來，信息技術快速發展，大數據、物聯網、智能計算等技術不斷革新，在醫學、金融、交通等領域都有廣泛的應用，隨著以ChatGPT為代表的通用人工智能技術的不斷成熟，社會進步和經濟發展迎來新的動力。信息技術發展如此之快，且未來仍有巨大的發展空間，需要有創新能力的人才推動技術的進步。因此，高校教育須強調創新能力，才能推動我國相關技術和產業保持國際競爭力。

“程序設計”類課程是專業基礎課程，學生在這門課程中掌握編程的基本技能和方法，通過在項目實踐中分析問題和解決問題，鍛煉程序設計動手能力，同時提升邏輯思維、創新能力、團隊協作能力、實踐能力等多個方面的綜合素質。為滿足當前時代對創新人才的需求，必須不斷強化“程序設計”類課程的教學質量，優化教學方式并推動教學改革。這不僅具有重要的時代意義，也具有現實的價值。

1. “程序設計”課程教學常見問題

1.1 學生學習熱情不高

“程序設計”課程作為專業入門基礎課程，學生在學習中經常遇到邏輯思維能力和抽象思維能力不足的問題，從而感到內容枯燥，學習難度大，學習的興趣和耐力遭受了打擊。究其原因，一方面是課程本身技術含量高、難度大，缺乏實際應用場景，缺少趣味性；另一方面是傳統的講授式教學方法往往是被動的，學生在教學環節中的參與度較低，缺少思考的主動性和學習的積極性。這就需要教師能夠將枯燥的課程轉化為學生感興趣的內容，發揮強大的引導作用。

1.2 學生個體差異大

在現代大規模高等教育時代，大學為保證教學質量的可控性，傾向于在課程設置、教學大綱、實驗大綱等方面趨同化，使用統一的教學資源和教學方法來培養學生。然而在實際教學過程中，學生個體差異大，具體表現在數學基礎、英語基礎、自學能力和編程經驗等方面的不同，若忽略這些差異，仍按照統一的內容、進度、難度授課，不同層次學生之間的學習效果差異會更加明顯，同時將導致學生的興趣被忽略，學習積極性下降，個性化發展受限，打擊了學生的創新創造能力。

1.3 教學方法單一

當前，部分本科院校在“程序設計”課程教學上仍然采用以教師為中心的傳統知識講授和上機練習，學生可能會失去嘗試和探索的機會，限制了他們的思維和創造力發展。在課程講授中，往往側重于知識點的講解，讓學生理解語法的規則，展示語法的使用，但學生獨立思考、探索和嘗試的能力未能得到鍛煉；在上機練習中，實踐案例的層次和類型不夠豐富，行業真實應用場景少，解題思路單一，學生的創新實踐和動手能力未能得到鍛煉。

1.4 評價機制單一

傳統的課程評價機制通常包含平時考核成績和期末考試成績，而平時考核成績主要由考勤、作業、上機等組成。這種評價機制的主要問題在于評價內容單一、評價標準過于功利，學生和老師都很容易陷入“應試教育”的泥沼中。傳統的課程評價機制在一定程度上抑制了學生的學習興趣和探索精神。學生更傾向于完成考核任務而非真正掌握知識和技能，同時也容易忽略課程中的其他重要方面。

2. “程序設計”課程教學改革要點

隨著課程改革理念的不斷深入和完善，傳統的課程教學方式難以滿足時代要求，要想讓“程序設計”課程為學生創新能力培養打下良好基礎，可從以下四個方面進行教學改革。

2.1 提升教學中學生的參與度

學習參與度是評估學生學習質量的重要指標，近年來提倡的項目式教學、研討式教學、翻轉課堂等教學理念都以學生高度參與作為教改基礎。提高學生參與度的方法有很多，比如增加互動、激發興趣、使用多媒體、設計有趣的任務等。

2.2 圍繞計算思維重構知識圖譜

“程序設計”課應避免過度強調程序設計的繁雜語法和規則、限制學生思維的主觀能動性[1]。計算思維重視邏輯、抽象、推理、綜合，強調對知識的深入理解，發現知識之間的關聯和規律，通過對復雜問題的分解與解決，提升學習效率，提高創新創造能力。

2.3 引入個性化學習理念

個性化學習以反映學生個性差異為基礎，可以幫助學生提高學習效率、興趣和創造力。人工智能技術的發展使得為學生打造一對一的AI教師變得可行，基于大數據平臺對學習者狀態進行跟蹤反饋，評估學習效果，引導學習方向，實施定向干預、精準教學。

2.4 主張程序設計訓練的延續性

“程序設計”課程的學習，需要將實踐教學活動延續到課后，持續提高程序設計的能力和水平。課下的實踐包括完成老師布置的作業和練習、參與編程競賽或項目開發、閱讀優秀的程序代碼或教材、與同學或老師交流經驗心得等。

3. “程序設計”課程教學改革路徑

課程教學改革是一項復雜的工程，涉及教育理念、課程目標、內容、實施、評價、管理等多個方面，需要以課堂提質增效為主渠道，以課后服務為落腳點，既要豐富教學資料，又需要輔以先進智能技術，還需要多種方式加強對學生的激勵和考核。本文根據“程序設計”課程的特點，將課程改革路徑歸納為以下五個方面。

3.1 開展分組討論教學

分組討論教學是一種以學生為主體、教師為引導者的教學方法，以小組作為課堂組織形式，將討論作為課堂教學的重要環節，既能發揮教師的主導作用，又能調動學生的主觀能動性。

“程序設計”課程的理論知識點多、案例場景多，涉及數學、統計學、數理邏輯等多學科知識，為激發學生的創新實踐能力，往往需要引入生產環境的真實案例，鍛煉學生分析和解決復雜工程問題的能力。在分組討論教學中，可根據學生的編程水平和特點，以4～6人劃分為一組作為評比單元，引導學生在課下預習所涉及的知識點，并拓展至關聯的交叉學科和企業前沿問題。在討論過程中，教師負責監督和激勵小組成員思考和討論問題，拓展學生的思維和視野，激發創造力和批判性思維[2]。

分組討論教學較好地平衡了知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三大教學目標。教學過程中，不僅讓學生掌握相關知識，還要運用知識解決問題，不僅關注結果，更關注過程，鍛煉學生的自主學習、合作學習和探究學習能力，通過討論和觀點表達，培養學生的興趣、自信、責任和尊重等情感態度和價值觀。

3.2 搭建實踐教學案例庫

傳統的“程序設計”課程案例主要來源于教材和教師自主設計，案例主要服務于課程知識點講解，提供同步的鞏固練習。由于課時限制、考核要求以及對應用領域的了解程度等因素限制，“程序設計”課程的案例往往基于過多的假設，對應用場景進行了預處理，過濾掉細節，提出過于明確的要求，使得程序的開發和評價變得簡單化、統一化，學生只須根據教材知識點機械化地“照貓畫虎”，降低了學習的興趣[3]。

“程序設計”課程的教學案例應體現真實性、分層性、多樣性，在實施中，可構建知識點案例、綜合練習案例、實訓項目案例和復雜工程案例四級案例庫。知識點案例可以幫助學生掌握基本的語法和概念，通常只涉及一個或幾個知識點；綜合練習案例涉及多個知識點的綜合應用，可以幫助學生鞏固和運用所學的知識；實訓項目案例更接近實際應用，通常涉及一個完整項目的開發過程，可以提高學生的編程水平；復雜工程案例是難度最高的，通常涉及一個大型工程的設計和實現，能夠拓寬學生的視野，激發創新創造熱情。

3.3 建設智能學習平臺

實踐教學平臺是“程序設計”課程建設的重要基礎設施之一。傳統的實踐教學平臺讓教師、學生、管理者等角色圍繞作業、考試進行數據交互，趣味性探索性不足，知識引導性和串聯度不高，實踐項目的開放性和實效性不高。新時期平臺的構建亟須從以作業考試為核心的被動壓迫型平臺轉化為以激發學生興趣的知識案例為中心的主動學習型平臺，以學生為中心構建智能學習空間[4]。

智能學習平臺是一種利用大數據分析和人工智能技術，為學習者提供個性化、自適應、互動的學習環境和資源的教育平臺。平臺支持多種類型數據源的接入、導入、標注、處理和存儲，提供多種機器學習框架和算法的選擇，為不同的學習目標和場景提供相應的模型訓練，為學習者提供友好、易用、個性化的學習界面和資源，以及多樣、實時、互動的學習反饋和輔導，打造優質、有趣、有效的學習體驗[5]。

智能學習平臺可以根據學習者的水平、興趣、目標和進度，為他們推薦合適的“程序設計”課程和內容，通過智能評估、反饋、輔導和激勵，幫助學習者檢測和提高程序設計能力，培養他們的自信心和成就感。

3.4 堅持以賽促學

以賽促學、賽教融合是一種教學創新模式，將各類學科競賽的資源、過程、評價等與教學相結合。以賽促學一方面培養學生的綜合素質和職業素質，讓學生在競賽中面對更加貼近工程實際的挑戰和問題，鍛煉學生冷靜思考、快速解決問題、團隊協作、溝通表達等綜合素質；另一方面可以推動教師的教學改革和創新，讓教師在指導競賽中更新教學內容和方法，結合競賽資源和過程，打造一體化的教學服務。

為達到以賽促學的效果，須注重教學與競賽資源融合，打造一體化的資源共享平臺，利用競賽中使用的平臺、設備、仿真等資源，更新和豐富實驗教學內容。在教學中，設計分層次的綜合能力提升過程，采用基礎題目、自選題目、課內比賽、課外競賽等分層次的教學模式，讓學生從簡單到復雜，從基礎到創新，逐步提高程序設計能力。同時，將競賽評價融入課程，根據學生的興趣和能力，給予不同的擴展題目和競賽機會，讓學生選擇自己感興趣的作品或競賽參與答辯或評價，實現個性化的激勵與分層次的考核。

3.5 實施多元化評價

課程評價機制的改革是一項長期而復雜的任務。在尊重傳統的基礎上，不斷探索和創新，逐步實現評價的多元化、個性化。針對本文提出的“程序設計”課程教學改革路徑，建議從自我評價、組內評價、教師評價、成果評價、知識與技能評價等五個方面開展評價。

（1）自我評價是學生對自己的學習過程和成果進行反思和評價。這種評價方式可以提高學生的自我監控能力，明確自己的優勢和不足，及時調整學習策略和方法，促進學習效果的提升。

（2）組內評價是指學生對同組成員的學習態度和貢獻進行評價。這種評價方式可以增強學生的合作意識和團隊精神，讓學生互相了解、尊重、支持、幫助，提高組內成員的參與度和責任感。

（3）教師評價是指教師對學生的學習表現和能力水平進行評價。這種評價方式可以反映學生的知識掌握程度和技能運用水平，讓教師跟蹤學生的學習情況，及時給予反饋和指導。

（4）成果評價是指根據學生的程序設計作品或項目進行評價。這種評價方式可以激發學生的創新意識和實踐能力，將所學知識和技能應用于實際問題的解決，展示自己的思想和成果。

（5）知識與技能評價是指根據學生的程序設計知識和技能進行評價。這種評價方式可以檢驗學生的基礎知識和核心技能，讓學生掌握程序設計的基本概念、原理、方法、規范等。

結語

本文分析了傳統教學模式中存在的問題，提出了基于創新能力培養的“程序設計”課程教學改革方案，包括開展分組討論教學、搭建實踐教學案例庫、建設智能學習平臺、堅持以賽促學、實施多元化評價等。當然，這些措施的落實更需要認真規劃及教育者的支持，以通過這些改革，激發學生的學習動力、豐富學習資源和改善學習環境，使學生可以更好地掌握學科知識和技能，并培養創新精神和解決問題的能力，這些能力將對學生未來的職業發展產生積極的影響。

參考文獻：

[1]王若龍.基于產出導向程序設計課程計算思維的培養探討[J].中國管理信息化，2022，25（4）：214-216.

[2]王寅同，趙向軍.基于分組討論的程序設計課程教學改革實踐[J].大學教育，2022（12）：97-99.

[3]張楚才，蔡美玲.實用項目驅動的程序設計課程教改[J].計算機教育，2022（9）： 109-112.

[4]陳祥.新工科背景下交叉學科實踐教學平臺構建[J].科技創業月刊，2021， 34（10）：108-111.

[5]曹莉，趙營穎，朱紅磊.基于深度學習的交互式在線教學資源管理平臺[J].信息技術，2023，47（2）：24-29.

作者簡介：陳祥，碩士研究生，研究方向：計算機軟件與理論。

基金項目：2021年江蘇高校“青藍工程”優秀青年骨干教師培養對象。