基于線上線下聯(lián)合的“程序設(shè)計(jì)”課程層次化教學(xué)與競(jìng)賽訓(xùn)練探究

摘 要：信息技術(shù)的迅猛發(fā)展凸顯了“程序設(shè)計(jì)”課程在理工科教育中的核心作用。針對(duì)課程教學(xué)現(xiàn)狀，本研究提出層次化教學(xué)改革，融合BOPPPS與翻轉(zhuǎn)課堂，采用線上線下混合模式，個(gè)性化指導(dǎo)，以競(jìng)賽和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)主動(dòng)學(xué)習(xí)。通過對(duì)三個(gè)年級(jí)學(xué)生的學(xué)業(yè)與競(jìng)賽成績(jī)的分析，證實(shí)了層次化教學(xué)有效提升了學(xué)習(xí)成效，尤其是低分段學(xué)生。同時(shí)，競(jìng)賽成績(jī)顯著提升。綜上，層次化教學(xué)改革顯著增強(qiáng)了課程教學(xué)效果，提升了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，為學(xué)生學(xué)習(xí)提供了有力支撐。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì)；層次化教學(xué)；教學(xué)改革；新工科

Abstract：The rapid development of information technology highlights the core role of \"programming\" courses in science and engineering education.In response to the current teaching status，this study proposes a hierarchical teaching reform，integrating BOPPPS with flipped classroom，adopting a hybrid online and offline mode，personalized guidance，and competition and projectdriven active learning.Through the analysis of students' academic and competition results in three grades，it is proved that the hierarchical teaching reform effectively improves learning outcomes，especially for lowscoring students.Meanwhile，the competition results have significantly improved.In summary，the hierarchical teaching reform has significantly enhanced the course teaching effectiveness，improved students' ability to apply theory to practice，and provided strong support for students' learning.

Keywords：Programming；Hierarchical Teaching；Teaching Reform；New Engineering

在當(dāng)今數(shù)字化時(shí)代，信息技術(shù)的迅猛發(fā)展正深刻改變著我們的生活方式和工作模式。“程序設(shè)計(jì)”作為理工科專業(yè)不可或缺的基礎(chǔ)課程，其重要性日益凸顯，不僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生的必修課，也是眾多理工類專業(yè)人才培養(yǎng)方案中的核心組成部分［12］。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”與人工智能的興起，程序設(shè)計(jì)技能已成為跨學(xué)科領(lǐng)域中的一項(xiàng)基本素養(yǎng)，這促使理工科教育必須適應(yīng)時(shí)代需求，從傳統(tǒng)的知識(shí)傳授轉(zhuǎn)向能力培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的提升［3］。

然而，面對(duì)新時(shí)代的挑戰(zhàn)，“程序設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)現(xiàn)狀暴露出一系列問題。一方面，同質(zhì)化教學(xué)內(nèi)容難以滿足學(xué)生的個(gè)體化學(xué)習(xí)需求，尤其是在程序設(shè)計(jì)這樣一個(gè)實(shí)踐性強(qiáng)、創(chuàng)新空間大的領(lǐng)域；另一方面，課程安排與實(shí)踐機(jī)會(huì)脫節(jié)，缺乏持續(xù)的編程訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生編程能力的波動(dòng)和下滑。此外，學(xué)生參與競(jìng)賽的積極性不高，缺乏有效的競(jìng)賽訓(xùn)練體系，限制了他們將所學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)戰(zhàn)能力的機(jī)會(huì)［47］。

鑒于此，本研究提出層次化教學(xué)改革方案，旨在通過整合教學(xué)資源，結(jié)合BOPPPS與翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法，創(chuàng)建線上線下融合的學(xué)習(xí)環(huán)境，個(gè)性化指導(dǎo)學(xué)生，利用競(jìng)賽和項(xiàng)目激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，以培養(yǎng)適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展需要、具備扎實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的高素質(zhì)工科人才，為理工科教育的現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型提供新的視角和策略。

1 現(xiàn)狀分析

針對(duì)計(jì)算機(jī)類專業(yè)“程序設(shè)計(jì)”課程現(xiàn)狀，分析下述四方面。

（1）同質(zhì)化教學(xué)的局限性。廣東工業(yè)大學(xué)在該門課程中擁有智慧樹在線學(xué)習(xí)平臺(tái)和Anyview題目練習(xí)系統(tǒng)平臺(tái)，可以在一定程度上保障學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。然而由于學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)的個(gè)體間差異較大，同質(zhì)化教學(xué)內(nèi)容無法滿足教學(xué)需求。

（2）編程訓(xùn)練的連續(xù)性缺失。近幾版的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)培養(yǎng)計(jì)劃中，“程序設(shè)計(jì)”課程設(shè)置在大一上學(xué)期，而大一下學(xué)期并無編程相關(guān)課程，大量學(xué)生在大一下學(xué)期編程量小導(dǎo)致編程能力在此期間快速下滑。

（3）項(xiàng)目開發(fā)型團(tuán)隊(duì)的匱乏。目前，校區(qū)缺少項(xiàng)目開發(fā)型學(xué)生團(tuán)隊(duì)，學(xué)生無法參與項(xiàng)目，程序設(shè)計(jì)能力難以得到有效訓(xùn)練。

（4）競(jìng)賽參與度和成效不足。部分教學(xué)單位通過鼓勵(lì)學(xué)生參與相關(guān)學(xué)科競(jìng)賽提升“程序設(shè)計(jì)”課程學(xué)習(xí)，然而由于ACM程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽難度大、訓(xùn)練周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，參賽學(xué)生參與人數(shù)較少，獲獎(jiǎng)難度高。

教學(xué)改革勢(shì)在必行。“程序設(shè)計(jì)”這一專業(yè)基礎(chǔ)課程作為本學(xué)科和專業(yè)方向所必需的知識(shí)，是后續(xù)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”“算法設(shè)計(jì)與分析”等專業(yè)課程的重要基礎(chǔ)。通過教學(xué)改革取得的成果，不僅可以為更多專業(yè)的程序設(shè)計(jì)類課程提供參考借鑒，也可以不斷積累優(yōu)化本課程形成良性提升。

本文主要開展以下工作。

（1）以“新工科”理念為指導(dǎo)思想，通過整合教學(xué)資源的方式，實(shí)現(xiàn)層次化教學(xué)，在培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)編程能力的同時(shí)注重應(yīng)用實(shí)踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)。

（2）吸取BOPPPS教學(xué)和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)一個(gè)線上線下聯(lián)合的層次化教學(xué)方案，提升學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的獲得感，充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性。

（3）因地制宜，通過以賽促學(xué)和項(xiàng)目促學(xué)方式，滿足目前校區(qū)程序開發(fā)型團(tuán)隊(duì)少環(huán)境下的學(xué)生專業(yè)訓(xùn)練需求。

（4）通過整合教學(xué)平臺(tái)，完成教學(xué)相長(zhǎng)閉環(huán)，形成逐年提升的良性發(fā)展。

2 改革實(shí)踐過程

2.1 線上線下聯(lián)合的層次化教學(xué)設(shè)計(jì)

在教育技術(shù)快速發(fā)展的背景下，線上線下聯(lián)合的層次化教學(xué)設(shè)計(jì)成為提高教學(xué)效率和個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)的重要手段。通過線上預(yù)習(xí)平臺(tái)，教師能夠提前了解學(xué)生的學(xué)習(xí)難點(diǎn)，識(shí)別出哪些學(xué)生可能需要額外的幫助。這不僅有助于教師在課堂授課、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)以及課后輔導(dǎo)時(shí)更加有針對(duì)性地進(jìn)行個(gè)性化的引導(dǎo)和支持，還能夠確保每個(gè)學(xué)生都能根據(jù)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度獲得適當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)和發(fā)展。

此設(shè)計(jì)借鑒了BOPPPS（Bridgein，Objectives，Preassessment，Participatory Learning，Postassessment，Summary）教學(xué)方法，這是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)策略，強(qiáng)調(diào)課前準(zhǔn)備、參與式學(xué)習(xí)和效果評(píng)估。在實(shí)際應(yīng)用中，它結(jié)合了線上預(yù)習(xí)平臺(tái)收集的數(shù)據(jù)，以及課堂和課后作業(yè)在線平臺(tái)上收獲的學(xué)生學(xué)習(xí)信息，為不同水平的學(xué)生提供不同程度的實(shí)驗(yàn)方案和學(xué)習(xí)指導(dǎo)，從而實(shí)現(xiàn)因材施教的目的。

隨著時(shí)間的推移，這種設(shè)計(jì)可以累積并分析每一學(xué)年的學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，用于持續(xù)優(yōu)化調(diào)整教學(xué)過程。通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的深入挖掘，教師可以發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的薄弱環(huán)節(jié)，及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和方式，形成逐年提升的良性發(fā)展循環(huán)。同時(shí)，這也促進(jìn)了教育資源的有效分配，使得有限的教學(xué)資源能夠更好地服務(wù)于學(xué)生的個(gè)性化需求。

2.2 建立線上線下一體的指導(dǎo)、討論平臺(tái)

構(gòu)建一個(gè)線上線下一體化的指導(dǎo)與討論平臺(tái)對(duì)于增強(qiáng)師生互動(dòng)、促進(jìn)學(xué)生之間的交流至關(guān)重要。這個(gè)平臺(tái)不僅可以作為學(xué)生尋求幫助和分享經(jīng)驗(yàn)的場(chǎng)所，也可以是教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)、調(diào)整教學(xué)策略的窗口。例如，基于在線平臺(tái)等在線工具，教師可以實(shí)時(shí)解答學(xué)生的疑問，鼓勵(lì)學(xué)生之間相互支持，共同解決問題。此外，平臺(tái)還可以用于發(fā)布課程通知、分享學(xué)習(xí)資料和心得，進(jìn)一步豐富學(xué)習(xí)資源。

值得注意的是，這樣的平臺(tái)有助于打破傳統(tǒng)的年級(jí)和專業(yè)界限，讓不同背景的學(xué)生有機(jī)會(huì)相互學(xué)習(xí)。例如，“老生帶新生”的模式不僅可以讓新同學(xué)更快適應(yīng)大學(xué)生活，還能培養(yǎng)高年級(jí)學(xué)生的責(zé)任感和服務(wù)意識(shí)。跨專業(yè)的交流則能夠激發(fā)創(chuàng)新思維，促進(jìn)知識(shí)的交叉融合。總之，建立這樣一個(gè)綜合性的交流平臺(tái)，不僅能提高學(xué)習(xí)效果，還能營(yíng)造積極向上的校園文化氛圍。

2.3 以賽促學(xué)，項(xiàng)目促學(xué)

為了進(jìn)一步提升學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，將教學(xué)過程與學(xué)科競(jìng)賽相結(jié)合是一種非常有效的策略。具體來說，在計(jì)算機(jī)相關(guān)課程中加入程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽練習(xí)，并將成績(jī)納入平時(shí)分考核體系，可以激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與到競(jìng)賽訓(xùn)練中來。這不僅有助于提升他們的編程技能，更能培養(yǎng)其解決復(fù)雜問題的能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。與此同時(shí)，組織學(xué)生參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，通過實(shí)際項(xiàng)目的驅(qū)動(dòng)，學(xué)生可以更深入地理解理論知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值，增強(qiáng)動(dòng)手能力和實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。

“以賽促學(xué)”和“項(xiàng)目促學(xué)”的理念，旨在通過設(shè)置合理的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制和競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。比如，學(xué)校可以通過舉辦內(nèi)部的程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽，搭建在線測(cè)評(píng)系統(tǒng)供學(xué)生日常練習(xí)使用，營(yíng)造良好的競(jìng)賽氛圍。此外，對(duì)于表現(xiàn)優(yōu)異的學(xué)生給予一定的獎(jiǎng)勵(lì)，如加分、榮譽(yù)證書或推薦信等，可以進(jìn)一步增強(qiáng)他們參與的積極性。而通過有經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生帶動(dòng)新手的方式，可以實(shí)現(xiàn)以點(diǎn)帶面的效果，讓更多學(xué)生受益于這種學(xué)習(xí)模式，最終達(dá)到全面提升學(xué)生綜合素質(zhì)的目標(biāo)。

2.4 改革課程

根據(jù)教學(xué)計(jì)劃，計(jì)算機(jī)類專業(yè)的“程序設(shè)計(jì)”課程在大一上學(xué)期授課，48學(xué)時(shí)，并搭配“程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”24學(xué)時(shí)和“程序設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)”16學(xué)時(shí)，實(shí)施線上線下聯(lián)合的層次化教學(xué)，同時(shí)在教學(xué)過程中引入程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練，包含以下幾步。

（1）整合在線預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)、在線練習(xí)和指導(dǎo)討論四個(gè)平臺(tái)，設(shè)計(jì)線上線下聯(lián)合的層次化教學(xué)方案。

（2）課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課后練習(xí)中引入程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽練習(xí)，提升學(xué)生的編程能力，并在課程評(píng)分體系中體現(xiàn)。

（3）舉辦程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽，搭建在線測(cè)評(píng)系統(tǒng)以供學(xué)生學(xué)習(xí)和訓(xùn)練使用，激發(fā)學(xué)生競(jìng)賽氛圍。鼓勵(lì)、組織學(xué)生參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，同時(shí)推進(jìn)以賽促學(xué)和項(xiàng)目促學(xué)。

2.5 目標(biāo)優(yōu)化

以普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)，結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證之要求，秉承“工程化能力培養(yǎng)與基礎(chǔ)理論教學(xué)、專業(yè)能力培養(yǎng)并重”的教學(xué)理念，本改革方案的目標(biāo)有以下方面。

（1）提升教學(xué)質(zhì)量與個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)：通過實(shí)施層次化教學(xué)設(shè)計(jì)，針對(duì)不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和興趣提供定制化教學(xué)路徑，從而整體提升教學(xué)質(zhì)量。

（2）培養(yǎng)綜合能力：在夯實(shí)學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力的基礎(chǔ)上，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和項(xiàng)目管理能力，使其不僅掌握編程技巧，還能在實(shí)際項(xiàng)目中靈活運(yùn)用。

（3）促進(jìn)學(xué)習(xí)動(dòng)力與成效：通過引入程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽和項(xiàng)目實(shí)踐，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)其自我驅(qū)動(dòng)力，提高學(xué)習(xí)成效，特別是對(duì)于低分段學(xué)生，著重提升他們的編程能力和自信心。

（4）形成教學(xué)相長(zhǎng)的閉環(huán)：整合在線預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)、在線練習(xí)和指導(dǎo)討論四大平臺(tái)，建立多層次、全方位的教學(xué)支持體系，形成教學(xué)與學(xué)習(xí)效果反饋和持續(xù)優(yōu)化的良性循環(huán)。

3 成效分析

3.1 課程成績(jī)分析

“程序設(shè)計(jì)”是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的重要課程，對(duì)學(xué)生的編程能力培養(yǎng)至關(guān)重要。自2021年學(xué)校開始招生以來，教學(xué)團(tuán)隊(duì)不斷探索優(yōu)化教學(xué)方法，以適應(yīng)不同基礎(chǔ)水平的學(xué)生需求，提高整體教學(xué)質(zhì)量。

2021級(jí)采用傳統(tǒng)閉卷考試，數(shù)據(jù)顯示平均分為78.97分，標(biāo)準(zhǔn)差為9.67，區(qū)分度0.24。2022級(jí)采用開卷考試，平均分為78.62分，標(biāo)準(zhǔn)差為8.76，區(qū)分度0.21。盡管線上授課影響了學(xué)習(xí)效果，但層次化教學(xué)初步形成。2023級(jí)恢復(fù)閉卷考試，考試難度略有增加，平均分為73.48分，標(biāo)準(zhǔn)差為9.63，區(qū)分度0.23。

層次化教學(xué)方案促進(jìn)了整體教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)成效的提升，層次化教學(xué)方案的實(shí)施顯著提高了課程的教學(xué)質(zhì)量。我們觀察到層次化教學(xué)不僅提升了優(yōu)秀學(xué)生的表現(xiàn)，也幫助了基礎(chǔ)較弱的學(xué)生追趕進(jìn)度。教師在學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量管理系統(tǒng)的教學(xué)綜合評(píng)價(jià)從4.81561（2021年）提升到4.87276（2022年）。

3.2 程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽成績(jī)分析

學(xué)校自2022年起積極參與國(guó)際與國(guó)內(nèi)程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽。在國(guó)際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽亞洲區(qū)域賽中，2022年獲1項(xiàng)銅獎(jiǎng)，2023年增至3項(xiàng)，增幅達(dá)300%。中國(guó)大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽方面，2023年取得2項(xiàng)國(guó)賽銅獎(jiǎng)。

中國(guó)高校計(jì)算機(jī)大賽——團(tuán)體程序設(shè)計(jì)天梯賽中，2022年獲國(guó)賽個(gè)人三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，2023年增至5項(xiàng)，2024年摘得國(guó)賽個(gè)人一等獎(jiǎng)1項(xiàng)及三等獎(jiǎng)7項(xiàng)。這些成就體現(xiàn)了學(xué)校在編程教育方面的卓越成效。

4 總結(jié)

本研究通過實(shí)施線上線下聯(lián)合的層次化教學(xué)改革，顯著增強(qiáng)了“程序設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)效果，為理工科人才培養(yǎng)提供了有力的支持。改革方案結(jié)合BOPPPS與翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法，采用個(gè)性化指導(dǎo)策略，有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，尤其是對(duì)于低分段學(xué)生，改革措施顯著提升了他們的學(xué)習(xí)成效，縮小了學(xué)習(xí)差距。

通過對(duì)三個(gè)年級(jí)學(xué)生學(xué)業(yè)成績(jī)與程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽成績(jī)的深入分析，驗(yàn)證了層次化教學(xué)的積極效應(yīng)。學(xué)生不僅在課程考試中表現(xiàn)出了更好的成績(jī)分布，還在多項(xiàng)國(guó)內(nèi)外競(jìng)賽中取得了優(yōu)異的成績(jī)，這體現(xiàn)了學(xué)生在編程能力和創(chuàng)新思維上的顯著提升。

綜上所述，層次化教學(xué)改革不僅提升了“程序設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)質(zhì)量，還促進(jìn)了學(xué)生綜合能力的全面發(fā)展。未來，我們將繼續(xù)深化教學(xué)改革，探索更多創(chuàng)新的教學(xué)策略，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，以培養(yǎng)更多具備國(guó)際視野和創(chuàng)新能力的計(jì)算機(jī)專業(yè)人才，同時(shí)，本研究的成功經(jīng)驗(yàn)也為其他理工科課程的教學(xué)改革提供了有益的參考。

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項(xiàng)目基金：廣東工業(yè)大學(xué)校級(jí)教改項(xiàng)目

作者簡(jiǎn)介：李泓澍（1994— ），男，漢族，廣東揭陽人，碩士研究生，助教，研究方向：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)。

*通信作者：朱鑒（1982— ），男，漢族，湖南邵陽人，博士研究生，副教授，研究方向：高性能計(jì)算。