民族院校基于知識圖譜的C程序設計基礎課程教學設計

摘要：針對民族院校C程序設計基礎課程的教學困境，本研究創新性地采用知識圖譜技術，構建了該課程的線上線下混合式教學方案。該方案立足實際教學需求，系統性地完成了以下改革：首先建立了以目標為導向的四層模塊化課程體系，其次開發了分層分類的教學資源庫，同時創新性地提出了六步混合式教學模式，并配套設計了多元化考核評價機制。教學實踐驗證表明，該方案能有效提升課堂教學質量，顯著改善教學效果，為同類課程的數字化教學轉型提供了可復制的實踐經驗。

關鍵詞：混合式教學；知識圖譜；C語言；民族院校；教學設計

中圖分類號：G642" " " " 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）19-0147-03

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID）

0 引言

工程認證強調“產出導向”，注重培養學生解決復雜工程問題與實踐創新的能力[1]。作為民族院校計算機相關專業的一門基礎課程，C程序設計基礎的目標是讓學生掌握結構化程序設計的基本思想和方法，培養良好的編程規范和計算思維能力[2-3]，為后續課程學習打下基礎。該課程的教學質量直接影響民族院校專業的工程教育質量。本文運用知識圖譜技術，探討該課程的線上與線下混合教學改革，旨在提出一種有效的數字化混合式教學設計。

1 民族院校C程序設計基礎課程教學困境

民族院校的C程序設計基礎課程目前面臨多重困境，包括生源差異、認知障礙、職業規劃缺失以及教學策略不足等問題，導致教學效果不佳，學生滿意度較低。

?學習動力不足，偏向被動學習?：大多數學生來自本省或周邊地區，數學和信息技術基礎相對薄弱。入學時，他們對計算機操作普遍不熟悉，對編程缺乏基本理解和實踐經驗。由于缺乏職業認知和明確的學習目標，學生在學習C程序設計基礎時面臨較大的數字鴻溝。此外，他們在課程學習中缺乏有效方法，難以理解抽象概念，面對高強度的課程內容時往往被動接受，導致主動參與度較低。

?教師教學理念滯后，方法單一?：作為計算機入門課程，C程序設計基礎涉及大量知識點，但多數教師仍沿用傳統教學方法，課堂內容主要集中于語法講解，缺乏實際應用訓練，導致學生對知識的掌握停留在淺層。同時，教學資源通常只是簡單分類，缺乏系統性，學生在遇到問題時難以找到針對性的參考資料，容易產生畏難情緒。

?思政教育缺失與專業教育割裂?：課程教學設計普遍缺乏思政元素，未能體現工程師的社會責任。教師僅專注于語法講授，未能有效激發學生的家國情懷和職業倫理意識，導致專業教育與思政教育脫節。

2 基于知識圖譜的教學設計

為有效進行C程序設計基礎的課程改革，遵循新工科建設與工程教育認證標準[4]，在深入分析該課程現狀基礎上，本研究團隊堅持“以學為中心，構建師生學習共同體”的理念。構建了涵蓋“知+會+創”的知識圖譜，探索出“引、講、演、踐、練、強”六步教學模式，實現了能力分層培養策略，分為以下幾個方面。

2.1 重構課程內容體系

重構課程內容體系：教學設計首先需要重構內容，避免依賴傳統教材的線性編排。改為“目標導向的四層模塊化設計”，建立“語法→算法→應用”的能力遞進路徑，幫助學生實現從被動學習向主動應用的轉變。

1） ?基礎語法模塊?：整合基本數據類型、運算符等核心語法點。按知識點之間的連續性和完整性，構建了包含“C語言基礎”“設計結構”“高級應用”三大模塊的課程知識圖譜，通過系統梳理知識點之間的關系，不斷調整知識點的粒度大小，將原有的127個知識點進一步細化和調整，得到了一個包含225個知識點的圖譜結構，較完整地展現了課程完整的知識脈絡，通過該模塊學習，學生對?基礎語法知識點的認知達到記憶和理解的維度。

2） ?算法設計模塊?：是對知識點的高級應用，是課程內容理論與實踐應用的結合。通過知識圖譜梳理知識點的前置、后置、關聯關系后，整理出和核心知識點相關的重點算法，如：“排序算法”“查找算法”“遞歸算法”“字符串處理”等掛接到知識點上，使學生對知識點的認知能達到應用和分析的維度。同時依托核心算法設計課程案例、實驗任務、課后習題，從問題分析、算法設計、編程實現、延展學習等方面進行全面探討，幫助學生清晰地掌握程序設計的思路與方法。依托案例驅動知識遷移，強化工程思維訓練。

3） ?應用模塊?：是對知識點的綜合運用，我們為課程的每個章節都設置了應用模塊，讓學生明確知識點的應用場景，學會運用所學知識去分析和解決實際問題。如在選擇結構章節設置了“模擬快遞計費”，在循環結構章節設置了“模擬計算器”等項目，在課程最后還安排“校園運動會管理”“校友信息管理”等綜合項目，通過實際項目的開發和實現，學生靈活運用基礎知識，結合數據結構等學科交叉內容來解決問題，全程參與項目完整開發流程，從需求分析、模塊劃分、算法設計到代碼實現和調試，通過這種工程化思維和開發流程的訓練，激發了學生的學習興趣，學生的知識整合與應用能力得到提升，學生的高階思維能力和創新能力也得到了提高。

4） 思政模塊：為了解決思政教育與專業教育割裂的問題，將思政元素有機地融入前面的三個模塊中。在基礎語法模塊重點實現經典數學問題與現代編程貫通，通過經典數學問題如“百錢百雞”“楊輝三角”等問題求解，以程序語法嚴謹性為切入點，強調代碼規范，?引導學生理解?邏輯嚴謹性?與?系統性思維?，強調?精益求精的工匠精神??。在算法設計模塊，將算法復雜度分析與?可持續發展觀?結合，在學習如“遞歸函數”“排序算法”等內容時，通過案例演示，對比討論，上機驗證，啟發學生探索規律，培養工程倫理意識。在?應用模塊強調工程實踐中的責任教育，結合綜合項目的系統開發，通過數據的處理，強調數據安全，培養團隊精神，強化社會責任擔當。

2.2 ?建設分層教學資源庫

建設分層教學資源庫：根據重構的課程內容，分層設置教學資源，包括基礎語法層、應用實踐層與創新拓展層，確保學生在知識圖譜中有效學習。分層教學資源庫如圖2所示。

1） 基礎語法層：針對知識圖譜的結構化學習，主要是按課程知識圖譜中的知識點設置學習資源。覆蓋變量定義、流程控制、函數調用等核心語法點，確保知識點關聯關系可視化呈現，核心語法點資料覆蓋率能達到95%以上。每個知識點配置「視頻講解（基礎概念） → 交互式課件（語法規則） → 分級習題（驗證理解） 」三階段學習模塊，強化對基礎語法知識的掌握。在教學中教師通過分析知識點的平均掌握率和關聯點，動態調整和更新內容，新增跨知識點的綜合習題。

2） 應用實踐層：針對任務驅動的能力培養。這一層次對應的學習資料有案例講解視頻、源碼分析、習題。通過完成配套案例講解與源碼分析后，設置任務點，通過闖關的形式，完成學習。

3） 創新拓展層：主要針對跨學科融合與前沿探索。設置綜合應用項目開發實例、技術文檔、ACM題庫等。創新拓展層在于激發學生學習興趣，提升學生的創新能力。

2.3 “引、講、演、踐、練、強”六步教學模式

“引、講、演、踐、練、強”六步教學模式：把教學劃分為六步，分別從教師和學生的角度出發，對每個教學步驟進行了詳細設計，明確了每一步的學習目標，教學任務和學習任務。

1） 引：是對新知識點的引入和學習目標的引導。每周通過學習通發布通知。通知包含本周所學核心知識點；本周預習任務；本章重點案例分析；需完成的課后作業。幫助學生理清知識結構，明確學習目標。如在“結構體”的學習章節學習中，分析案例“學生成績管理系統”的開發，引出語法學習目標，讓學生思考編程與實際應用開發的關聯，引出本章重點知識點結構體類型、結構體變量、結構體數組、結構體指針、結構體與函數、類型定義等。

2） ?講：是對理論知識點的精講與編程邏輯的解析。按知識點之間關聯性組成對應的?模塊化知識，結合知識圖譜標注重點、難點、考點，采用遞進式講解核心語法，講的重點放在知識點的應用上。講的角色由單一的教師講授轉換到學生的參與，讓學生去分析，把自己對知識點的理解講出來。如在解決“求n！的階乘。”問題時，可以運用while、do-while、for三種不同的循環結構來解決，教師重點講授三種循環使用的語法特點，采用對比教學法，讓學生分析三種不同的結構處理問題的特點，使?抽象概念具象化，分析出不同循環結構使用的場景，增強對編程語言的實際操作能力。

3） 演：是對知識點的應用分析和問題求解過程的展示。教學中教師采用雙軌示范教學法，主軌道構建嚴謹的知識體系，在課堂教學中教師演示從一個具體問題的提出，到問題的分解，數據的設計，函數的構造，最后到代碼編寫的全過程，培養學生的工程思維。帶領學生理清解題思路，演示標準代碼編寫流程。輔助軌道通過任務驅動強化工程能力，在代碼中植入典型語法錯誤或邏輯錯誤，引導學生使用調試工具定位并糾正錯誤，掌握相應的調試技巧。例如，在“學生成績管理系統”中實現修改學生成績時，教師演示如何定義結構體類型、結構體數組及相應函數。在定義函數時，使用結構體變量作為形參，讓學生觀察運行結果。通過分析錯誤是由于參數傳遞采用單向值傳遞造成，引導學生根據所學知識，將參數定義為指針或數組來解決問題，幫助學生掌握知識的綜合應用。

4） 踐：是采用項目驅動的方式進行任務攻關，目的是培養學生的編程能力。在實踐中，設計了三類分層任務。

第一類為基礎任務，根據每章的關鍵知識點設計任務，例如“求一個數的絕對值”任務，通過編寫簡單的代碼，學生可以更好地理解選擇結構的概念，學會用不同的方法去解決同一個問題；“模擬計算器”任務，通過實現計算器基本的加減乘除功能，學生可以鞏固運算符優先級和輸入輸出操作。這些驗證性任務以鞏固學生對應知識點的語法基礎為目的。

第二類為進階任務，通過知識點之間的聯系設計綜合性項目，如“設計猜數字游戲”，學生需要結合隨機數生成和循環控制等知識點；“文件管理系統”，學生需要掌握文件讀寫操作、數據存儲和管理等高級功能，這些進階任務以提升學生的技能水平為目的，加強學生對知識點的綜合理解和應用。

第三類為拓展任務，結合其他學科知識，開發實際項目，如“優秀校友信息管理系統”，學生需要整合用戶界面設計、文件管理、數據查詢等多方面知識；其中還設置了開放性任務，鼓勵學生自主解決問題，這些拓展任務以培養學生的復雜問題分析能力和知識綜合運用能力為目的。?

5） 練：是分層強化練習與動態調整相結合，在學習通平臺設置了課程題庫，按照布魯姆教育目標分類學，將題庫分層對應“記憶-理解-應用-分析-評價-創造”的認知層次，主要有三種類別的題目，分別是基礎題，提升題，綜合題。這種分層強化練習，學生可按自身學習進度動態選擇題目，靈活安排學習計劃。教師根據系統平臺提供的數據可以了解學生的學習動態，發現常錯知識組合，及時調整題庫內容，確保教學效果最大化。

基礎題的難度系數控制在0.8～1.0（易） 之間，題型為填空題和選擇題。教師在出題時為每個題標注了具體知識點和答案，幫助學生鞏固基礎知識。

提升題的難度系數在0.3～0.7（中） 之間，題型主要為程序填空、程序改錯、算法設計，同樣教師為每個題標注了關聯的知識點，并給出了題目的解析，學生答題后可以參看題目解析，以便理清思路，理解和應用知識點。

綜合題主要是跨章節綜合項目開發，難度系數在0.1～0.2（難） 之間，涉及多個知識點的綜合運用，題目設計貼近實際應用場景，旨在培養學生的綜合能力和創新思維。

6） 強：是學生能力拓展與綜合素質的持續提升。教師搭建了ACM題庫平臺，對學生進行競賽輔導，鼓勵學生參與“挑戰杯”“藍橋杯”“中國機器人及人工智能大賽”等重要的學科競賽。借助學科競賽助力學生成長，為學生提供更多的學習和實踐機會，讓學生能夠展示自己的學習成果，體驗到學習的成就感，達到明確未來的學習方向，幫助進行未來的職業規劃的目的。

2.4 多元化評價體系設計

基于知識圖譜的混合式教學設計在教學評價上實現了多元化評價。在“過程性評價+終結性評價”的基礎上[5]，結合“線上學習評價+線下課堂評價”，綜合了教師評價、平臺數據、學生互評等數據，避免了單一主體評價的偏差，實現了對教學全流程的綜合性評價。

3 結束語

本研究通過將知識圖譜技術融入C程序設計基礎課程的混合式教學設計，有效解決了民族院校在該課程教學中存在的實際問題。通過構建以知識點為核心的課程體系、優化資源配置、創新任務設置和完善綜合評價機制，實現了知識體系的系統化整合，既滿足了學生的學習需求，又促進了其專業發展，充分適應了民族院校的混合式教學特點。未來研究將拓展至程序設計課程群的應用探索，以推動更廣泛的教育教學改革。

參考文獻：

[1] 石文兵，方賢進，朱曉娟.面向工程教育認證的高級語言程序設計目標達成度評價方法[J].數字技術與應用，2021（10）：97-99.

[2] 欒若星.融入創造性思維訓練的教學模式設計與實踐：以“C語言程序設計” 課程為例[J].科技風，2024（9）：117-119.

[3] 鄧峰.以解決復雜工程問題為導向的課程改革[J].福建電腦，2021，37（11）：127-129.

[4] 余玲，彭必友.地方工科院校教學引導式項目設計與評價方法創新實踐[J].高等工程教育研究，2024（2）：91-96.

[5] 王京，張澤怡，張婧姝，等.新文科背景下數智技術賦能混合式教學模式研究[J].科技資訊，2024，22（7）：230-233.

【通聯編輯：王力】