高級語言程序設(shè)計(jì)教學(xué)重塑淺析

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摘要為了解決高級語言程序設(shè)計(jì)課程在教學(xué)實(shí)踐中存在的問題，本文提出了課程重塑與創(chuàng)新方案，并在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式以及教學(xué)評價(jià)三個(gè)方面提出了具體實(shí)施的措施。改革的實(shí)踐結(jié)果表明，本文的方案能夠有效解決傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題。

關(guān)鍵詞案例教學(xué)法；內(nèi)容重塑；混合式學(xué)習(xí)；翻轉(zhuǎn)課堂

1引言

目前，許多高校在課程建設(shè)和教學(xué)創(chuàng)新探索上進(jìn)行了積極地探索，擺脫了舊有的知識(shí)框架，形成新的分析和解決問題的思路，以全面提升學(xué)生的素質(zhì)、能力、思想?！陡呒壵Z言程序設(shè)計(jì)》作為計(jì)算機(jī)學(xué)院重要的學(xué)科基礎(chǔ)課，在課程矩陣中占有核心地位。區(qū)別于其他將該門課程作為通識(shí)選修課的專業(yè)，計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生在該門課程上不僅僅要掌握編程語言的具體語法規(guī)則及簡單應(yīng)用，更重要的是通過C語言這門計(jì)算機(jī)編程語言使得學(xué)生理解計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的基本思想、掌握結(jié)構(gòu)化編程的技術(shù)與方法，進(jìn)而能夠在此基礎(chǔ)上解決一些具有一定復(fù)雜度的工程問題。這也為后面的一系列有助于學(xué)生深度理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)以及編譯原理等人-機(jī)交互原理和方法的專業(yè)核心課打下重要基礎(chǔ)[1-2]。這門課程的教學(xué)希望達(dá)成以下目標(biāo)：（1）知識(shí)目標(biāo)：要求學(xué)生能夠舉例闡釋C語言的三大流程控制結(jié)構(gòu)、數(shù)組、函數(shù)、結(jié)構(gòu)體、指針、文件等基本語法規(guī)則，并在此基礎(chǔ)上閱讀、分析一般程序運(yùn)行結(jié)果。（2）能力目標(biāo)：要求學(xué)生能夠靈活運(yùn)用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的方法設(shè)計(jì)、編寫、調(diào)試C程序，并解決具有一定規(guī)模的實(shí)際問題。（3）素養(yǎng)目標(biāo)：要求學(xué)生具備科學(xué)思維、工程思維、創(chuàng)新思維、團(tuán)隊(duì)合作與溝通能力以及自主學(xué)習(xí)能力[3]。然而多年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，上述課程目標(biāo)中的能力目標(biāo)和素養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成度一直偏低。通過這門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生往往只掌握了編程語言的語法規(guī)則和簡單應(yīng)用，未能內(nèi)化結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的思維和方法，編程解決實(shí)際問題的能力非常有限。為解決如上問題，本文從教學(xué)資源與內(nèi)容、過程與方法、教學(xué)評價(jià)等方面進(jìn)行了卓有成效的改革與創(chuàng)新，形成了具有一定推廣價(jià)值的做法。

2課程教學(xué)存在問題

本課程的課程建設(shè)和教學(xué)創(chuàng)新著眼于解決如下三個(gè)突出的問題：（1）缺乏興趣與內(nèi)驅(qū)力。由于課程本身的性質(zhì)和特點(diǎn)，很多學(xué)生覺得編寫程序是一項(xiàng)很困難、很枯燥的事情，解決問題耗時(shí)過長，造成他們?nèi)狈W(xué)習(xí)獲得感、成就感，影響進(jìn)一步學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，課堂參與度低。（2）能力目標(biāo)達(dá)成度低。該課程授課對象是大一學(xué)生。這類學(xué)生缺乏人-機(jī)交流經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算思維還沒有建立起來，一邊要學(xué)編程語言的具體語法規(guī)則（外顯知識(shí)），一邊又要學(xué)習(xí)解決問題的思維邏輯（算法，內(nèi)隱知識(shí)）。外顯知識(shí)易掌握，但是內(nèi)隱知識(shí)的習(xí)得卻是一個(gè)較為漫長且困難的過程，需要大量的編程經(jīng)驗(yàn)積累。因而第一門編程課往往看似聽懂了課堂的全部知識(shí)，但是當(dāng)動(dòng)手編程時(shí)卻困難重重。他們在編程模仿后面比較容易實(shí)現(xiàn)，但是當(dāng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決新問題時(shí)又存在較大困難。（3）核心思維與創(chuàng)新能力弱。在教學(xué)過程中，學(xué)生容易陷入在對具體問題的解決上，往往出現(xiàn)學(xué)過的、見過的題目會(huì)求解，未學(xué)過的問題則沒有思路，缺乏深度思考、分析對比、歸納總結(jié)等科學(xué)思維，在舉一反三、觸類旁通的知識(shí)遷移能力、想象與創(chuàng)新能力、綜合實(shí)踐應(yīng)用等核心方面的能力難以提升。

3內(nèi)容與資源創(chuàng)新

3.1線上優(yōu)質(zhì)資源

本課程采用自建資源為主、同步引入中國大學(xué)MOOC和網(wǎng)易公開課中的部分資源為輔助資源，將自建資源在線上按章節(jié)編排形成較為系統(tǒng)的課程。輔助資源適合課堂“吃不飽”和“吃不消”的兩級學(xué)生。不同學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和能力的學(xué)生都有對應(yīng)的學(xué)習(xí)路徑，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)。自2017到2021年，本課程混合式教學(xué)目前開展到了第5輪。在多輪混合式教學(xué)實(shí)踐過程中，伴隨著新工科的最新人才培養(yǎng)要求以及學(xué)校、專業(yè)修訂的最新人才培養(yǎng)方案，課程內(nèi)容和資源也經(jīng)過了不斷地重構(gòu)、迭代更新完善，形成了有效助力教學(xué)目標(biāo)達(dá)成的教學(xué)視頻資源庫、習(xí)題庫、項(xiàng)目案例庫、教學(xué)案例庫，以及用于拓展學(xué)生思維和能力的拓展材料、主題討論集。資源的建設(shè)充分踐行了“以學(xué)生為中心”的理念。很多教學(xué)微視頻資源庫的錄制采集于學(xué)生結(jié)合例證講解算法的教學(xué)視頻。在教學(xué)案例庫中，大量富有啟發(fā)性、爭議性和探索價(jià)值的“一題多解、一題多變、老題新解”的案例則來源于課堂上案例教學(xué)過程，由學(xué)生對于一個(gè)問題的不斷追問、奇思妙想以及學(xué)生小組對于教師給出的算法不斷優(yōu)化、總結(jié)得來的。大部分實(shí)踐案例庫由往屆學(xué)生小組開發(fā)的優(yōu)秀案例集錦而成。這些實(shí)踐案例對于學(xué)生有著非常強(qiáng)大的正向激勵(lì)作用，促進(jìn)他們仔細(xì)地觀摩、學(xué)習(xí)、創(chuàng)新、超越。

3.2階梯式教學(xué)案例庫

在課程教學(xué)改革中，以內(nèi)容為王。本著以學(xué)生發(fā)展為中心，牢牢抓住課堂是能力培養(yǎng)、價(jià)值塑造的主陣地，為將課堂打造成互聽互學(xué)互辯的學(xué)習(xí)共同體氛圍，著力進(jìn)行內(nèi)容重塑。結(jié)合課程難且抽象的特點(diǎn)和，以及學(xué)生會(huì)學(xué)不會(huì)做、會(huì)做不會(huì)用的實(shí)際學(xué)情，為把案例教學(xué)法開展得有深度，需要設(shè)計(jì)非常恰當(dāng)?shù)陌咐鳛榻虒W(xué)內(nèi)容。經(jīng)過多年教學(xué)積累，課程已經(jīng)形成了非常豐富的案例資源庫。按照難度和知識(shí)點(diǎn)密度劃分，分為低階、中階、高階三階案例，難度呈階梯上升的方式。在教學(xué)推進(jìn)的不同階段，選用對應(yīng)的適當(dāng)難度的案例對學(xué)生進(jìn)行知識(shí)鞏固、能力培養(yǎng)和思維啟發(fā)。低階案例知識(shí)密度小，一般在教學(xué)內(nèi)容的初級階段設(shè)置，案例設(shè)計(jì)和選擇上多以“老題新解、一題多解、一題多變”的案例為主?！袄项}新解”促進(jìn)學(xué)生前后知識(shí)關(guān)聯(lián)與有效建構(gòu)，“一題多解、一題多變”培養(yǎng)學(xué)生觸類旁通、舉一反三的知識(shí)遷移能力。這些案例在教學(xué)過程中，通過設(shè)置很多啟發(fā)性問題、有爭議的結(jié)論以及尚未解決的難點(diǎn)層層推進(jìn)，為學(xué)生留有大量的思辨、提問和動(dòng)手實(shí)踐空間，將解決問題的方法逐漸推向最優(yōu)化方向。按照建構(gòu)主義的基本觀點(diǎn)，學(xué)習(xí)最終是學(xué)生主動(dòng)地建構(gòu)自己的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的過程，他人無法取代。而教學(xué)是激發(fā)學(xué)生建構(gòu)知識(shí)的過程。在中階和高階案例的設(shè)計(jì)和選擇上，需要具備有難度、有多解、有價(jià)值、有趣味等特點(diǎn)。選擇知識(shí)難度適當(dāng)、知識(shí)密度大且足夠有啟發(fā)性和探索價(jià)值的來源于生活實(shí)際場景或工程實(shí)踐中的案例，有助于課堂深度開展CBL（Case-BasedLearning）案例教學(xué)。

4教學(xué)過程與方法創(chuàng)新

課程采用基于翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)模式，線上自主學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)，并完成教學(xué)活動(dòng)和教學(xué)測驗(yàn)，對基礎(chǔ)語法知識(shí)形成初步認(rèn)知，帶著問題進(jìn)入課堂[4]。課堂則采用CBL案例教學(xué)法實(shí)現(xiàn)“做中學(xué)”，將理論和實(shí)踐統(tǒng)一起來，加強(qiáng)師生互動(dòng)、生生互動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)參與熱情，推動(dòng)學(xué)生積極思考、勤于動(dòng)手。通過在課程教學(xué)中引入大量生動(dòng)有趣、有探索價(jià)值的案例，串聯(lián)知識(shí)點(diǎn)，將語法知識(shí)放在實(shí)際應(yīng)用場景中，幫助學(xué)生進(jìn)行知識(shí)應(yīng)用和遷移。在案例中設(shè)置層層遞進(jìn)的問題，以問題促思考，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維、分析問題、算法設(shè)計(jì)、動(dòng)手編程解決問題的能力[5-7]。

4.1課前線上自主學(xué)習(xí)

學(xué)生課前通過自主學(xué)習(xí)教師發(fā)布的教學(xué)微課，形成對于本節(jié)知識(shí)的初步認(rèn)知。通過完成該節(jié)內(nèi)容的前測，對線上學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行自我評估，完成鞏固測驗(yàn)，參加討論活動(dòng)，了解知識(shí)漏洞，生成個(gè)性化的問題。課堂聽課時(shí)既是鞏固深化知識(shí)的過程，同時(shí)也是解決課前知識(shí)疑難的過程。教師課前利用信息技術(shù)、智慧工具收據(jù)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確把握學(xué)情，以學(xué)定教，確定本節(jié)的教學(xué)重難點(diǎn)，重塑案例及案例中的啟發(fā)性問題。課中通過講解演示、二次測驗(yàn)等形式確認(rèn)重難點(diǎn)掌握情況，確認(rèn)低階知識(shí)目標(biāo)的達(dá)成。

4.2課堂CBL案例教學(xué)

課堂以面向解決實(shí)際問題的編程案例為載體，與學(xué)生一起進(jìn)行高效優(yōu)質(zhì)的交互，從提出假設(shè)、大膽嘗試，到編程求證、結(jié)果改進(jìn)、反思總結(jié)，以科學(xué)研究的范式去進(jìn)行教與學(xué)。教師首先將本節(jié)重點(diǎn)、難點(diǎn)貫穿到案例中，在分析難點(diǎn)、重點(diǎn)問題的同時(shí)，演示編程。接著利用2-3個(gè)案例，引導(dǎo)學(xué)生以小組形式分析討論算法，動(dòng)手編程解決問題，各組上傳最終結(jié)果。最后教師將各組結(jié)果同屏展示，引導(dǎo)小組間互評互辯，分析各組算法優(yōu)劣。課堂借助智慧教學(xué)工具，師問生答、生問生答、生講生練，分組合作、組間競賽等多種教學(xué)方式深化知識(shí)、培養(yǎng)能力、啟發(fā)思維，多角度激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力、獲得感與成就感。

4.3課后拓展延伸

學(xué)生在課后需要完成個(gè)人和小組兩部分作業(yè)。個(gè)人作業(yè)有基礎(chǔ)必做和能力提升兩類作業(yè)。小組C語言開發(fā)項(xiàng)目貫穿整個(gè)學(xué)期，隨著教學(xué)內(nèi)容的推進(jìn)逐步分階段完成。學(xué)期初自選開發(fā)方向和課題，學(xué)期內(nèi)邊學(xué)邊做，自主探索、查閱資料、協(xié)作探究、方案設(shè)計(jì)，最后以程序來實(shí)現(xiàn)課題。在整個(gè)過程中，有階段匯報(bào)和教師指導(dǎo)。學(xué)期末進(jìn)行演示答辯、項(xiàng)目驗(yàn)收考核?！白鲋袑W(xué)，學(xué)中做”的方式推動(dòng)學(xué)生挑戰(zhàn)自我、超越自我，從而解決會(huì)聽不會(huì)做、會(huì)做不會(huì)用的問題。

5教學(xué)評價(jià)創(chuàng)新

5.1能力為主的評價(jià)

按照工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，課程評價(jià)以O(shè)BE產(chǎn)出為導(dǎo)向，對標(biāo)人才培養(yǎng)要求，從過去的知識(shí)為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐阅芰橹鞯脑u價(jià)[8]。編程語言的基礎(chǔ)語法規(guī)則屬于外顯的知識(shí)。這部分知識(shí)的記憶、理解及簡單應(yīng)用在整個(gè)課程評價(jià)中只占30%。其余70%的分?jǐn)?shù)則是對能力的考核和評價(jià)，著重在平時(shí)作業(yè)、實(shí)驗(yàn)以及期末考試中評價(jià)學(xué)生針對實(shí)際問題的算法設(shè)計(jì)能力、程序編寫和調(diào)試能力以及實(shí)踐項(xiàng)目開發(fā)能力。

5.2多元化評價(jià)方式

課前、課中、課后采用全流程評價(jià)可以更加科學(xué)、客觀、公平地評測學(xué)生的學(xué)習(xí)成果以及課程目標(biāo)達(dá)成度，最終實(shí)現(xiàn)以評促學(xué)、以評促教。評價(jià)方式多元化：診斷性+形成性+終結(jié)性評價(jià)；定量評價(jià)+定性評價(jià)。評價(jià)主體多元化：教師評價(jià)+學(xué)習(xí)平臺(tái)智慧終端評價(jià)+小組評價(jià)+個(gè)人自評。評價(jià)內(nèi)容多元化：課前基礎(chǔ)知識(shí)掌握情況+課堂小組算法實(shí)現(xiàn)情況+課后個(gè)人編程實(shí)驗(yàn)完成情況+小組實(shí)踐項(xiàng)目開發(fā)情況。具體的學(xué)業(yè)評價(jià)如表1所示。

6創(chuàng)新特色與教學(xué)成效

該門課程基于翻轉(zhuǎn)課堂模式開展線上線下混合式教學(xué)。學(xué)生線上進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)自主學(xué)習(xí)，課堂則開展CBL案例教學(xué)，以案例為載體，推動(dòng)學(xué)生不斷分析問題，利用編程解決問題，在課堂的師生、生生深度交互中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和編程能力。按照學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，教學(xué)案例按難度和知識(shí)密度分為高中低三階，在教學(xué)內(nèi)容推進(jìn)的不同階段采用不同的案例，非常有效地推動(dòng)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)建構(gòu)。全流程多元評價(jià)的方式對學(xué)生的知識(shí)、能力和素養(yǎng)進(jìn)行科學(xué)客觀地評價(jià)，達(dá)到了以評促學(xué)的效果。該門課程自教學(xué)改革創(chuàng)新以來，取得了良好的教學(xué)成效，近兩年課程的能力目標(biāo)達(dá)成度由改革前三年的年均65%上升到了74%。學(xué)生在項(xiàng)目開發(fā)大作業(yè)上也表現(xiàn)優(yōu)異，由原來的只能編寫一些小程序轉(zhuǎn)變?yōu)榛诠こ桃?guī)范開發(fā)具有一定復(fù)雜度的工程問題。特別是近兩年來，在工程教育認(rèn)證大背景下，課程以產(chǎn)出為導(dǎo)向，由對知識(shí)的評價(jià)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閷δ芰Φ脑u價(jià)。在最近的一輪期末考試中，基礎(chǔ)知識(shí)和程序設(shè)計(jì)能力考查比例由原來的60:40（100分試卷）變成了40:60，難度上升非常明顯，但是及格率由原來的低于75%提升到89.1%，優(yōu)良率（期末卷面成績在80分以上的人數(shù)）為51.1%，平均分75.9分，標(biāo)準(zhǔn)差14.6。這說明，在教學(xué)改革與創(chuàng)新過程中，學(xué)生真正在能力和核心思維層面達(dá)到了預(yù)期教學(xué)目標(biāo)。在最近一輪結(jié)課時(shí)對學(xué)生的教學(xué)質(zhì)量問卷調(diào)查結(jié)果顯示，86%的學(xué)生在學(xué)完之后，對該門課程比較感興趣；73.64%的學(xué)生認(rèn)為教學(xué)效果很好，對教師教學(xué)的滿意度打出了95.33的高分。教學(xué)改革與創(chuàng)新始終本著以學(xué)生發(fā)展為中心的人才培養(yǎng)理念，在前面經(jīng)驗(yàn)和最新學(xué)生學(xué)情的基礎(chǔ)上不斷的迭代更新，逐步反思前行，力求提升教學(xué)成效，從而為國家和社會(huì)培養(yǎng)一流人才。

作者:劉淼 單位:北方民族大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院