混合教学模式下的程序设计课程

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摘要：按照金课的建设要求，文章提出把混合式教学模式引入“C++程序设计”教学中，利用MOOC平台、翻转课堂工具、程序自动评判平台等信息化教学工具，实施小班化教学、知行结合的机房教学等举措，以编程实践、分组讨论、弹幕、投稿等方式增强学生参与感，并将敏捷开发的价值观和原则应用于编程实践中，提升学生的自信心和成就感。实践结果表明，该教学模式能有效提高学生对理论知识的掌握以及实践能力，对比线下教学具备明显的优势。

关键词：线上线下混合式教学；MOOC；SPOC；翻转课堂

为了切实提高学生的编程能力，南京理工大学计算机学院根据教育部“淘汰‘水课’、打造‘金课’”的要求[1]，开始在多门编程能力相关课程中实施线上线下混合式教学模式[2]，以期达到课程的高阶性、创新性和挑战度，打造出“以学生为中心”的系列金课，其中，“C++程序设计”作为计算机大类全体大一新生的程序设计入门课，与第二年暑期的“C++课程设计”共同完成的C++语言及其程序设计的教学内容，对学生编程兴趣、软件基础能力、系统能力等方面的培养起到了奠基作用，自然成为了教学改革的先锋之一。

一、教学组织

在“C++程序设计”课程中，课程团队以“金课”的高阶性、创新性和挑战度为标准设计课堂教学：不仅要达到掌握坚实的理论基础的目标，更要培养学生应用、分析、评价甚至创造的能力；采用先进的信息技术手段，增加师生、生生互动，并满足程序设计课程的需求；以学生发展为中心，根据学生的学习状况，实时调整课程进度和重点；在实践和作业中设有一定难度的内容，并以循序渐进的方式引导学生进行深入研究。

（一）信息化教学工具的选取在“C++程序设计”课程的混合式教学实践中，课程团队采用了“MOOC+SPOC+翻转课堂+机房”的模式。课程团队教师在智慧树平台建设了MOOC课程“程序设计基础”，并在该MOOC课程基础上建设了SPOC校内课。翻转课堂采用了“雨课堂”工具实现课堂的组织：测验、投稿、弹幕等，同时采用了自建的“程序提交与自动评判平台”实现课堂编程、提交、判分。该平台由团队教师以Moodle[3]为核心建立，不仅可以实现普通的OnlineJudge功能（根据用例判断完整程序的正确性），还创新性地实现部分程序的运行，例如函数的正确性判定。所有的线下课堂教学在计算机机房进行，每个学生分配一台有C++开发环境的联网计算机。

（二）教学流程的组织结合信息化教学环境，课程团队在教学中，实施小班化教学、实践与理论结合的机房教学等教学方式，将教学活动扩展到课前、课中和课后，并通过教学组织实现课程的高阶性和挑战度。每次课前，教师都会将预习要求（观看SPOC的视频、阅读资料、完成测试等）和学习目标通过“雨课堂”发给学生，并收集学生的学习信息（学习时间、测试结果等）。在课前的学习活动中，希望学生能够记住相应语法规则，并能读懂、对比相关的C++程序，这在Bloom模型[4]中属于记忆、理解和初步应用部分，即低阶目标。课堂中，则是课程向高阶目标迈进的阶段。首先，是基本概念查缺补漏的前测环节。在简单、快速的知识点回顾中，课程团队利用“雨课堂”的客观题（单选、多选、填空）功能检验低阶目标的达成度。这些客观题以C++基本语法和规则的概念、应用为主。当某个知识点的正确率不高时，教师将以案例的形式厘清概念，以确保80%以上的学生达成低阶目标。然后，进入“参与式的程序设计案例分析与实践”环节。C++语法和规则的学习都是为能够编写程序解决问题而服务的，因此，参与编程实践才是真正实现分析、评价、创造这些高阶目标的唯一途径。编程实践利用“程序提交与自动评判平台”进行，学生完成设计、编码、调试后，提交程序，根据返回结果可知程序的正确性。将敏捷开发的价值观和原则应用于编程环节中，将任务分解，建立不同层次和不同阶段的任务目标，以循序渐进地提高难度的方式，保持学生的自信心，并使其在教师指引下完成具有挑战度的工作，从而让学生对于有一定难度的问题，“跳一跳能够得着”[1]，够着后又能获得较大的成就感。部分实践通过分组的方式进行，让学生在团队讨论中实现思维碰撞，从而产生智慧的“火花”。同时，在实践环节中，学生还可通过弹幕、投稿等方式，提出自己的疑惑，展示自己的成果，使得教师可以及时进行引导式解惑，并发现典型问题和优秀样例，以此进行解析和讲评。这些翻转课堂的手段，不但调动了学生参与的积极性，还增加了师生、生生之间的互动。课后，通过“雨课堂”推送任务。任务以学生课中的“雨课堂”和“程序提交与自动评判平台”的统计数据为依据进行设计，强化薄弱部分，并适当难度进阶。

（三）具体案例在此，以“C++程序设计”中的教学单元“分支语句”的教学实施为例，来说明教学流程的组织情况。分支语句”教学单元的设置在“数据类型和表达式”教学单元之后。该单元的教学目标为：掌握if语句的语法，尤其是能够将多分支语句中的else匹配对应的if，以规范的书写形式编写分支结构的程序，且能注意内嵌语句的限制问题。在课程组织的前测环节，针对单元知识点设计选择题，尤其关注难点“if与else的配对”问题，结合测试题的解析，确保学生对基本语法的掌握。在“案例分析与实践环节”中，以二元一次方程求解作为核心问题，课程团队设计了递进式的任务目标。在“分支语句”之前，学生只学习了C++的基本类型和表达式，最初的任务就从表达式入手，实现一元一次方程ax+b=0的求解（暂时不考虑a为0的情况）。第二阶段任务，考虑a为0的情况，将基本分支结构运用到问题求解中。第三阶段任务是考虑更为复杂的二元一次方程ax2+bx+c=0的求解。在讲授库函数sqrt（）的使用方法后，让学生分组讨论该问题需要考虑的各种情况（a为0、b为0、一个根、两个根、复数根等），并使用多分支结构编程。对比投稿的程序，看哪组考虑的情况更全面，程序更完整。同时，从投稿中挑选典型问题，例如：对于ifelse的多条内嵌语句不加括号使之称为一条复合语句、搞不清楚else到底和哪个if配对、不注意缩排和对齐等。最后，总结实践环节中的通用性错误，要求学生在课后首先将课上所编程序进一步完善，再完成相关编程作业。

二、教学效果

在2019—2020学年第一学期，南京理工大学计算机学院为计算机大类全体大一学生共7个班级开设了“C++程序设计”课程。所有班级均为小班化机房授课，其中，8403班开展了线上线下混合式教学模式，其他6个班级均为线下授课。2020年1月，完成了期末测试。最终成绩由3个部分组成：期末笔试、期末上机测试和平时成绩。其中，期末笔试由选择题、读程序题、填程序题和编程题组成，共100分，7位教师集中流水阅卷；上机测试包含3道题，每道题100分，共计300分，OnlineJudge自动判分；线下授课的平时成绩由考勤和作业组成，混合式教学的平时成绩由课堂情况（出勤、课前测、投稿情况）、线上情况（视频观看、章节测验、编程作业）组成。由于平时成绩的评判标准不同，因此，只将期末上机测试和期末笔试成绩进行对比，班级平均成绩对比结果分别如图1和图2所示。从图中可以明显看出，混合式教学模式下的8403班，无论是笔试，还是上机测试，成绩都明显高于其他班级。上机测试平均分高于其他班级7.2~38.69分，笔试平均分高于其他班级5.81~12.44分。且8403班课程及格率为100%，无一人挂科。从对比数据中，我们可以分析出：课堂的“前测环节”夯实了学生对理论知识的掌握，“分析和实践环节”提高了学生针对问题设计、编写、调试程序的能力。同时，基于敏捷开发的价值观和原则的递进式任务设计，几乎让所有学生都能“够得着”，即使是中学从未接触过计算机编程的学生，也不会因为畏难情绪而放弃学习。因此，在程序设计类课程中，运用本文所描述的线上线下混合式教学模式，能够有效地培养和提高学生操作各项软件的基础能力，对比纯线下教学具备明显的优势。

三、总结与展望

在这次的线上线下混合式教学中，课程团队仍然遇到了一些问题：部分学生仍然不习惯于视频学习，导致在课堂上花费大量的时间进行“查缺补漏”，进而缩短了实践环节的时长。在未来的工作中，课程团队还将致力于平台的融合，并利用更多监督或奖励机制激励学生保质保量地完成课前学习，建设更具有挑战性和趣味性的C++练习库，进一步调动学生的积极性。

参考文献：

[1]吴岩.建设中国“金课”[J].中国大学教学,2018(12).

[2]张策,徐晓飞,张龙,等.利用MOOC优势重塑教学实现线上线下混合式教学新模式[J].中国大学教学,2018(5).

作者：衷宜 陆建峰 赵学龙 单位：南京理工大学