混合教學模式下的程序設計課程

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摘要：按照金課的建設要求，文章提出把混合式教學模式引入“C++程序設計”教學中，利用MOOC平臺、翻轉課堂工具、程序自動評判平臺等信息化教學工具，實施小班化教學、知行結合的機房教學等舉措，以編程實踐、分組討論、彈幕、投稿等方式增強學生參與感，并將敏捷開發的價值觀和原則應用于編程實踐中，提升學生的自信心和成就感。實踐結果表明，該教學模式能有效提高學生對理論知識的掌握以及實踐能力，對比線下教學具備明顯的優勢。

關鍵詞：線上線下混合式教學；MOOC；SPOC；翻轉課堂

為了切實提高學生的編程能力，南京理工大學計算機學院根據教育部“淘汰‘水課’、打造‘金課’”的要求[1]，開始在多門編程能力相關課程中實施線上線下混合式教學模式[2]，以期達到課程的高階性、創新性和挑戰度，打造出“以學生為中心”的系列金課，其中，“C++程序設計”作為計算機大類全體大一新生的程序設計入門課，與第二年暑期的“C++課程設計”共同完成的C++語言及其程序設計的教學內容，對學生編程興趣、軟件基礎能力、系統能力等方面的培養起到了奠基作用，自然成為了教學改革的先鋒之一。

一、教學組織

在“C++程序設計”課程中，課程團隊以“金課”的高階性、創新性和挑戰度為標準設計課堂教學：不僅要達到掌握堅實的理論基礎的目標，更要培養學生應用、分析、評價甚至創造的能力；采用先進的信息技術手段，增加師生、生生互動，并滿足程序設計課程的需求；以學生發展為中心，根據學生的學習狀況，實時調整課程進度和重點；在實踐和作業中設有一定難度的內容，并以循序漸進的方式引導學生進行深入研究。

（一）信息化教學工具的選取在“C++程序設計”課程的混合式教學實踐中，課程團隊采用了“MOOC+SPOC+翻轉課堂+機房”的模式。課程團隊教師在智慧樹平臺建設了MOOC課程“程序設計基礎”，并在該MOOC課程基礎上建設了SPOC校內課。翻轉課堂采用了“雨課堂”工具實現課堂的組織：測驗、投稿、彈幕等，同時采用了自建的“程序提交與自動評判平臺”實現課堂編程、提交、判分。該平臺由團隊教師以Moodle[3]為核心建立，不僅可以實現普通的OnlineJudge功能（根據用例判斷完整程序的正確性），還創新性地實現部分程序的運行，例如函數的正確性判定。所有的線下課堂教學在計算機機房進行，每個學生分配一臺有C++開發環境的聯網計算機。

（二）教學流程的組織結合信息化教學環境，課程團隊在教學中，實施小班化教學、實踐與理論結合的機房教學等教學方式，將教學活動擴展到課前、課中和課后，并通過教學組織實現課程的高階性和挑戰度。每次課前，教師都會將預習要求（觀看SPOC的視頻、閱讀資料、完成測試等）和學習目標通過“雨課堂”發給學生，并收集學生的學習信息（學習時間、測試結果等）。在課前的學習活動中，希望學生能夠記住相應語法規則，并能讀懂、對比相關的C++程序，這在Bloom模型[4]中屬于記憶、理解和初步應用部分，即低階目標。課堂中，則是課程向高階目標邁進的階段。首先，是基本概念查缺補漏的前測環節。在簡單、快速的知識點回顧中，課程團隊利用“雨課堂”的客觀題（單選、多選、填空）功能檢驗低階目標的達成度。這些客觀題以C++基本語法和規則的概念、應用為主。當某個知識點的正確率不高時，教師將以案例的形式厘清概念，以確保80%以上的學生達成低階目標。然后，進入“參與式的程序設計案例分析與實踐”環節。C++語法和規則的學習都是為能夠編寫程序解決問題而服務的，因此，參與編程實踐才是真正實現分析、評價、創造這些高階目標的唯一途徑。編程實踐利用“程序提交與自動評判平臺”進行，學生完成設計、編碼、調試后，提交程序，根據返回結果可知程序的正確性。將敏捷開發的價值觀和原則應用于編程環節中，將任務分解，建立不同層次和不同階段的任務目標，以循序漸進地提高難度的方式，保持學生的自信心，并使其在教師指引下完成具有挑戰度的工作，從而讓學生對于有一定難度的問題，“跳一跳能夠得著”[1]，夠著后又能獲得較大的成就感。部分實踐通過分組的方式進行，讓學生在團隊討論中實現思維碰撞，從而產生智慧的“火花”。同時，在實踐環節中，學生還可通過彈幕、投稿等方式，提出自己的疑惑，展示自己的成果，使得教師可以及時進行引導式解惑，并發現典型問題和優秀樣例，以此進行解析和講評。這些翻轉課堂的手段，不但調動了學生參與的積極性，還增加了師生、生生之間的互動。課后，通過“雨課堂”推送任務。任務以學生課中的“雨課堂”和“程序提交與自動評判平臺”的統計數據為依據進行設計，強化薄弱部分，并適當難度進階。

（三）具體案例在此，以“C++程序設計”中的教學單元“分支語句”的教學實施為例，來說明教學流程的組織情況。分支語句”教學單元的設置在“數據類型和表達式”教學單元之后。該單元的教學目標為：掌握if語句的語法，尤其是能夠將多分支語句中的else匹配對應的if，以規范的書寫形式編寫分支結構的程序，且能注意內嵌語句的限制問題。在課程組織的前測環節，針對單元知識點設計選擇題，尤其關注難點“if與else的配對”問題，結合測試題的解析，確保學生對基本語法的掌握。在“案例分析與實踐環節”中，以二元一次方程求解作為核心問題，課程團隊設計了遞進式的任務目標。在“分支語句”之前，學生只學習了C++的基本類型和表達式，最初的任務就從表達式入手，實現一元一次方程ax+b=0的求解（暫時不考慮a為0的情況）。第二階段任務，考慮a為0的情況，將基本分支結構運用到問題求解中。第三階段任務是考慮更為復雜的二元一次方程ax2+bx+c=0的求解。在講授庫函數sqrt（）的使用方法后，讓學生分組討論該問題需要考慮的各種情況（a為0、b為0、一個根、兩個根、復數根等），并使用多分支結構編程。對比投稿的程序，看哪組考慮的情況更全面，程序更完整。同時，從投稿中挑選典型問題，例如：對于ifelse的多條內嵌語句不加括號使之稱為一條復合語句、搞不清楚else到底和哪個if配對、不注意縮排和對齊等。最后，總結實踐環節中的通用性錯誤，要求學生在課后首先將課上所編程序進一步完善，再完成相關編程作業。

二、教學效果

在2019—2020學年第一學期，南京理工大學計算機學院為計算機大類全體大一學生共7個班級開設了“C++程序設計”課程。所有班級均為小班化機房授課，其中，8403班開展了線上線下混合式教學模式，其他6個班級均為線下授課。2020年1月，完成了期末測試。最終成績由3個部分組成：期末筆試、期末上機測試和平時成績。其中，期末筆試由選擇題、讀程序題、填程序題和編程題組成，共100分，7位教師集中流水閱卷；上機測試包含3道題，每道題100分，共計300分，OnlineJudge自動判分；線下授課的平時成績由考勤和作業組成，混合式教學的平時成績由課堂情況（出勤、課前測、投稿情況）、線上情況（視頻觀看、章節測驗、編程作業）組成。由于平時成績的評判標準不同，因此，只將期末上機測試和期末筆試成績進行對比，班級平均成績對比結果分別如圖1和圖2所示。從圖中可以明顯看出，混合式教學模式下的8403班，無論是筆試，還是上機測試，成績都明顯高于其他班級。上機測試平均分高于其他班級7.2~38.69分，筆試平均分高于其他班級5.81~12.44分。且8403班課程及格率為100%，無一人掛科。從對比數據中，我們可以分析出：課堂的“前測環節”夯實了學生對理論知識的掌握，“分析和實踐環節”提高了學生針對問題設計、編寫、調試程序的能力。同時，基于敏捷開發的價值觀和原則的遞進式任務設計，幾乎讓所有學生都能“夠得著”，即使是中學從未接觸過計算機編程的學生，也不會因為畏難情緒而放棄學習。因此，在程序設計類課程中，運用本文所描述的線上線下混合式教學模式，能夠有效地培養和提高學生操作各項軟件的基礎能力，對比純線下教學具備明顯的優勢。

三、總結與展望

在這次的線上線下混合式教學中，課程團隊仍然遇到了一些問題：部分學生仍然不習慣于視頻學習，導致在課堂上花費大量的時間進行“查缺補漏”，進而縮短了實踐環節的時長。在未來的工作中，課程團隊還將致力于平臺的融合，并利用更多監督或獎勵機制激勵學生保質保量地完成課前學習，建設更具有挑戰性和趣味性的C++練習庫，進一步調動學生的積極性。

參考文獻：

[1]吳巖.建設中國“金課”[J].中國大學教學,2018(12).

[2]張策,徐曉飛,張龍,等.利用MOOC優勢重塑教學實現線上線下混合式教學新模式[J].中國大學教學,2018(5).

作者：衷宜 陸建峰 趙學龍 單位：南京理工大學