信息化平臺下的程序設計課程混合式教學教育文檔

信息化平臺下的程序設計課程混合式教學程序設計課程是計算機類專業(yè)的第一門專業(yè)基礎課，是利用計算機程序設計語言來解決實際問題的課程[1]，是后續(xù)專業(yè)課的基礎和支撐，在整個課程體系中起著舉足輕重的作用。程序設計課程以一門具體編程語言（C語言）的講授為主線，結合算法分析和數學模型等，通過計算機科學體系基礎知識和問題分析解決方法的學習，培養(yǎng)學生的編程能力，進而培養(yǎng)學生的計算思維能力。Bloom按照人的認知層次將學習目標由低到高逐漸劃分為記憶、理解、應用、分析、評估和創(chuàng)新6個層次[2]。在教學過程中，學生對知識的理解、問題的分析解決都是呈現螺旋式上升。在高校教學改革的新形勢下，結合信息化教學平臺，運用混合式教學新模式也需要符合科學的認知規(guī)律。1信息化教學平臺程序設計課程主要采用藍墨云班課和OJ平臺兩種信息化平臺來進行各個教學環(huán)節(jié)的教學輔助工作。（1）藍墨云班課――移動設備教學平臺“藍墨云班課”是藍墨科技推出的一款移動教學助手APP，是利用移動智能設備開展課堂內外即時反饋互動教學的云服務平臺[3]。該平臺為教師提供課堂管理、教學活動開展、學習情況跟蹤、教學評價等功能，為學生提供課程訂閱、消息提醒、個性化學習資源、討論交流等功能。移動式教學平臺與非移動式教學平臺有很大的不同，前者不僅可以避免非移動式教學地理位置的限制，而且讓學生的手機變成學習工具，幫助學生改善學習動機、調動學習積極性、獲得適應新時代的學習方法，移動式教學平臺是傳統(tǒng)教學方式的有利補充。（2）OJ平臺――程序自動評測平臺OJ平臺全稱OnlineJudge平臺，最初在程序競賽中用來評價參賽選手的程序正確性與時空效率[4]，現已在程序設計教學過程中普遍采用。OJ平臺能夠對學生提交的程序源代碼進行編譯和執(zhí)行，并通過預先設定的測試數據?砑煅樵創(chuàng)?碼的正確性和完整性。通過OJ平臺有助于學生理論知識的掌握與實踐能力的提高，并注重學生實際動手能力的積累和過程考核。OJ平臺中有大量的題庫，題目有易有難，有單一知識和綜合知識的應用，有基礎知識和大賽培訓的區(qū)分，有利于學生循序漸進的掌握知識，實現因材施教的個性化培養(yǎng)，同時，通過OJ排行榜獲取類似游戲闖關成功的成就感，還可以激發(fā)學生學習的主動性、創(chuàng)新性與競爭性。2混合式教學設計混合式教學是一種基于計算機網絡環(huán)境的新型教學模式，是將傳統(tǒng)教學方式的優(yōu)勢和信息化、網絡化教學優(yōu)勢結合起來，充分發(fā)揮教師引導、啟發(fā)、監(jiān)控教學過程的主導作用，同時強調學生作為學習過程主體的主動性、積極性與創(chuàng)造性[5]。圖1為程序設計課程混合式教學設計實施圖。2.1教學過程設計教學過程設計如圖2所示，設計過程以螺旋式教學為主線。2.1.1教學目標和教學內容的設置程序設計課程的教學內容根據教學目標分為三個階段。（1）初級階段關注學生編程技巧的入門，主要讓學生了解程序構成的邏輯和程序執(zhí)行的三大控制結構。該階段的目標是通過具體的編程語言，掌握構造問題求解的關鍵步驟，使學生具有初步程序設計的能力。（2）中級階段關注學生編程技巧的拓展，主要讓學生掌握各類數據類型的存儲和運算、復雜數據類型（如數組、結構體）的表示及應用、一二級指針的使用。該階段的目標是實現學生在計算表達、數據組織和程序靈活性等方面程序設計能力的提高。（3）高級階段從程序框架的構建入手，進行程序組織方法的技巧拓展，主要關注函數、文件以及算法設計入門。該階段的目標是讓學生建立起程序設計的總體思想，通過設計算法來解決實際問題，具備分析和解決問題的能力。三個階段的教學目標和教學內容層層遞進。教學目標的設定遵循Bloom認知規(guī)律，隨著對教學內容的掌握，學生的編程能力和解決問題能力成螺旋上升的態(tài)勢。2.1.2教學項目的設計程序設計教學項目的設計采用螺旋式，分為“螺過程”和“旋過程”?！奥葸^程”注重學生基礎知識的掌握，“螺”是相關子項目中知識點的疊加部分，“旋”是相關子項目中知識點的延伸，“旋過程”建立在“螺過程”的基礎上，注重學生分析和解決能力的提升[6]。教學項目涉及的知識面深度要螺旋上升，深度體現在難度上；知識面寬度也要螺旋上升，寬度體現在解決問題所涉及到的知識點的數量。教學項目深度和寬度的螺旋上升是伴隨著解決思路和解決效率的螺旋上升而上升的。例如與二進制轉換相關的學習可以設計成螺旋式教學項目，從二進制的表示階段開始，逐步經歷二進制與其它進制轉換的數學計算、理解二進制在內存中的存儲方法、采用循環(huán)結構實現二進制轉換、使用位運算符實現二進制轉換、采用數組實現二進制轉換和使用遞歸函數實現二進制轉換。此項目遵循基于同一問題但解題方案和解題思路呈螺旋上升的設計過程。素數的相關知識也可以設計成一個螺旋式教學項目，從使用單循環(huán)來實現單個素數的判斷開始，逐步經歷通過雙重循環(huán)實現多個素數的輸出，使用數組實現篩選法求素數來提高效率，最后通過素數判斷函數來實現哥德巴赫猜想。此項目是以素數求解為基礎，但在功能擴展上實現螺旋上升的過程。2.1.3教學環(huán)節(jié)的實施程序設計教學環(huán)節(jié)的實施分為三個階段：準備階段、實踐階段與評估階段，并產生一種有序的遞進關系。（1）準備階段，教師通過對教學內容透徹地領會和前期評估階段中得到的教學反饋，總結出知識點學前的預備知識，設計自然引出知識點的方法，構建知識點的應用實例，錄制相應的教學視頻等。只有做好充足的準備工作，設計的教學項目才能豐富有趣，從而調動學生學習的積極性。準備階段中，教師的引導起重要作用，針對相關的知識點，重要的概念和方法需要反復地、多層次地以各種不同的方式展現，主要通過對知識的系統(tǒng)化和對各種問題的綜合和分析，使學生既掌握知識又掌握應用知識點的方法。（2）實踐階段，教師針對程序設計課程實踐性強的特點，不僅強調理論知識在理解層上的掌握，而且強調在實際應用層上的編程實現，將上機實踐和課程設計結合，提高學生的編程能力和解決問題能力。實踐階段逐漸以教師為主體過渡到以學生為主體。此階段是學生對編程工具和程序調試方法熟練掌握的重要階段，是培養(yǎng)學生獨立分析和解決問題的關鍵時期。（3）評估階段，教師可以全面收集反饋信息，了解學生對教學項目的吸收和掌握情況，全面增強信息反饋教學的指導力度，發(fā)現問題及時解決，從而對教學項目進行進一步加工設計，更新和完善準備階段和實踐階段的工作。學生對同一相關知識的理解隨著教學環(huán)節(jié)的實施，以螺旋上升的形式逐步加深，從而逐漸形成系統(tǒng)知識和思維方式的有序[7]。2.2課上教學設計程序設計課程的課上教學設計主要采用BOPPPS教學模型，借鑒翻轉課堂中的討論式教學模式，并配合多種教學方法來開展教學活動。BOPPPS教學模型是北美高校提出的一種有效的課堂教學設計模式，將一節(jié)課堂教學活動劃分為引入（Bridge-in）、目標（Objective）、預評價（Pre-assessment）、參與式學習（Participatorylearning）、后評價（Post-assessment）和小結（Summary）6個階段，如圖3所示。該模型強調學生參與到教師的教學活動中，是一種注重教學互動和反思的閉環(huán)反饋教學模式，有利于促進師生交流互動，充分發(fā)揮和調動學生學習的主動性，體現“學生為主體、教師為主導”的教育理念[8]。將BOPPPS教學模型引入到程序設計教學中，是提高學生學習積極性的重要途徑。借助于信息化教學平臺，教師可以順序地開展課堂BOPPPS教學模型中的各項活動。教師不僅可以通過藍墨云班課的當堂測試、頭腦風暴、小組討論等開展教學活動，還可以將OJ平臺上的題目作為任務驅動項目和案例式教學中的實例，并結合案例驅動教學法、啟發(fā)式教學法和翻轉課堂中的討論式教學法開展參與式教學，豐富課堂教學形式并獲取課堂反饋，激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的課堂參與度。2.3課下教學設計在教?W環(huán)節(jié)的準備階段，教師把課件、微視頻、圖文資料等教學資源通過藍墨云班課的云平臺、網絡教學平臺和QQ課程群空間進行資源分享。通過藍墨云班課的“及時推送提醒”功能，及時提醒并督促學生按照通知利用學習資源做好預習、復習、作業(yè)、討論等工作，并通過答疑討論功能隨時隨地建立起教師和學生的聯(lián)系，開展互動交流，實現個性化輔導。在教學環(huán)節(jié)的實踐階段和評估階段，通過OJ平臺可以實現學生自主學習。課前，學生可以通過OJ平臺進行自我測試和練習，老師通過OJ平臺可以檢驗學生前期知識點的掌握程度；課后，學生可以通過OJ平臺進行作業(yè)提交、考試測試，進行查缺補漏，檢驗自己所學知識是否扎實，是否能夠將理論知識應用于實踐，并對自己分析和解決問題的能力加以檢驗。教師通過OJ平臺的學生做題情況統(tǒng)計功能以及藍墨云班課的學習記錄跟蹤功能，從多角度多渠道獲取教學反饋，不僅可以對學生做出合理的教學評價，而且可以對自己的教學效果進行評價，有利于進一步開展科學的教學優(yōu)化工作。3教學設計中應注意的問題（1）藍墨云班課教學資源的合理選取和安排、OJ平臺章節(jié)題目的選取，都需要符合學生的認知規(guī)律。（2）設計教學項目不僅要符合學生的認知規(guī)律，而且需要預留較強的擴展空間，使學生通過不斷地思考來探索新引入項目的求解過程，從而提高學生學習的主動性和創(chuàng)造性[9]。教學項目的開展，還要注重與其它教學手段、教學方法和教學環(huán)節(jié)的協(xié)調。（3）教師要認清并設計自己在各個教學環(huán)節(jié)中扮演的角色。在準備階段，教師扮演教授者和引導者的角色，讓學生明確需要掌握的知識點、方法點和能力點，并引導學生尋求分析和解決問題的方法；在實踐階段，教師主要扮演組織者和顧問的角色，幫助學生解決在知識掌握和運用過程中遇到