崔煥慶　彭延軍

摘要：針對(duì)當(dāng)前程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言類課程教學(xué)難以實(shí)現(xiàn)知識(shí)、能力、素質(zhì)培養(yǎng)目標(biāo)的問(wèn)題，分析現(xiàn)有教學(xué)方式存在的弊端，提出“三位一體”的觀點(diǎn)，從培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)和學(xué)習(xí)過(guò)程4個(gè)角度闡述“三位一體”的含義，介紹教學(xué)案例的設(shè)計(jì)原則，提出實(shí)現(xiàn)全面過(guò)程監(jiān)控的實(shí)踐教學(xué)方案，并說(shuō)明實(shí)踐效果。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì)課程；案例驅(qū)動(dòng)；合作學(xué)習(xí)；過(guò)程監(jiān)控

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）44-0110-03

程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言類課程是計(jì)算機(jī)類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)等計(jì)算機(jī)核心課程的前導(dǎo)課[1]。該類課程著重使學(xué)生理解和掌握程序設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，具備較強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)能力，養(yǎng)成良好的編程素養(yǎng)，達(dá)到知識(shí)、能力、素質(zhì)“三位一體”的全面發(fā)展。

近年來(lái)，將計(jì)算思維貫徹于程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言類課程教學(xué)中已成為大家的共識(shí)，提出了基于計(jì)算思維的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革方案[1，2]。2012年以來(lái)，大規(guī)模在線開(kāi)放課程即慕課（MOOC）在全球范圍內(nèi)迅速普及，我國(guó)也隨之開(kāi)展計(jì)算機(jī)教育的“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式的推廣應(yīng)用[3-6]。2014年，復(fù)旦大學(xué)張學(xué)新教授提出了“對(duì)分課堂”的教學(xué)模式[7]，并在《C++程序設(shè)計(jì)》的教學(xué)上得到了應(yīng)用[8]。這些新的教學(xué)理念和方式的核心在于將“以教師為中心”的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為中心”的教學(xué)模式，充分發(fā)揮學(xué)生的積極主動(dòng)性，增加學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中的參與度，在教學(xué)中取得了很好的成效，發(fā)揮了巨大作用。

雖然這類教學(xué)方式在小班制教學(xué)中有著突出的成效，但是目前很多普通高校多采用大班制，數(shù)十人甚至上百人的合班教學(xué)過(guò)程中，如何更充分地發(fā)揮先進(jìn)教學(xué)理念的作用，實(shí)現(xiàn)知識(shí)、能力、素質(zhì)的全面發(fā)展，仍是亟需解決的重要問(wèn)題。

一、傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端

傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言課程教學(xué)中，課堂教學(xué)占2/3甚至更多的學(xué)時(shí)，一般都是利用多媒體課件先介紹相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，再介紹幾個(gè)基本的例題鞏固一下；而上機(jī)操作僅占少量學(xué)時(shí)，通常是在課前給學(xué)生布置一定的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，學(xué)生編程解決一些問(wèn)題，最后提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告；除此之外教師也會(huì)布置一些作業(yè)要求學(xué)生在課下完成。作為一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，這種教學(xué)模式有如下弊端。

1.理論與實(shí)踐教學(xué)不連貫，知識(shí)傳授與實(shí)踐環(huán)節(jié)脫節(jié)。灌輸式的教學(xué)模式雖然保證了知識(shí)的系統(tǒng)性，但是學(xué)生只是被動(dòng)接受，不了解所學(xué)內(nèi)容在一個(gè)完整程序中的作用，知識(shí)支離破碎；實(shí)驗(yàn)或作業(yè)雖然能讓學(xué)生得到一定訓(xùn)練，但時(shí)間有限，學(xué)生只能完成很少的練習(xí)，而且無(wú)法將實(shí)驗(yàn)與課堂所學(xué)聯(lián)系起來(lái)。

2.忽視了教學(xué)過(guò)程的有效監(jiān)控，不能掌握學(xué)生的實(shí)際水平。傳統(tǒng)教學(xué)只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告或作業(yè)來(lái)考查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，不能監(jiān)控學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)或作業(yè)的過(guò)程，部分學(xué)生應(yīng)付、抄襲、編造實(shí)驗(yàn)或作業(yè)；對(duì)于多合班的課，教師也不可能批改全部作業(yè)。

3.缺乏綜合性和創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)薄弱，創(chuàng)新能力嚴(yán)重不足。雖然實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中通常會(huì)布置1個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)，但是在2個(gè)學(xué)時(shí)內(nèi)學(xué)生不可能完成，也無(wú)法保證學(xué)生在課下用心去做，而且沒(méi)有形成團(tuán)隊(duì)。

4.忽視了學(xué)生水平參差不齊的現(xiàn)狀，不能實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)。近年來(lái)，多合班上課比較普遍，面對(duì)70—120人左右的學(xué)生，他們的水平差距很大，容易產(chǎn)生兩極分化。

二、“三位一體”的教學(xué)模式改革

（一）“三位一體”教學(xué)模式的含義

如圖1所示，從培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)和學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)四個(gè)維度，提出了“三位一體”的教學(xué)模式。

培養(yǎng)目標(biāo)方面，在顧麗紅等所提出的融入計(jì)算思維的培養(yǎng)目標(biāo)[2]的基礎(chǔ)上，從知識(shí)、能力、素質(zhì)三個(gè)方面進(jìn)行了進(jìn)一步分析，分為基本目標(biāo)和強(qiáng)化目標(biāo)，具體如表1所示。

培養(yǎng)目標(biāo)決定了課程教學(xué)內(nèi)容的取舍。應(yīng)以要求學(xué)生滿足表1中的“基本要求”為主，以“強(qiáng)化要求”為輔。為此，將教學(xué)內(nèi)容分為基礎(chǔ)知識(shí)、核心知識(shí)和拓展知識(shí)三部分?；A(chǔ)知識(shí)面向沒(méi)有任何編程基礎(chǔ)的學(xué)生，介紹編程的基礎(chǔ)知識(shí)；拓展知識(shí)面向?qū)W習(xí)進(jìn)度快、成績(jī)好的學(xué)生，介紹一些常用算法和項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的基本知識(shí)。

在教學(xué)環(huán)節(jié)上，課前準(zhǔn)備根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)展來(lái)確定需要介紹的知識(shí)及深度、廣度，教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)以案例式教學(xué)為主，通過(guò)對(duì)分課堂、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)方式充分讓學(xué)生參與到教學(xué)中。課后反思是對(duì)教學(xué)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)進(jìn)行總結(jié)，為下堂課做好準(zhǔn)備。

從學(xué)生角度來(lái)看學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，需要充分利用MOOC滿足課前預(yù)習(xí)的需要，尤其是需要記憶、背誦的知識(shí)點(diǎn)，課堂教學(xué)中便可節(jié)省出大量時(shí)間供學(xué)生討論。課后復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)主要利用程序在線評(píng)判系統(tǒng)不斷強(qiáng)化所學(xué)知識(shí)。

（二）教學(xué)案例的設(shè)計(jì)原則

大合班教學(xué)中，課堂教學(xué)占很大比重，教學(xué)案例設(shè)計(jì)尤為重要，主要原則有：

1.案例要實(shí)現(xiàn)所學(xué)知識(shí)的“所見(jiàn)即所得”。課前根據(jù)授課目標(biāo)、授課內(nèi)容及學(xué)生學(xué)習(xí)情況，精心構(gòu)造能涵蓋所有知識(shí)點(diǎn)且難度適中的案例。以介紹int類型的表示范圍為例，定義整型變量d并賦值為0xffffffff，然后輸出d和d+1的值，可直觀上理解其范圍。

2.案例要能使學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)體會(huì)所學(xué)知識(shí)的用途。利用素?cái)?shù)判定、排序、查找等經(jīng)典問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生思考、討論。要求學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)編程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生程序的錯(cuò)誤并加以講解，使學(xué)生有更深入的認(rèn)識(shí)。

3.案例要能使學(xué)生更直觀地理解基本概念。對(duì)于難以理解的知識(shí)點(diǎn)，采用易于理解接受的例子進(jìn)行比喻介紹，使學(xué)生產(chǎn)生直觀認(rèn)識(shí)。

4.案例要總結(jié)出知識(shí)點(diǎn)能解決問(wèn)題的種類。對(duì)常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)分析，有利于讓學(xué)生理解所學(xué)知識(shí)能夠解決問(wèn)題的種類，當(dāng)遇到同類問(wèn)題時(shí)，可以迅速想起解決方法。

5.案例應(yīng)具有真實(shí)性。案例要有較強(qiáng)的實(shí)際價(jià)值，最好能模擬真實(shí)應(yīng)用環(huán)境；要融知識(shí)點(diǎn)于案例中，使學(xué)生能從案例中體會(huì)所學(xué)知識(shí)的用途。

6.案例應(yīng)具有一定的啟發(fā)性。案例要能啟發(fā)學(xué)生思考，要有一定難度，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題的方法。案例還要能引起學(xué)生興趣，學(xué)會(huì)舉一反三。

7.案例要有一定的連貫性。案例要循序漸進(jìn)，由易到難，注重前后知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系和銜接。

傳統(tǒng)教學(xué)模式過(guò)分強(qiáng)調(diào)了理論和原理，忽視了實(shí)踐與應(yīng)用，案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式則恰恰相反，所以單一的教學(xué)模式不適合程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)，必須將兩者進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。在介紹各個(gè)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，采用案例驅(qū)動(dòng)模式，可使學(xué)生立即體會(huì)到所學(xué)知識(shí)的用途。在介紹完一個(gè)較為完整的內(nèi)容之后，可采用傳統(tǒng)教學(xué)模式總結(jié)已講授內(nèi)容，介紹原理性、概念性內(nèi)容，讓學(xué)生將所學(xué)知識(shí)連貫起來(lái)。

（三）多管齊下的實(shí)踐教學(xué)模式

程序設(shè)計(jì)是實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，為強(qiáng)化程序設(shè)計(jì)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)改革效果，全面提高學(xué)生能力，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)必須多管齊下。

1.加強(qiáng)課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的過(guò)程監(jiān)控?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，可開(kāi)發(fā)一套實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，使教師能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并予以指導(dǎo)，統(tǒng)計(jì)分析實(shí)驗(yàn)效果和存在問(wèn)題；使學(xué)生可在線獲得實(shí)驗(yàn)步驟和目標(biāo)并提交程序，由系統(tǒng)對(duì)程序自動(dòng)評(píng)判并即時(shí)反饋結(jié)果，通過(guò)相似度檢測(cè)來(lái)避免學(xué)生抄襲。在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，通過(guò)技術(shù)準(zhǔn)備、項(xiàng)目理解、項(xiàng)目實(shí)施與監(jiān)控、總結(jié)匯報(bào)四個(gè)階段，鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

2.強(qiáng)調(diào)實(shí)踐教學(xué)的合作性學(xué)習(xí)。在實(shí)踐教學(xué)中，以學(xué)生為中心，采取邊講邊練、自主學(xué)習(xí)、合作研討的形式，營(yíng)造競(jìng)爭(zhēng)、合作、提高的學(xué)習(xí)氛圍，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)?？筛鶕?jù)不同學(xué)生的個(gè)體差異，組建設(shè)計(jì)小組，鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)個(gè)人思考、組內(nèi)討論或與教師交流解決所遇到的問(wèn)題，并共享問(wèn)題及其解決方法，促進(jìn)全體同學(xué)共同進(jìn)步。

3.注重創(chuàng)新性的實(shí)踐教學(xué)?！盎A(chǔ)實(shí)驗(yàn)+課程設(shè)計(jì)”的實(shí)踐教學(xué)只能使學(xué)生掌握所學(xué)知識(shí)并能加以靈活、綜合運(yùn)用，還必須注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。一方面，利用節(jié)假日定期對(duì)學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)、培訓(xùn)，引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生參加各類程序設(shè)計(jì)或軟件開(kāi)發(fā)大賽；另一方面，建立學(xué)生參與教師科研項(xiàng)目和企業(yè)項(xiàng)目的激勵(lì)機(jī)制，鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生參與實(shí)際科研項(xiàng)目。

三、教學(xué)改革的實(shí)踐與成效

自2007年以來(lái)，我們?cè)诖罅空{(diào)研的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的大力改革和實(shí)踐，取得了一些成果。

1.構(gòu)建了豐富的案例庫(kù)，并開(kāi)發(fā)了實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。從兩個(gè)渠道開(kāi)發(fā)了程序設(shè)計(jì)教學(xué)案例庫(kù)。一是優(yōu)秀教師的最佳實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。教師在多年的教學(xué)過(guò)程中積累了大量案例，這些案例是教師和學(xué)生教與學(xué)的結(jié)晶，具有真實(shí)性、典型性和啟發(fā)性。二是來(lái)自教師科研或企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目。從教師承擔(dān)的科研項(xiàng)目或企業(yè)項(xiàng)目中汲取實(shí)際項(xiàng)目案例，經(jīng)過(guò)分析、裁剪和凝練，形成實(shí)踐教學(xué)案例。經(jīng)過(guò)多年努力，已積累基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)案例近千個(gè)，綜合案例10余個(gè)。同時(shí)，參考國(guó)內(nèi)外知名競(jìng)賽模式，開(kāi)發(fā)了程序設(shè)計(jì)實(shí)踐交互式教學(xué)平臺(tái)，有效促進(jìn)了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的過(guò)程監(jiān)控，大大提高了實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)質(zhì)量。

2.學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性得到極大提高。實(shí)踐教學(xué)中，學(xué)生主動(dòng)加班加點(diǎn)，有的學(xué)生甚至在深夜提交程序。學(xué)生合作溝通意識(shí)和協(xié)作能力得到了大大增強(qiáng)，在團(tuán)隊(duì)合作中學(xué)會(huì)了自我約束，學(xué)會(huì)了傾聽(tīng)、協(xié)調(diào)甚至妥協(xié)，學(xué)會(huì)了幫助別人與被人幫助。通過(guò)不斷地練習(xí)，學(xué)生完成一個(gè)題目的提交次數(shù)從平均8次以上降到2次，真正實(shí)現(xiàn)了個(gè)人能力的迅速提升。

3.學(xué)生的創(chuàng)新能力得到充分鍛煉。學(xué)生參與教師科研項(xiàng)目和各項(xiàng)學(xué)科專業(yè)競(jìng)賽的積極性大大提高。近年來(lái)，在ACM程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽中獲得亞洲賽區(qū)銀牌5枚、銅牌7枚，山東賽區(qū)金牌6枚、銀牌12枚；在全國(guó)軟件專業(yè)人才設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)大賽獲得一等獎(jiǎng)4人次、二等獎(jiǎng)22人次，并3次榮獲團(tuán)體優(yōu)勝獎(jiǎng)；在齊魯軟件設(shè)計(jì)大賽中獲得特等獎(jiǎng)提名獎(jiǎng)1次、一等獎(jiǎng)2次、二等獎(jiǎng)4次。《山東科大報(bào)》在2010年和2011年連續(xù)兩年對(duì)學(xué)生參與程序設(shè)計(jì)和軟件競(jìng)賽的情況進(jìn)行了報(bào)道。

四、結(jié)語(yǔ)

程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)作為計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程和入門課程，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)課程的興趣，尤其是利用程序解決實(shí)際問(wèn)題的能力具有重要作用，但傳統(tǒng)的教學(xué)模式存在諸多不足，必須進(jìn)行理論和實(shí)踐教學(xué)的改革。本文總結(jié)筆者所在的程序設(shè)計(jì)教學(xué)團(tuán)隊(duì)多年的教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn)，從培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)和學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)四個(gè)方面提出了“三位一體”的教學(xué)模式，通過(guò)構(gòu)建豐富的案例庫(kù)、開(kāi)發(fā)程序設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)、建立學(xué)生參與競(jìng)賽或項(xiàng)目的機(jī)制等手段，培養(yǎng)學(xué)生的編程能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、溝通能力，達(dá)到知識(shí)、能力、素質(zhì)的全面發(fā)展。多年的實(shí)踐證明，這一教學(xué)模式取得了良好效果。

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Abstract：The traditional teaching model cannot accomplish the full-development of knowledge，ability，and quality. This paper analyzes the drawbacks of existing teaching method to propose the viewpoint of "Three-In-One"，and describes its meaning from teaching objectives，contents and processes. It also introduces the design principles of teaching cases，and presents the scheme of comprehensive monitoring in practical teaching. Finally，the effects are given.

Key words：programming language courses；case-driven；cooperative learn；process monitor