余小東，于 曦，王躍飛，趙衛(wèi)東

（成都大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，成都 610106）

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，日新月異的信息技術(shù)加快了高校教育的改革步伐。教育部2021 年工作要點(diǎn)指出，積極推進(jìn)教育信息化建設(shè)的目標(biāo)任務(wù)是加快推進(jìn)教育信息化高質(zhì)量發(fā)展，積極發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+教育”，全面保障教育系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全。在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的背景下，中國大學(xué)慕課（MOOC）、學(xué)習(xí)通和雨課堂等線上教學(xué)平臺應(yīng)運(yùn)而生，這種基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的混合教學(xué)模式成為了當(dāng)今高校教學(xué)改革的主要趨勢。

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)及其相關(guān)專業(yè)的核心課程，也是解決軟件工程領(lǐng)域中復(fù)雜工程系統(tǒng)的基礎(chǔ)課程，其主要目標(biāo)是使學(xué)生掌握面向?qū)ο蟮木幊趟枷?，對培養(yǎng)學(xué)生程序設(shè)計(jì)思維和提高學(xué)生編程能力有著極其重要的作用。為了更好地展開面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程的教學(xué)，解決該課程理論教學(xué)過程中存在的一些問題，線下傳統(tǒng)教學(xué)與線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合的混合式教學(xué)模式在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程教學(xué)改革中得到了應(yīng)用。例如，李文靜等基于MOOC 平臺，將MOOC 與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的模式應(yīng)用于面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程的教學(xué)，該模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主，教師引導(dǎo)為輔；孫斌等結(jié)合雨課堂，對面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程進(jìn)行混合式教學(xué)改革，采用新的預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)方式，實(shí)時監(jiān)督評價(jià)等策略，形成以學(xué)生為中心、以教促學(xué)和以學(xué)促教的教學(xué)模式。

雖然很多高校對面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程進(jìn)行了混合式教學(xué)改革，但是主要都集中在對該課程理論教學(xué)進(jìn)行改革，通過引入相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)在線教學(xué)平臺，豐富教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式，將傳統(tǒng)的教師講課為主的被動學(xué)習(xí)方式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的主動學(xué)習(xí)方式，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，最終達(dá)到提升教學(xué)質(zhì)量的目的。然而，該課程的教學(xué)目標(biāo)不僅是要讓學(xué)生掌握面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程的理論知識，還希望學(xué)生能將理論知識與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，提高學(xué)生的實(shí)際編程能力。由于課程總學(xué)時有限，在傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)過程中很難全面覆蓋相應(yīng)的理論知識。另外，由于學(xué)生人數(shù)眾多，老師很難對每個學(xué)生實(shí)踐任務(wù)的程序代碼進(jìn)行編譯測試，因此很難掌握學(xué)生實(shí)踐能力的實(shí)際情況。

在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的信息化教育改革大趨勢下，混合式教學(xué)模式也逐漸應(yīng)用于高校課程實(shí)踐教學(xué)的改革。針對程序設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)MOOC 化面臨的問題，許小東等提出了“資源、過程、考核”三位一體的實(shí)驗(yàn)平臺構(gòu)建思路，實(shí)現(xiàn)了程序設(shè)計(jì)開放實(shí)驗(yàn)平臺的統(tǒng)一、開放和共享。針對程序設(shè)計(jì)類課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生普遍編碼能力差、任務(wù)完成度低、自主學(xué)習(xí)性差和學(xué)習(xí)興趣低等問題，魏妮妮采用混合式教學(xué)模式，并借助于“玩課+實(shí)驗(yàn)樓”平臺構(gòu)建了一種適合于程序設(shè)計(jì)類課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的混合教學(xué)模式。

為了解決當(dāng)前面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程實(shí)踐教學(xué)過程中存在的問題，提高學(xué)生的實(shí)際編程能力，本文利用現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的優(yōu)勢，借助“希冀”（CourseGrading）在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺對該課程的實(shí)踐教學(xué)模式進(jìn)行研究。

一、實(shí)踐教學(xué)方案設(shè)計(jì)

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程實(shí)踐教學(xué)是該課程整個教學(xué)環(huán)節(jié)中重要的一部分，其目的是培養(yǎng)和提升學(xué)生的實(shí)際編程能力，希望學(xué)生通過實(shí)踐掌握如何使用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想去解決實(shí)際工程問題。傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)通常都是在學(xué)校固定的實(shí)驗(yàn)室（機(jī)房）完成，雖然老師給學(xué)生布置了較多的實(shí)踐任務(wù)，但是由于學(xué)生眾多，老師無法對每個學(xué)生編寫的程序進(jìn)行正確性驗(yàn)證，實(shí)踐考核通常以紙質(zhì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式呈現(xiàn)，因此很難掌握學(xué)生實(shí)踐能力的真實(shí)情況。為了讓老師能更好地掌握學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)的具體情況，同時提高學(xué)生的實(shí)踐能力，有必要對傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行改革。

首先，在本次教學(xué)改革過程中，根據(jù)課程理論教學(xué)的內(nèi)容對實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，制定出一種基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和進(jìn)階式課程設(shè)計(jì)相結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)方案。如圖1 所示，針對面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中抽象、封裝、繼承和多態(tài)等多種主要特征的相關(guān)理論知識，編制基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證性和設(shè)計(jì)型等基礎(chǔ)編程實(shí)驗(yàn)為主，逐步融入面向?qū)ο蟮奶匦?，引?dǎo)學(xué)生理解并掌握面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)編程思想；在理論教學(xué)內(nèi)容完成后，采用項(xiàng)目式實(shí)戰(zhàn)教學(xué)，分小組完成綜合性的課程設(shè)計(jì)，學(xué)生需要以面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)模式進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)、開發(fā)、測試和發(fā)布。

圖1 課程實(shí)踐過程設(shè)計(jì)

其次，在每次基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的安排上，既要兼顧理論知識的回顧，又要注重實(shí)際編程能力的鍛煉。借助相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)平臺，采用闖關(guān)模式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置，獲得相應(yīng)數(shù)量的積分后可進(jìn)入下一階段實(shí)驗(yàn)，如圖2 所示。第一階段為理論知識問答，以填空題或選擇題的形式給出，作為理論知識的回顧，當(dāng)該部分積分達(dá)到目標(biāo)要求后進(jìn)入第二階段，否則需要重新完成第一階段的題目；第二階段為實(shí)際編程環(huán)節(jié)，編程題由易到難，包含程序分析題、程序片段題和程序設(shè)計(jì)題等，當(dāng)該部分積分達(dá)到目標(biāo)要求后本次實(shí)驗(yàn)結(jié)束，成績合格，否則需要重新完成本次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

圖2 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及完成過程設(shè)計(jì)

然后，每次基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)工作量的安排上，設(shè)置必做和選做兩部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。必做題目必須全部完成，選做題目可以根據(jù)學(xué)生自己的安排選做，總體上積分達(dá)到目標(biāo)要求即可，總積分越多，最終的實(shí)踐環(huán)節(jié)成績會越高。這種策略一方面可以保證學(xué)生達(dá)到基本的實(shí)踐要求，同時也為部分對編程感興趣的學(xué)生提供更多的實(shí)踐空間，進(jìn)一步提高學(xué)生的編程能力；另一方面可以通過發(fā)布積分榜單的形式，激勵學(xué)生相互學(xué)習(xí)，形成你追我趕的學(xué)習(xí)氣氛，提高學(xué)生編程的積極性和主動性。

最后，為了減輕老師對實(shí)驗(yàn)報(bào)告評閱的負(fù)擔(dān)，并更好地掌握學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)的具體情況，本次教學(xué)改革過程中采用“希冀”實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺來建設(shè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，將每次的實(shí)驗(yàn)任務(wù)通過該平臺分時分階段發(fā)布，學(xué)生在平臺上完成并提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)過程中由“希冀”實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行自動評判，老師通過平臺統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行監(jiān)控，以掌握學(xué)生實(shí)驗(yàn)的完成情況。

二、“希冀”實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺

“希冀”平臺是一個國內(nèi)最具專業(yè)深度、安全可擴(kuò)展的計(jì)算機(jī)類課程一體化支撐平臺，是一個定位于全面支撐計(jì)算機(jī)、人工智能和大數(shù)據(jù)專業(yè)建設(shè)的大型綜合教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺。具有完善、實(shí)用的課程管理功能，自動化的系統(tǒng)運(yùn)維，計(jì)算機(jī)專業(yè)課程（軟件+硬件）全覆蓋?；谠撈脚_科研構(gòu)建涵蓋實(shí)驗(yàn)、質(zhì)量指標(biāo)及過程控制的完整在線實(shí)驗(yàn)體系，能實(shí)現(xiàn)“任何人、任何時間及任何地點(diǎn)均能開展實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)”的目標(biāo)。

如圖3 所示，針對某一具體課程，“希冀”平臺提供了課程設(shè)置、作業(yè)、考試、在線實(shí)驗(yàn)、在線課程和答疑等功能模塊。該平臺支持多位老師共同建設(shè)課程內(nèi)容，共享課程資源，同時平臺還提供了大量的實(shí)驗(yàn)題目。

圖3 “希冀”實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺

在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)過程中，老師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的安排，通過“希冀”平臺的作業(yè)模塊，可以自己編制實(shí)驗(yàn)題目，也可以通過平臺提供的題庫導(dǎo)入到課程，其中題目形式多種多樣，包括填空、選擇、程序片段題和程序設(shè)計(jì)編程題等。當(dāng)編制好實(shí)驗(yàn)題目后，老師可根據(jù)教學(xué)進(jìn)度制定每個實(shí)驗(yàn)課的作業(yè)內(nèi)容，然后通過作業(yè)布置的方式發(fā)布給學(xué)生，并規(guī)定學(xué)生在相應(yīng)的時間內(nèi)完成。學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)時具有較大的靈活性。

學(xué)生根據(jù)題目要求，可以自己選擇程序開發(fā)環(huán)境，對程序進(jìn)行編寫、調(diào)試和運(yùn)行，然后將實(shí)驗(yàn)結(jié)果提交到“希冀”平臺。實(shí)驗(yàn)結(jié)果由“希冀”平臺自動評判，學(xué)生根據(jù)平臺的評判結(jié)果對程序進(jìn)行修改，重新提交，直至平臺評定結(jié)果完全正確。經(jīng)過這樣一個反復(fù)改進(jìn)和優(yōu)化的過程，不僅能加深學(xué)生對理論知識的理解，還能夠提高學(xué)生編程和解決實(shí)際問題的能力。

與傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)不同的是，學(xué)生不需要提交紙質(zhì)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告和源程序給老師，老師也不再需要通過批閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告來檢查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而是直接通過平臺的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來檢查學(xué)生實(shí)驗(yàn)的完成情況，從而有更多的精力來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程和內(nèi)容。同時，“希冀”平臺還提供了程序代碼的查重功能，可以協(xié)助老師對學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)的監(jiān)督，防止學(xué)生直接拷貝其他學(xué)生的代碼，從而保證每個學(xué)生的實(shí)驗(yàn)完成質(zhì)量。

三、實(shí)踐教學(xué)改革應(yīng)用

針對上述實(shí)踐教學(xué)改革方案，在成都大學(xué)數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)2018 級和2019 級學(xué)生的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程實(shí)踐教學(xué)過程中展開了應(yīng)用，2018 級有63 名學(xué)生，2019 級有84 名學(xué)生，共計(jì)147 名學(xué)生。開課前通過網(wǎng)絡(luò)問卷的形式對學(xué)生前期學(xué)習(xí)情況進(jìn)行了調(diào)查，調(diào)查結(jié)果顯示70.3%的學(xué)生認(rèn)為編程很難，并且65.5%的學(xué)生沒有參加過任何綜合軟件項(xiàng)目的開發(fā)?？傮w上，開課前學(xué)生的程序開發(fā)能力較差。

實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)包含6 個基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（分別對應(yīng)到面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中6 個重要的理論知識）和1 個綜合項(xiàng)目課程設(shè)計(jì)?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)由學(xué)生個人單獨(dú)完成，其中理論知識問答和實(shí)際編程環(huán)節(jié)目標(biāo)達(dá)標(biāo)積分為80 分，最高積分為100 分。學(xué)生至少需要達(dá)到目標(biāo)積分才算完成對應(yīng)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，否則需要重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。理論知識問答積分的30%與實(shí)際編程環(huán)節(jié)積分的70%求和作為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分最終成績。綜合項(xiàng)目課程設(shè)計(jì)分小組完成，3～4人為一組，小組成員可以選擇老師提供的參考題目或者按要求自定義題目。課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)最終成績由小組互評（希冀平臺上完成）和項(xiàng)目答辯（老師評分）兩部分成績組成。

表1 提供了2018 級和2019 級兩個年級學(xué)生面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程實(shí)踐教學(xué)改革應(yīng)用的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)上看，學(xué)生對面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)理論知識掌握情況較好；基礎(chǔ)實(shí)際編程環(huán)節(jié)每題每個學(xué)生的平均提交次數(shù)為5 次左右，大部分同學(xué)都能夠?qū)幊填}進(jìn)行多次改進(jìn)，直到平臺判斷完全正確，最終實(shí)驗(yàn)正確率在95%以上。對于綜合項(xiàng)目課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，學(xué)生總共分為45 個小組，所有小組都按要求完成了基本的任務(wù)，其中運(yùn)用到GUI 編程、數(shù)據(jù)庫等擴(kuò)展知識的小組有22 組，采用UML建模語言進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)的有36 組。整體上2019 級比2018 級各環(huán)節(jié)的成績都有所提高。

表1 實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

這些統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，“希冀”實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的引入不僅有效地提高了學(xué)生的編程能力，還提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，同時有效地減輕了老師批閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告的負(fù)擔(dān)，幫助老師更好地掌握學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成的真實(shí)情況。

四、結(jié)束語

在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的背景下，基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的混合教學(xué)模式成為了當(dāng)今高校教學(xué)改革的主要趨勢。本文結(jié)合“希冀”網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，對面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了改革研究，制定出一種基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與進(jìn)階式課程設(shè)計(jì)相結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)方案，并引入闖關(guān)的模式設(shè)置實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生需要達(dá)到目標(biāo)積分才能通過實(shí)驗(yàn)任務(wù)。所有實(shí)踐任務(wù)都通過“希冀”實(shí)驗(yàn)平臺發(fā)布與完成，并由平臺進(jìn)行自動評判。這種方式不僅能減輕老師評閱實(shí)驗(yàn)結(jié)果的負(fù)擔(dān)，協(xié)助老師掌握學(xué)生真實(shí)的實(shí)驗(yàn)完成情況，讓老師有更多的精力專注于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，同時還能提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。

通過連續(xù)兩個年級學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)這種基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的課程實(shí)踐教學(xué)改革一定程度上提升了教學(xué)質(zhì)量，并且對提高學(xué)生的實(shí)際編程和解決問題能力也有極大的幫助作用。