左 欣

(貴州師范學院數(shù)學與大數(shù)據(jù)學院，貴州 貴陽 550018)

引言

高級語言程序設計課程是高校工科專業(yè)開設的一門專業(yè)基礎課程，既是對前序課程的深化和擴展，也為學生將來能夠更好地學習其他專業(yè)課程或是畢業(yè)后從事軟件開發(fā)等工作奠定基礎。本門課程還是人工智能、數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術、物聯(lián)網(wǎng)工程等新工科專業(yè)最重要的核心基礎課程之一，對研究生階段的學習同樣有深遠影響。由于高級語言程序設計課程具有概念多、知識點廣、邏輯性強、抽象程度高等特點，使得該課程既不好教，也不好學。該課程大都以任務驅動為主線，以培養(yǎng)學生的分析能力、設計能力和創(chuàng)新能力為目的，因此需要互動性較強的教學模式。

PAD課堂教學模式是由復旦大學張學新教授[1]提出的一種立足中國教育現(xiàn)狀，以教育心理學理論為依據(jù)的新型教學范式，是傳統(tǒng)課堂與自主課堂的折中融合，其核心理念是將課堂時間一分為二，一半留給教師講授，一半留給學生進行討論，實質(zhì)上是在講授(Presentation)和討論(Discussion)之間引入一個心理學中的內(nèi)化(Assimilation)環(huán)節(jié)，讓學生對講授內(nèi)容進行吸收之后，有備而來地參與討論[1]。

圖1 對分課堂基本流程

PAD課堂教學模式并不排斥講授法，它強調(diào)先教后學、合作探究，將講授與討論進行有機的結合，對傳統(tǒng)的教學范式進行重構。對于任何一項新內(nèi)容的學習，都是從講授開始，教師精講留白，充分而不過分地引導，然后學生獨立學習，小組討論，全班交流[2]。這種兩階段的學習通過“對分”的形式克服講授式教學中學生被動接受知識的現(xiàn)象，引導學生參與課堂教學活動，使學生通過聽課、自學、作業(yè)、討論等方式對知識進行積極建構，增加教學中的師生交流與生生溝通，使教師和學生在教學中都發(fā)揮作用[3]。國內(nèi)各高校也逐漸將PAD課堂教學模式引入課堂，通過國內(nèi)文獻檢索平臺知網(wǎng)，以“PAD課堂”和“對分課堂”為主題進行檢索，共檢索到來自國內(nèi)復旦大學、云南師范大學、上海理工大學等高校一線教師發(fā)表的2584篇相關研究文章，內(nèi)容涵蓋了《心理學研究方法與實驗設計》[4]、《大學計算機基礎》[5]、《計算機網(wǎng)絡技術》[6]等50門以上專業(yè)課程，說明各高校教師逐步認可PAD課堂用于教學模式改革，但將PAD教學模式與《高級語言程序設計》課程相結合鮮有人研究。因此，通過對高級語言程序設計課程開展PAD教學模式改革值得探索。

師生作為教學活動中對立統(tǒng)一的兩個主體，“PAD 課堂”以科學的方式分配對教學活動的掌控權，把傳統(tǒng)講授式課堂和討論式課堂各自的優(yōu)勢相結合，并靈活地將教師講授和學生討論兩部分錯開，中間預留足夠的時間使學生能夠進行自主性學習和個性化的內(nèi)化吸收，構建真正的師生共同體。這樣的“隔堂討論”更具針對性，課堂參與度高，課堂氣氛活躍，課堂討論的質(zhì)量有顯著提升。本次課改嘗試以信息化輔助教學平臺為依托，將PAD 課堂新型教學模式引入到高級語言程序設計課程教學實踐中，期望突破長期以來高級語言程序設計課程教學中面臨的困境，全面提升教學質(zhì)量。

一、基于“PAD課堂”的課程教學改革

新工科背景下，進行程序設計課程教學，要解決兩個方面的問題：一是要學習和掌握解決問題的思路和方法，二是學習怎樣實現(xiàn)算法，即用計算機語言編寫程序，達到解決實際問題的目的。本門課程是為了培養(yǎng)學生的系統(tǒng)分析與設計能力、解決實際問題能力和計算思維能力。本次用兩個學期的時間對本門課程進行PAD課堂的初步實踐，圍繞教學“知識、能力、素質(zhì)”三個方面，打造“編程技能、專業(yè)知識、專業(yè)素養(yǎng)”三位一體模式，從理論教學、實踐教學及課程評價三個方面做出課堂教學改革的探索，提升課堂的“抬頭率”，提高課程教學質(zhì)量。

PAD 課堂的核心理念是分配一半課堂時間給教師講授，另一半給學生討論，并把講授和討論時間錯開，讓學生在課后有一周時間自主安排學習，進行個性化的內(nèi)化吸收[4]。PAD 課堂通過講授、獨學、討論和對話4個要素重構了教學流程，而對于每個環(huán)節(jié)的具體實施則需要教師根據(jù)課程特點、學生學情等要素進行重構。因此，與對分理念相匹配的課程教學設計至關重要，需要對講授內(nèi)容、時間分配、作業(yè)布置與反饋、分組討論、學習評價等進行細化設計，形成可行有效的教學實施方案。在執(zhí)行PAD 課堂的過程中，做到教學目標清晰，討論環(huán)節(jié)有針對性，重點突出，引導到位。

(一)課堂實施

本門課程共12個章節(jié)單元，PAD課堂模式實施主要用到的信息化平臺及資源有PTA程序設計類實驗輔助教學平臺和OnlineEDU自建的微課平臺，如圖2所示，整個教學實施過程貫穿課堂課前、課中、課后3個環(huán)節(jié)，同時圍繞“三測兩研一反饋”展開，即“課堂前測—研討—課堂中測—研討—課堂后測—反饋”。將教學重新設計，把問題前置，在上課之前給學生提出問題，學生需要自主思考，并對布置的問題進行解答，在課堂上能夠積極討論。教師在課堂中根據(jù)教學案例設計問題，并對學生進行提問，督促學生學習，通過這種模式增加學生的積極性，激發(fā)學生的自學能力。

圖2 信息化平臺支撐下的PAD 課堂

課前學習：教師通過錄屏軟件，將知識單元的導學內(nèi)容及知識點程序實例制作成微課，并上傳至OnlineEDU自建微課平臺，學生通過手機或電腦都可以完成課前學習。為檢測課前學習效果及上一堂課知識內(nèi)化的成效，使用PTA程序設計類實驗輔助教學平臺完成課堂前測，以此來完成這部分教學內(nèi)容的教學評測。

課堂教學：通過PTA程序設計類實驗輔助教學平臺完成課堂前測和中測，一方面能掌握課前評測效果，另一方面也完成點名等教學環(huán)節(jié)。課中討論環(huán)節(jié)實施分組，每小組5人以內(nèi)，小組發(fā)言時間控制在5分鐘以內(nèi)，每個主題討論時間20分鐘以內(nèi)。各小組輪換主題發(fā)言，其他小組可通過在線系統(tǒng)提交討論結果，教師結合線上線下討論情況做答疑總結。在隔堂對分環(huán)節(jié)中，引入課堂中測，通過對重難點的強化，鞏固提升教學效果。

課后鞏固：本門課程是一門實踐性很強的課程，“紙上談兵”式的光學不練是學不好程序設計語言的。因此，學生可以依托OnlineEDU微課平臺，完成課程中的重難點微課的學習回顧，以達到知識內(nèi)化的目的。同時教師可依據(jù)系統(tǒng)反饋，查詢系統(tǒng)統(tǒng)計結果，了解學生反復學習知識點的狀況，并根據(jù)學情動態(tài)調(diào)整教學活動。依托PTA程序設計類實驗輔助教學平臺，強化實例代碼練習，設置程序填空題、函數(shù)題及編程題，布置實驗練習題及項目大作業(yè)。學生提交結果后，系統(tǒng)自動判分，立刻可查自己的成績及全班統(tǒng)計結果，對錯題可選擇重做，加強對知識的內(nèi)化。

(二)學時安排

本課程共64個學時，理論32個學時，實驗32個學時。為讓對分課堂教學更有效，根據(jù)知識單元的理論性和實踐性的特點，設計了當堂對分、隔堂對分和不采用對分三種方案，課堂實施詳細安排如下表1所示。其中當堂對分26個學時，隔堂對分34學時，不采用對分4學時，對于基礎性和理論性較簡單的知識單元，例如“簡單的C語言程序設計”，采取當堂對分的方式，同時在PTA程序設計類實驗輔助教學平臺提前安排好討論實踐內(nèi)容。對于理論性與實踐性并重的知識單元，例如“函數(shù)”“數(shù)組”“指針基礎”等，采取隔堂對分的方式，使用PTA程序設計類實驗輔助教學平臺完成課前測試，對學生知識內(nèi)化的情況進行前測，提前掌握學生學習的情況。對于總結回顧性的知識單元，例如“數(shù)據(jù)類型與表達式”，采取不使用對分的方式。同時每個知識章節(jié)包含1組教學實驗，并由多個小實驗來支撐理論教學內(nèi)容，將理論教學一體化設計，并進行對分課堂實施。

表1 課堂實施詳細安排

對于課中討論環(huán)節(jié)，安排分組討論完成后全班討論答疑，同時將討論環(huán)節(jié)延伸到線上，組建線上課程學習交流群，定期組織線上集中答疑活動，各小組組長為微助教，參與線上討論答疑活動。整個過程體現(xiàn)了以學生為中心的教學思想，教師的一切教學活動都是以學生為中心開展的，碰到狀況學生應先跟教師交流，去探尋問題的根源。通過這種安排，課堂討論參與度和學生“抬頭率”得到有效提高。

二、基于“PAD課堂”的實驗教學體系改革

高級語言程序設計課程是一門實踐性很強的課程，該課程的學習有其自身的特點，學生必須通過大量的編程訓練，在實踐中培養(yǎng)程序設計的基本能力，并逐步理解和掌握程序設計的思想和方法[7]。理論教學與實驗教學是不可分割的有機統(tǒng)一體，兩者相互依存、相互促進。本門課程實驗教學內(nèi)容由基礎性實驗和綜合項目性實驗兩個部分構成，基礎性實驗著重問題的抽象理解和應用；綜合項目性實驗強調(diào)實際案例問題求解、小組協(xié)作討論和計算思維的培養(yǎng)，以提升學生實踐編程能力。

傳統(tǒng)的程序設計實驗課程報告為紙質(zhì)，學生對實驗結果的掌握較為延遲，同時教材中都有現(xiàn)成的代碼和分析過程詳解，學生缺少“自主分析問題-設計解決方案-編程實現(xiàn)”的實踐環(huán)節(jié)，導致學生聽課時能理解明白，但一旦編程實踐，就找不解決問題的思路和方法。因此，在本門課程實驗教學中，結合理論課內(nèi)容，精選實驗內(nèi)容，分為有11個實驗組，從易到難，形成課前、課中、課后遞進式的訓練體系，讓學生從第1周起就開始練習編程。其中第1部分“簡單的C語言程序設計”到第7部分“指針基礎”的實驗組，側重于基本知識和基本編程能力。第8部分“結構”到第11部分“文件”的實驗組，著重于用結構化程序設計思想實現(xiàn)復雜問題的編程和求解。借助PTA實驗輔助教學平臺為實驗教學提供支持，充分利用PTA實驗輔助教學平臺自動測評、查重與監(jiān)考等技術優(yōu)勢，督促學生從基礎知識、綜合設計兩方面進行訓練，同時通過基礎驗證實驗、綜合項目設計實驗，將知識從課內(nèi)遷移到課外，多層次全方位對學生進行實踐訓練。

圖3 PAD 課堂范式

通過“仿寫—改寫—編寫”的上機實踐，在循序漸進的引導中，逐步熟悉編程環(huán)境，理解和掌握程序設計的思想、方法和技巧，全面提高學生的分析能力和設計能力[8]。在第2部分到第4部分中，分別講解分支結構、循環(huán)結構及函數(shù)程序設計的思路和方法，在實驗中引導學生逐漸完成從仿寫到改寫的轉變，培養(yǎng)學生學習興趣。針對第5部分到第11部分的實驗組，通過項目化的小作業(yè)和小組的大作業(yè)，指導學生完成從改寫到編寫的升華。讓學生在實踐中去檢驗自己理論學得怎么樣，應該怎么用，為后續(xù)“操作系統(tǒng)”“數(shù)據(jù)結構”“編譯原理”等專業(yè)課程的學習和應用打下良好基礎，實現(xiàn)從“以內(nèi)容理念知識為本”向“以學生綜合能力為本”的轉變。

三、基于“PAD課堂”的教學評價方法改革

科學的評價方法對促進和激勵學生的學習具有很強的導向作用。傳統(tǒng)上對學生學習效果的評價常以期末考試成績作為終結性評價，導致學生平時上課出勤率低、考前突擊復習現(xiàn)象頻出。而且，傳統(tǒng)教學評價目標單一，基本上忽略了對其它教學要素的評價。而在本實踐改革中開展了全方位、立體化的教學評價研究，一改原來單一的評價方法，重視過程性評價，將評價方式改為過程性評價與期末考試相結合，避免了學生的死記硬背，一考定成績的現(xiàn)狀。其中過程性評價分為課前測試、課中討論表現(xiàn)、課后練習及每月月考等，并將課堂“隔堂對分”的部分，如“函數(shù)”“數(shù)組”“指針基礎”知識單元中的基本數(shù)據(jù)類型、簡單構造類型和指針、數(shù)據(jù)處理中的表達式等，放在課前測試部分來驗證效果。

圖4 課程評價過程

為了充分發(fā)揮教學評價的診斷、導向、調(diào)控功能，本課程成績由平時成績和期末考核成績兩部分構成，課程成績以百分制計算，分配比例為50%對分，即平時成績占50%，如圖4所示，主要包括課前測試、線上作業(yè)、線下作業(yè)、小組活動、隨測討論、每月測試，考查小、大作業(yè)的完成程度，小組的完成程度，實驗課的考試結果等；期末成績占50%，期末考試采用上機考試的考核方式，試題由考試系統(tǒng)從題庫中自動組卷完成，考試采用閉卷形式，題型由選擇題、程序填空題、函數(shù)題、編程題等題型組成，考核內(nèi)容涵蓋本門課程中的概念、定義、原理及重難點等。

四、教學實踐效果

根據(jù)學校教務系統(tǒng)三個班級同一教師的評教數(shù)據(jù)匯總顯示，詳見表2數(shù)據(jù)，學生在“認真輔導答疑，重視作業(yè)檢查并及時解決問題”“注意啟發(fā)引導，師生相互溝通，學生積極性高”“理論聯(lián)系實際，注重學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)”“內(nèi)容充實，講授熟練，突出重點，講清難點”等方面的得分率都有所提升，課程總體平均分提高明顯，學生的獲得感增強，課堂參與度及“抬頭率”得到提高，教學效果得到師生一致認可。

表2 課堂實施效果

但同時也存在一些問題，一是對分策略需要教師根據(jù)學生情況做適當調(diào)整，加強討論環(huán)節(jié)的精準引導?！癙AD課堂”一改傳統(tǒng)的漫灌講授式課堂，學生從“被動學習”轉變?yōu)椤爸鲃訉W習”，但在討論環(huán)節(jié)，學生提出的問題深度不夠。這就需要在精講留白時，將最有知識價值、最能構建知識能力結構、最需要發(fā)散思維的部分進行揀選，并適時調(diào)整對分策略。這對教師的綜合素質(zhì)提出了更高、更新的要求，倒逼教師在精講、小組討論、共性答疑等環(huán)節(jié)中提前做好系統(tǒng)性的準備，在討論中引導到位。二是“PAD課堂”的流程化要求教師加強教學過程化管理。教師在課程開課前，需要說明對分課堂的基本流程，詳細闡述教學活動的目的、意義、具體方法及期待取得的效果，讓學生充分認識到在“PAD課堂”中的主體責任。同時由于課堂評價方式改變?yōu)榘n前測試、小組討論、項目作業(yè)等多個環(huán)節(jié)，這就需要科學、完整、精確地記錄各部分的成績，做好過程化管理。

五、結束語

本文就高級語言程序設計課程教學改革進行了闡述，在教學實踐中將“PAD課堂”的新型教學理念、教學方法和評價手段融入到程序設計課程教學過程中，并精心設計了各知識點的對分策略。同時在課堂信息化技術的應用上以PTA程序設計輔助教學平臺為支撐，建設高級語言程序設計試題庫，借助線上平臺完成教學評價和過程考核，并通過匯聚及創(chuàng)建課程優(yōu)質(zhì)學習資源，構建線上微課學習平臺，拓展學生的自主性學習空間。通過課堂教學實踐，PAD教學模式的應用能充分調(diào)動、發(fā)揮學生的學習自主性，課堂氣氛比較活躍，實現(xiàn)了課堂教學的高效性和學生學習的個性化，提升了學生的分析能力、實踐能力和創(chuàng)新能力。