信息化平臺下的程序設(shè)計課程混合式教學(xué)教育文檔

信息化平臺下的程序設(shè)計課程混合式教學(xué)程序設(shè)計課程是計算機類專業(yè)的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是利用計算機程序設(shè)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(chǔ)和支撐，在整個課程體系中起著舉足輕重的作用。程序設(shè)計課程以一門具體編程語言（C語言）的講授為主線，結(jié)合算法分析和數(shù)學(xué)模型等，通過計算機科學(xué)體系基礎(chǔ)知識和問題分析解決方法的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的編程能力，進而培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。Bloom按照人的認(rèn)知層次將學(xué)習(xí)目標(biāo)由低到高逐漸劃分為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評估和創(chuàng)新6個層次[2]。在教學(xué)過程中，學(xué)生對知識的理解、問題的分析解決都是呈現(xiàn)螺旋式上升。在高校教學(xué)改革的新形勢下，結(jié)合信息化教學(xué)平臺，運用混合式教學(xué)新模式也需要符合科學(xué)的認(rèn)知規(guī)律。1信息化教學(xué)平臺程序設(shè)計課程主要采用藍(lán)墨云班課和OJ平臺兩種信息化平臺來進行各個教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)輔助工作。（1）藍(lán)墨云班課――移動設(shè)備教學(xué)平臺“藍(lán)墨云班課”是藍(lán)墨科技推出的一款移動教學(xué)助手APP，是利用移動智能設(shè)備開展課堂內(nèi)外即時反饋互動教學(xué)的云服務(wù)平臺[3]。該平臺為教師提供課堂管理、教學(xué)活動開展、學(xué)習(xí)情況跟蹤、教學(xué)評價等功能，為學(xué)生提供課程訂閱、消息提醒、個性化學(xué)習(xí)資源、討論交流等功能。移動式教學(xué)平臺與非移動式教學(xué)平臺有很大的不同，前者不僅可以避免非移動式教學(xué)地理位置的限制，而且讓學(xué)生的手機變成學(xué)習(xí)工具，幫助學(xué)生改善學(xué)習(xí)動機、調(diào)動學(xué)習(xí)積極性、獲得適應(yīng)新時代的學(xué)習(xí)方法，移動式教學(xué)平臺是傳統(tǒng)教學(xué)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(xiàn)已在程序設(shè)計教學(xué)過程中普遍采用。OJ平臺能夠?qū)W(xué)生提交的程序源代碼進行編譯和執(zhí)行，并通過預(yù)先設(shè)定的測試數(shù)據(jù)?砑煅樵創(chuàng)?碼的正確性和完整性。通過OJ平臺有助于學(xué)生理論知識的掌握與實踐能力的提高，并注重學(xué)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(yīng)用，有基礎(chǔ)知識和大賽培訓(xùn)的區(qū)分，有利于學(xué)生循序漸進的掌握知識，實現(xiàn)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(guān)成功的成就感，還可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、創(chuàng)新性與競爭性。2混合式教學(xué)設(shè)計混合式教學(xué)是一種基于計算機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的新型教學(xué)模式，是將傳統(tǒng)教學(xué)方式的優(yōu)勢和信息化、網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)優(yōu)勢結(jié)合起來，充分發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，同時強調(diào)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動性、積極性與創(chuàng)造性[5]。圖1為程序設(shè)計課程混合式教學(xué)設(shè)計實施圖。2.1教學(xué)過程設(shè)計教學(xué)過程設(shè)計如圖2所示，設(shè)計過程以螺旋式教學(xué)為主線。2.1.1教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置程序設(shè)計課程的教學(xué)內(nèi)容根據(jù)教學(xué)目標(biāo)分為三個階段。（1）初級階段關(guān)注學(xué)生編程技巧的入門，主要讓學(xué)生了解程序構(gòu)成的邏輯和程序執(zhí)行的三大控制結(jié)構(gòu)。該階段的目標(biāo)是通過具體的編程語言，掌握構(gòu)造問題求解的關(guān)鍵步驟，使學(xué)生具有初步程序設(shè)計的能力。（2）中級階段關(guān)注學(xué)生編程技巧的拓展，主要讓學(xué)生掌握各類數(shù)據(jù)類型的存儲和運算、復(fù)雜數(shù)據(jù)類型（如數(shù)組、結(jié)構(gòu)體）的表示及應(yīng)用、一二級指針的使用。該階段的目標(biāo)是實現(xiàn)學(xué)生在計算表達(dá)、數(shù)據(jù)組織和程序靈活性等方面程序設(shè)計能力的提高。（3）高級階段從程序框架的構(gòu)建入手，進行程序組織方法的技巧拓展，主要關(guān)注函數(shù)、文件以及算法設(shè)計入門。該階段的目標(biāo)是讓學(xué)生建立起程序設(shè)計的總體思想，通過設(shè)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(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容層層遞進。教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定遵循Bloom認(rèn)知規(guī)律，隨著對教學(xué)內(nèi)容的掌握，學(xué)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(xué)項目的設(shè)計程序設(shè)計教學(xué)項目的設(shè)計采用螺旋式，分為“螺過程”和“旋過程”?！奥葸^程”注重學(xué)生基礎(chǔ)知識的掌握，“螺”是相關(guān)子項目中知識點的疊加部分，“旋”是相關(guān)子項目中知識點的延伸，“旋過程”建立在“螺過程”的基礎(chǔ)上，注重學(xué)生分析和解決能力的提升[6]。教學(xué)項目涉及的知識面深度要螺旋上升，深度體現(xiàn)在難度上；知識面寬度也要螺旋上升，寬度體現(xiàn)在解決問題所涉及到的知識點的數(shù)量。教學(xué)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(zhuǎn)換相關(guān)的學(xué)習(xí)可以設(shè)計成螺旋式教學(xué)項目，從二進制的表示階段開始，逐步經(jīng)歷二進制與其它進制轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)計算、理解二進制在內(nèi)存中的存儲方法、采用循環(huán)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)二進制轉(zhuǎn)換、使用位運算符實現(xiàn)二進制轉(zhuǎn)換、采用數(shù)組實現(xiàn)二進制轉(zhuǎn)換和使用遞歸函數(shù)實現(xiàn)二進制轉(zhuǎn)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(shè)計過程。素數(shù)的相關(guān)知識也可以設(shè)計成一個螺旋式教學(xué)項目，從使用單循環(huán)來實現(xiàn)單個素數(shù)的判斷開始，逐步經(jīng)歷通過雙重循環(huán)實現(xiàn)多個素數(shù)的輸出，使用數(shù)組實現(xiàn)篩選法求素數(shù)來提高效率，最后通過素數(shù)判斷函數(shù)來實現(xiàn)哥德巴赫猜想。此項目是以素數(shù)求解為基礎(chǔ)，但在功能擴展上實現(xiàn)螺旋上升的過程。2.1.3教學(xué)環(huán)節(jié)的實施程序設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)的實施分為三個階段：準(zhǔn)備階段、實踐階段與評估階段，并產(chǎn)生一種有序的遞進關(guān)系。（1）準(zhǔn)備階段，教師通過對教學(xué)內(nèi)容透徹地領(lǐng)會和前期評估階段中得到的教學(xué)反饋，總結(jié)出知識點學(xué)前的預(yù)備知識，設(shè)計自然引出知識點的方法，構(gòu)建知識點的應(yīng)用實例，錄制相應(yīng)的教學(xué)視頻等。只有做好充足的準(zhǔn)備工作，設(shè)計的教學(xué)項目才能豐富有趣，從而調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。準(zhǔn)備階段中，教師的引導(dǎo)起重要作用，針對相關(guān)的知識點，重要的概念和方法需要反復(fù)地、多層次地以各種不同的方式展現(xiàn)，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(xué)生既掌握知識又掌握應(yīng)用知識點的方法。（2）實踐階段，教師針對程序設(shè)計課程實踐性強的特點，不僅強調(diào)理論知識在理解層上的掌握，而且強調(diào)在實際應(yīng)用層上的編程實現(xiàn)，將上機實踐和課程設(shè)計結(jié)合，提高學(xué)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(xué)生為主體。此階段是學(xué)生對編程工具和程序調(diào)試方法熟練掌握的重要階段，是培養(yǎng)學(xué)生獨立分析和解決問題的關(guān)鍵時期。（3）評估階段，教師可以全面收集反饋信息，了解學(xué)生對教學(xué)項目的吸收和掌握情況，全面增強信息反饋教學(xué)的指導(dǎo)力度，發(fā)現(xiàn)問題及時解決，從而對教學(xué)項目進行進一步加工設(shè)計，更新和完善準(zhǔn)備階段和實踐階段的工作。學(xué)生對同一相關(guān)知識的理解隨著教學(xué)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(xué)設(shè)計程序設(shè)計課程的課上教學(xué)設(shè)計主要采用BOPPPS教學(xué)模型，借鑒翻轉(zhuǎn)課堂中的討論式教學(xué)模式，并配合多種教學(xué)方法來開展教學(xué)活動。BOPPPS教學(xué)模型是北美高校提出的一種有效的課堂教學(xué)設(shè)計模式，將一節(jié)課堂教學(xué)活動劃分為引入（Bridge-in）、目標(biāo)（Objective）、預(yù)評價（Pre-assessment）、參與式學(xué)習(xí)（Participatorylearning）、后評價（Post-assessment）和小結(jié)（Summary）6個階段，如圖3所示。該模型強調(diào)學(xué)生參與到教師的教學(xué)活動中，是一種注重教學(xué)互動和反思的閉環(huán)反饋教學(xué)模式，有利于促進師生交流互動，充分發(fā)揮和調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，體現(xiàn)“學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”的教育理念[8]。將BOPPPS教學(xué)模型引入到程序設(shè)計教學(xué)中，是提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的重要途徑。借助于信息化教學(xué)平臺，教師可以順序地開展課堂BOPPPS教學(xué)模型中的各項活動。教師不僅可以通過藍(lán)墨云班課的當(dāng)堂測試、頭腦風(fēng)暴、小組討論等開展教學(xué)活動，還可以將OJ平臺上的題目作為任務(wù)驅(qū)動項目和案例式教學(xué)中的實例，并結(jié)合案例驅(qū)動教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法和翻轉(zhuǎn)課堂中的討論式教學(xué)法開展參與式教學(xué)，豐富課堂教學(xué)形式并獲取課堂反饋，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的課堂參與度。2.3課下教學(xué)設(shè)計在教?W環(huán)節(jié)的準(zhǔn)備階段，教師把課件、微視頻、圖文資料等教學(xué)資源通過藍(lán)墨云班課的云平臺、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺和QQ課程群空間進行資源分享。通過藍(lán)墨云班課的“及時推送提醒”功能，及時提醒并督促學(xué)生按照通知利用學(xué)習(xí)資源做好預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、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(xué)生的聯(lián)系，開展互動交流，實現(xiàn)個性化輔導(dǎo)。在教學(xué)環(huán)節(jié)的實踐階段和評估階段，通過OJ平臺可以實現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。課前，學(xué)生可以通過OJ平臺進行自我測試和練習(xí)，老師通過OJ平臺可以檢驗學(xué)生前期知識點的掌握程度；課后，學(xué)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(xué)知識是否扎實，是否能夠?qū)⒗碚撝R應(yīng)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(xué)生做題情況統(tǒng)計功能以及藍(lán)墨云班課的學(xué)習(xí)記錄跟蹤功能，從多角度多渠道獲取教學(xué)反饋，不僅可以對學(xué)生做出合理的教學(xué)評價，而且可以對自己的教學(xué)效果進行評價，有利于進一步開展科學(xué)的教學(xué)優(yōu)化工作。3教學(xué)設(shè)計中應(yīng)注意的問題（1）藍(lán)墨云班課教學(xué)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(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。（2）設(shè)計教學(xué)項目不僅要符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，而且需要預(yù)留較強的擴展空間，使學(xué)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(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性[9]。教學(xué)項目的開展，還要注重與其它教學(xué)手段、教學(xué)方法和教學(xué)環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)。（3）教師要認(rèn)清并設(shè)計自己在各個教學(xué)環(huán)節(jié)中扮演的角色。在準(zhǔn)備階段，教師扮演教授者和引導(dǎo)者的角色，讓學(xué)生明確需要掌握的知識點、方法點和能力點，并引導(dǎo)學(xué)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(xué)生解決在知識掌握和運用過程中遇到