李 薇，申小玲，魯曉鋒，江巧永，王 磊，3

（1.西安理工大學(xué) 計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安710048；2.西安理工大學(xué) 實驗室管理處，陜西 西安710048；3.陜西理工大學(xué) 數(shù)學(xué)與計算機(jī)科學(xué)學(xué)院，陜西 漢中723001）

0 引言

教育部長陳寶生在四川成都召開的新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議上指出，人才培養(yǎng)的質(zhì)量和效果是檢驗一切工作的根本標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)涵建設(shè)、質(zhì)量提升應(yīng)體現(xiàn)在每一個學(xué)生的學(xué)習(xí)成果上。在學(xué)科頻繁交叉、知識、信息爆炸的時代，世界范圍新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命撲面而來，我國高等教育需因時而進(jìn)，因勢而新，在人才培養(yǎng)過程中，要遵循教育規(guī)律和人才成長規(guī)律，創(chuàng)新思想、創(chuàng)新理念、創(chuàng)新方法技術(shù)和創(chuàng)新教育教學(xué)模式，形成勇于創(chuàng)新和實踐的高素質(zhì)專業(yè)人才不斷涌現(xiàn)的局面。

當(dāng)前，創(chuàng)新教育教學(xué)模式已經(jīng)成為改革與提升教學(xué)質(zhì)量的必由之路。慕課的迅速發(fā)展，不僅對傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行了創(chuàng)新，而且翻轉(zhuǎn)課堂、碎片化學(xué)習(xí)、自主與互動學(xué)習(xí)、線上線下教學(xué)等模式對傳統(tǒng)課堂教學(xué)也產(chǎn)生了巨大的沖擊[1]。在推動高等教育變軌超車的目標(biāo)指引下，探索“以學(xué)生為中心，學(xué)生學(xué)習(xí)成果驅(qū)動”的教育教學(xué)新模式，不僅是高等院校普遍關(guān)注的新焦點，還是當(dāng)前迫切需要解決的問題。

1 新型教學(xué)模式的影響因素

為了解決傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生被動接受知識傳授的問題，教育工作者積極探索新的教學(xué)模式，提出了案例教學(xué)模式、啟發(fā)式教學(xué)模式、問題驅(qū)動模式、基于項目學(xué)習(xí)模式、團(tuán)隊學(xué)習(xí)模式、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式等。

案例教學(xué)模式的難點在于案例設(shè)計的深度與教師水平有關(guān)。啟發(fā)式教學(xué)模式的難點在于教師能否巧設(shè)情境、抓住時機(jī)。問題驅(qū)動模式的教學(xué)效果取決于教師是否具備較強的課堂掌控能力和引導(dǎo)能力?；陧椖康膶W(xué)習(xí)（project-based learning, PBL）[2]模式的效果取決于學(xué)生是否能達(dá)到項目學(xué)習(xí)的目標(biāo)，并且解決項目中所出現(xiàn)的問題與學(xué)生自身的能力有關(guān)。團(tuán)隊學(xué)習(xí)（Team-based learning, TBL）[3]模式的效果與學(xué)生的主動合作意識和參與度有關(guān)。翻轉(zhuǎn)課堂[4]模式拓展了學(xué)習(xí)時空，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。不足之處是學(xué)生在自主學(xué)習(xí)過程中不能與教師進(jìn)行實時互動，當(dāng)學(xué)生對知識的理解有偏差時，教師無法像傳統(tǒng)教學(xué)模式那樣，在課堂上及時解決學(xué)生提出的問題。

綜上所述，已有的典型教學(xué)模式在加強學(xué)生素質(zhì)，提高學(xué)生專業(yè)技能等方面表現(xiàn)出各自的優(yōu)勢。然而學(xué)生個體存在差異，例如有的學(xué)生上課認(rèn)真聽講，但自學(xué)能力弱；有的學(xué)生上課不愿意互動，但具有較強的學(xué)習(xí)能力，動手能力強；有的學(xué)生自學(xué)能力強，且善于表達(dá)，上課愿意互動；因此在教學(xué)過程中，如果只是采用單一的教學(xué)模式，則很難滿足所有學(xué)生的需求。

2 “慕課+”螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式在C語言程序設(shè)計課程教學(xué)中的應(yīng)用

2008年斯蒂芬·唐斯和喬治·西蒙斯提出了慕課，即大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)開發(fā)課程平臺（Massive Open Online Courses, MOOCs），2012年得到廣泛的認(rèn)同。慕課的迅猛發(fā)展，不僅引發(fā)了高等教育教學(xué)模式的創(chuàng)新，而且給高等教育帶來了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)特點是重知識輕能力、重學(xué)輕思，學(xué)生通常是積累了很多“知識”，但也失去了創(chuàng)新的“動力”。C語言程序設(shè)計課程中實施“慕課+”螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式，旨在引導(dǎo)學(xué)生將知識內(nèi)化為經(jīng)驗、能力，培養(yǎng)和提高學(xué)生的“分析問題能力+求解復(fù)雜工程問題能力+創(chuàng)新能力”。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將掌握C語言程序設(shè)計的基本概念、抽象思維和邏輯思維能力、算法分析與設(shè)計能力、程序設(shè)計與實現(xiàn)能力，并能夠在設(shè)計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識?！澳秸n+翻轉(zhuǎn)課堂多元化教學(xué)+團(tuán)隊學(xué)習(xí)”的螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式如圖1所示，整個教學(xué)過程由課前學(xué)習(xí)、課堂內(nèi)化和實踐強化組成。

以C語言程序設(shè)計課程教學(xué)內(nèi)容中的循環(huán)結(jié)構(gòu)為例，課前學(xué)習(xí)階段（1）～（4）和課堂內(nèi)化階段（5）～（9）的具體步驟如下。

圖1 慕課+翻轉(zhuǎn)課堂多元化教學(xué)+團(tuán)隊學(xué)習(xí)教學(xué)流程

（1）布置視頻學(xué)習(xí)任務(wù)：在第一次線下課程前，學(xué)生完成視頻學(xué)習(xí)任務(wù)，掌握while語句、do-while語句和for語句的語法，理解循環(huán)嵌套的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用場景；并將學(xué)生分為若干個小組。

（2）自主學(xué)習(xí)：學(xué)生通過觀看視頻對循環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。

（3）自我測試：學(xué)生完成視頻中的相關(guān)測試。

（4）小組討論：每個小組討論老師布置的思考題，并給出解決方案。

（5）重點、難點分析：采用講授法教學(xué)模式，對重要的知識點進(jìn)行講解。例如，當(dāng)循環(huán)體語句超過一條，必須用花括號形成復(fù)合語句；強調(diào)for語句中的循環(huán)體必須有能夠使得表達(dá)式3趨于假的語句，以保證循環(huán)正常結(jié)束；while語句和do-while語句中必須有能夠使條件表達(dá)式趨于假的語句，否則將出現(xiàn)死循環(huán)現(xiàn)象；設(shè)計循環(huán)結(jié)構(gòu)時，需要思考哪些語句是在循環(huán)開始之前執(zhí)行，哪些語句是在循環(huán)中執(zhí)行，哪些語句是在循環(huán)之后執(zhí)行。學(xué)生學(xué)習(xí)有一個過程，每個學(xué)生對知識的認(rèn)識能力不同。教師通過對重點及難點知識的講解，可以加深學(xué)生對知識的理解。

（6）學(xué)生代表講解：每個小組選派一個代表講解程序，重點講解自己的設(shè)計思路和算法原理，尤其是設(shè)計思想的特點；接著，該代表講解在設(shè)計程序時需要注意的問題，以及自己出現(xiàn)的錯誤；最后，本組的其他學(xué)生進(jìn)行補充。

（8）點評：在提問結(jié)束后，教師進(jìn)行點評，進(jìn)一步對基本理論及概念進(jìn)行講解并總結(jié)，保證學(xué)生知識的系統(tǒng)性和連貫性。

（9）布置任務(wù)：通過任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)方式，繼續(xù)給學(xué)生布置新的任務(wù)，并給予一定的引導(dǎo)，要求學(xué)生課后完成。在完成任務(wù)的過程中，學(xué)生要對所學(xué)知識進(jìn)行思考、挖掘和靈活應(yīng)用，從而掌握隱含在任務(wù)里面的知識。

課前采用慕課學(xué)習(xí)方式的目的是培養(yǎng)學(xué)生解決問題的自主學(xué)習(xí)能力，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行滲透式學(xué)習(xí)，使學(xué)生認(rèn)識知識、吸收知識、活躍思路。課堂上采用翻轉(zhuǎn)課堂多元化教學(xué)模式是以學(xué)生為中心，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改變學(xué)生被動接受知識的現(xiàn)象，提高學(xué)生對知識理解的深度和寬度；學(xué)生依靠自身努力達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)，成就感的不斷獲得進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生強烈的求知欲望和創(chuàng)造欲望，學(xué)生在運用知識的過程中創(chuàng)新知識。因此，課前學(xué)習(xí)和課堂內(nèi)化促進(jìn)了學(xué)生的個性發(fā)展，形成了認(rèn)識知識、吸收知識、理解知識、運用知識和創(chuàng)新知識的螺旋漸進(jìn)式發(fā)展。

實踐環(huán)節(jié)是能力培養(yǎng)的一個重要環(huán)節(jié)，實踐環(huán)節(jié)與教學(xué)環(huán)節(jié)有機(jī)地結(jié)合是學(xué)生實現(xiàn)知識、能力和素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的重要保證。然而，傳統(tǒng)的實踐環(huán)節(jié)基本過程是：學(xué)生按照實驗指導(dǎo)書編寫程序，然后將所得到的實驗結(jié)果與預(yù)期的結(jié)果進(jìn)行對比，最后做出相應(yīng)的解釋和分析。實驗內(nèi)容大多是驗證性，枯燥單一。在這種模式下，學(xué)生的自由度很少，不利于發(fā)揮學(xué)生的積極性；學(xué)生的參與度不高，缺少探索激情，其創(chuàng)新能力很難得到行之有效的培養(yǎng)[5]。此外，有些學(xué)者提出的改進(jìn)實驗教學(xué)方法雖然在一定程度上激發(fā)了學(xué)生編寫程序的興趣，但是由于有限的工程知識和技能，一個人獨立、成功地完成一個項目往往較為困難。為此，筆者對實踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，引入團(tuán)隊學(xué)習(xí)模式。

在實踐環(huán)節(jié)中，為了保證學(xué)生高效率地掌握知識，鼓舞學(xué)生持續(xù)保持濃厚的學(xué)習(xí)興趣，實驗題目分為3個層次：第1層次為基礎(chǔ)性實驗，這一階段主要是樹立學(xué)生的自信心，培養(yǎng)學(xué)生形成概念和解決問題的能力，以及學(xué)生學(xué)會提出問題的能力；第2層次為深層次實驗，這一階段主要是培養(yǎng)學(xué)生直接思維、發(fā)散思維和歸納思維的能力，以及以批評的方式系統(tǒng)推理的能力；第3層次為綜合設(shè)計實驗，這一階段重點培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

以設(shè)計“學(xué)生信息管理系統(tǒng)”為例，這是一個綜合設(shè)計實驗。首先，小組進(jìn)行討論，這個系統(tǒng)應(yīng)該分解為幾個模塊，每個模塊涉及哪些知識點。學(xué)生通過討論對系統(tǒng)分解的結(jié)果是：系統(tǒng)整體框架設(shè)計（模塊化設(shè)計）、整個系統(tǒng)的菜單設(shè)計（選擇結(jié)構(gòu)）、學(xué)生成績統(tǒng)計（循環(huán)結(jié)構(gòu)）、學(xué)生成績排序（數(shù)組）、學(xué)生信息的定義和處理（結(jié)構(gòu)體）、學(xué)生信息查找（用指針實現(xiàn)）、學(xué)生信息的存儲（文件）。團(tuán)隊學(xué)習(xí)模式加強了學(xué)生之間的交流與合作，學(xué)生通過交流，加深了對課堂知識和概念的理解，并將課程內(nèi)容有效地結(jié)合起來。接著，學(xué)生分工對各模塊進(jìn)行實驗方案設(shè)計；然后整合成一個完整的系統(tǒng)，觀察并分析實驗結(jié)果；針對實驗結(jié)果，一方面檢查實驗結(jié)果是否正確，另一方面討論實驗方案是否是最優(yōu)的，如果不是，還能進(jìn)行哪些優(yōu)化。此時教師根據(jù)學(xué)生實踐能力的反饋，及時掌握學(xué)生對知識的掌握程度及薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)而及時修訂和完善教學(xué)內(nèi)容。同時，教師將設(shè)計思路新穎、效率高的算法向全班同學(xué)展示，進(jìn)一步拓展學(xué)生的思路。最后，實踐環(huán)節(jié)通過處理實驗數(shù)據(jù)、撰寫實驗報告等加強了學(xué)生科學(xué)工作的基本素養(yǎng)的培養(yǎng)。

在實踐強化環(huán)節(jié)中，通過團(tuán)隊學(xué)習(xí)模式，學(xué)生不再是僅僅編寫單一的程序，而是完成與實際緊密結(jié)合的綜合應(yīng)用實例，激發(fā)學(xué)生的實踐興趣；通過理論與實踐相結(jié)合，激勵學(xué)生以多視角來觀察和解決問題、反思并錘煉自身發(fā)展的意識與能力；通過學(xué)生之間的相互交流與學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了學(xué)生與他人合作的能力、責(zé)任意識和團(tuán)隊精神，為以后進(jìn)行項目開發(fā)積累經(jīng)驗。實踐環(huán)節(jié)通過3個層次的實驗，培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)研究能力、分析問題能力、求解復(fù)雜工程問題能力、交流合作能力和創(chuàng)新競爭能力的螺旋漸進(jìn)式發(fā)展。

3 “慕課+”螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式效果分析

為了檢驗“慕課+”螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式的教學(xué)效果，筆者選擇了2個專業(yè)的學(xué)生，分別進(jìn)行“慕課+”螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式和傳統(tǒng)教學(xué)模式，并在教學(xué)過程中分3個階段對學(xué)生進(jìn)行測試。第1階段測試的內(nèi)容是：基礎(chǔ)知識、常量、變量和表達(dá)式、順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)，5道題目，主要考核知識的掌握程度；第2階段測試的內(nèi)容是：循環(huán)結(jié)構(gòu)、函數(shù)和數(shù)組，8道題目，考核知識的掌握和編程能力；第3階段即期末測試，考核知識的掌握和綜合能力。采用“慕課+”螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式和傳統(tǒng)教學(xué)模式的學(xué)生在3個階段學(xué)習(xí)成果評價對比如圖2所示。

圖2 學(xué)生成果評價

圖2表明，第一階段采用傳統(tǒng)教學(xué)模式的學(xué)生掌握程度好。這是因為第一階段主要是測試基本概念的掌握程度，傳統(tǒng)教學(xué)模式以教師的講解為主，教師的詳細(xì)講解有助于學(xué)生很快地理解知識并記憶?！澳秸n+”螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式要求學(xué)生首先通過看視頻進(jìn)行自學(xué)，然后教師在課堂上對重點、難點知識進(jìn)行講解。個人學(xué)習(xí)能力強的，則掌握得比較好；反之，個人學(xué)習(xí)能力弱的，則掌握得比較差。第二階段不僅檢測知識的掌握，還有能力測試，這時采用“慕課+”螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式的學(xué)生成績略高于采用傳統(tǒng)教學(xué)模式的學(xué)生成績。這是因為經(jīng)過一段時間的學(xué)習(xí)，采用“慕課+”螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式的學(xué)生已經(jīng)適應(yīng)了這種模式，學(xué)習(xí)能力和解決問題的能力逐步增強。期末測試結(jié)果表明，“慕課+”螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式通過課前學(xué)習(xí)、課堂內(nèi)化和實踐強化環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生將知識內(nèi)化為經(jīng)驗、能力，提高了學(xué)生的分析問題能力、求解復(fù)雜工程問題能力和創(chuàng)新能力，因此采用“慕課+”螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式的學(xué)生學(xué)習(xí)成果比采用傳統(tǒng)教學(xué)模式的學(xué)生學(xué)習(xí)成果有了顯著提高。

4 結(jié)語

創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的提出、“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展以及“華盛頓協(xié)議”的簽署，我國高等工程教育國際化進(jìn)程日益加速，對創(chuàng)新型工程人才和工程師應(yīng)對復(fù)雜系統(tǒng)問題的能力也提出了更高的要求[6]。西安理工大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院在“學(xué)習(xí)能力、工程實踐能力、創(chuàng)新能力、交流能力和國際競爭能力”的能力目標(biāo)驅(qū)動下，根據(jù)知識的特點，對教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行改革，構(gòu)建了“慕課+”螺旋漸進(jìn)教學(xué)模式，通過課前學(xué)習(xí)、課堂內(nèi)化和實踐強化環(huán)節(jié)的能力培養(yǎng)，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)了學(xué)生具有科學(xué)研究精神和探求真理精神，磨練了學(xué)生的意志品質(zhì)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，交流溝通能力，團(tuán)隊組織、分工協(xié)調(diào)能力和創(chuàng)新能力。計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院組織學(xué)生參加2017“ACM-ICPC國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽亞洲區(qū)域賽青島站”比賽和第十六屆“圖靈杯”競賽取得的成果表明，我們所提出的教學(xué)模式對學(xué)生能力培養(yǎng)具有重要的意義。