黃天羽，嵩 天

(北京理工大學(xué) 計算機學(xué)院，北京 100081)

0 引 言

面向計算機、軟件工程、信息類專業(yè)低年級開設(shè)的程序?qū)嵺`類課程，往往因為學(xué)生基礎(chǔ)較薄弱，而無法實現(xiàn)多領(lǐng)域知識的思維引導(dǎo)和綜合能力的培養(yǎng)。軟件工程基礎(chǔ)訓(xùn)練是面向軟件工程專業(yè)大學(xué)低年級開設(shè)的實踐類課程，課程的培養(yǎng)目標(biāo)是在實踐周內(nèi)，使得學(xué)生在具備程序設(shè)計基本能力基礎(chǔ)之上，進一步開展軟件工程訓(xùn)練和實踐，以實現(xiàn)學(xué)生程序基礎(chǔ)、領(lǐng)域興趣和綜合能力三者統(tǒng)一的培養(yǎng)目的[1]。因此，如何在短期內(nèi)達到這一目標(biāo)，將成為本文教學(xué)改革嘗試主要解決的問題。

為配合十三五建設(shè)“雙一流”本科人才培養(yǎng)的計劃實施[2]，根據(jù)一流大學(xué)的本科教育整體要求，積極利用國家精品在線開放課程的優(yōu)秀資源，開展校內(nèi)實踐課程《軟件工程基礎(chǔ)訓(xùn)練》進行混合教學(xué)，將線上的“Python 程序設(shè)計”（國家精品在線開放課程）[3]和“Python 系列專題課”[4]相結(jié)合，開展“1+N實踐型”課程的MOOC/SPOC 混合教學(xué)模式研究，即通過1 門基礎(chǔ)課和N門專題課，實現(xiàn)對學(xué)生程序基礎(chǔ)、領(lǐng)域興趣和綜合能力的培養(yǎng)。

1 傳統(tǒng)程序設(shè)計教學(xué)與綜合能力培養(yǎng)的差距

大學(xué)本科低年級的程序?qū)嵺`類課程的先修課一般是程序語言設(shè)計基礎(chǔ)。程序語言設(shè)計基礎(chǔ)是“大學(xué)計算機”課程的核心，也是培養(yǎng)綜合能力的重要手段。然而，程序設(shè)計類課程的教學(xué)實踐遇到了如下一些問題。

問題1：程序設(shè)計語言的教學(xué)和綜合能力培養(yǎng)之間存在矛盾。傳統(tǒng)語言學(xué)習(xí)在抽象程序與邏輯思維的基礎(chǔ)上，兼顧了程序在計算機上的運行性能。對于學(xué)生來說，花費大量時間在學(xué)習(xí)語法規(guī)則上，忽略了自身綜合能力的培養(yǎng)，面對具體應(yīng)用問題無從下手。程序設(shè)計語言的學(xué)習(xí)，更應(yīng)關(guān)注培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，即利用計算思維的思考方式來求解實際的科學(xué)問題，是信息時代對新一代大學(xué)生綜合能力培養(yǎng)提出的更高要求。

問題2：傳統(tǒng)程序設(shè)計語言教學(xué)存在“理論聯(lián)系實際”的局限性。從教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過32～64 學(xué)時的傳統(tǒng)程序設(shè)計語言教學(xué)，學(xué)生普遍能夠編寫百行左右的代碼，而這種規(guī)模代碼通常只能完成數(shù)學(xué)問題的求解，很難讓學(xué)生們應(yīng)用于解決工作和生活中遇到的普遍問題。特別是隨著計算機和信息技術(shù)的普及，我們的身邊出現(xiàn)了眾多有趣、有用的軟件，而學(xué)生的作業(yè)和這些軟件程序存在著巨大的差距，解決實際生活工作中的問題是學(xué)習(xí)程序設(shè)計的原動力。

問題3：程序設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容與計算機技術(shù)發(fā)展不匹配?！皵?shù)據(jù)分析與展示”“科學(xué)計算和可視化”“網(wǎng)絡(luò)爬蟲與信息提取”“游戲設(shè)計開發(fā)”這些領(lǐng)域的應(yīng)用早已出現(xiàn)在人們的生產(chǎn)生活中，然而對于學(xué)習(xí)過程序設(shè)計的學(xué)生，甚至是經(jīng)過計算機專業(yè)大學(xué)4 年學(xué)習(xí)的學(xué)生，都很難完成相關(guān)領(lǐng)域問題的解決。新的程序設(shè)計語言和開放的程序設(shè)計思想很少被引入大學(xué)教學(xué)中，程序設(shè)計教學(xué)需要隨著計算機技術(shù)發(fā)展而改進，這是面向計算生態(tài)[5]應(yīng)用的Python 語言引入本課題教學(xué)內(nèi)容研究的根本原因。

上述3 個問題的本質(zhì)皆因程序設(shè)計教學(xué)內(nèi)容與方法在培養(yǎng)學(xué)生綜合能力方面存在不足。由于學(xué)時不夠、教學(xué)內(nèi)容專業(yè)性很強，客觀產(chǎn)生了學(xué)生們“學(xué)習(xí)編程但不能解決實際問題”的情況。隨著普通計算機的性能逐漸強大，計算性能不再是求解問題瓶頸，而學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)才是計算機程序教學(xué)關(guān)注的核心。因此，著力培養(yǎng)學(xué)生綜合能力更應(yīng)關(guān)注程序設(shè)計語言的實操性，關(guān)注求解問題的實用性，關(guān)注培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，超越對程序的執(zhí)行性能、代碼的高復(fù)用性或某一個特殊系統(tǒng)中視窗設(shè)計的關(guān)注，讓學(xué)生可以在真正掌握編程語言的同時輕松解決生活中的實際問題，這是本論文教學(xué)改革和研究的主要目的。

2 “1+N實踐型”課程的MOOC/SPOC混合教學(xué)模式研究

“1+N實踐型”課程的MOOC/SPOC 混合教學(xué)模式是指充分利用多個優(yōu)秀在線課程資源，通過翻轉(zhuǎn)課堂的形式，在實踐課程內(nèi)開展MOOC/SPOC 混合教學(xué)。通過一門國家精品在線課程作為程序基礎(chǔ)學(xué)習(xí)，充分考慮學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的多樣性，通過N選1 門的領(lǐng)域?qū)I(yè)課程開展領(lǐng)域?qū)I(yè)知識的學(xué)習(xí)，在課堂內(nèi)開展引導(dǎo)性的討論、答疑和過程評價，從而在較短的實踐課程教學(xué)期間達到綜合能力培養(yǎng)的目標(biāo)。“1+N實踐型”的MOOC/SPOC 混合教學(xué)模式如圖1 所示。

圖1 面向綜合能力培養(yǎng)的程序?qū)嵺`課程MOOC/SPOC 混合教學(xué)模式

“1+N實踐型”課程的MOOC/SPOC 混合教學(xué)模式的優(yōu)勢明顯，既融合了實體課堂與在線教育的翻轉(zhuǎn)課堂混合教學(xué)模式，又平衡了課堂內(nèi)講授與實踐型的課程教育模式，把握了鞏固教學(xué)效果和掌握教學(xué)節(jié)奏的關(guān)鍵。具體優(yōu)勢體現(xiàn)在：

（1）實踐型MOOC/SPOC 翻轉(zhuǎn)課堂的混合教學(xué)模式，極大地解決了學(xué)時不夠、課堂時間難以使學(xué)生掌握知識點、理論與實踐集中講授占用大量時間等實踐型課程的典型問題。通過MOOC/SPOC 的在線學(xué)習(xí)，課堂上重點為答疑、擴展、深入和實踐。教師在整個課程中起引導(dǎo)和學(xué)習(xí)過程監(jiān)督作用。

（2）“1 門基礎(chǔ)”精品課的MOOC/SPOC 翻轉(zhuǎn)課堂混合教學(xué)模式，共享由全國的優(yōu)秀教師精心準(zhǔn)備和講授的課程內(nèi)容和教學(xué)資源。通過精品課完成基本語法的在線學(xué)習(xí)，輔以程序在線評測或虛擬實驗平臺，學(xué)生可以進一步鞏固基礎(chǔ)知識，課堂上重點為概念內(nèi)涵的討論和答疑解惑，教師在該部分的課程中真正起到了提綱挈領(lǐng)的作用。

（3）“N 門領(lǐng)域?qū)ｎ}”的MOOC/SPOC 翻轉(zhuǎn)課堂混合教學(xué)模式，在實踐教學(xué)時間內(nèi)，學(xué)生結(jié)合自己個人的領(lǐng)域興趣，有選擇地精修某1 門領(lǐng)域?qū)ｎ}課，同時鼓勵有精力的學(xué)生開展多門領(lǐng)域?qū)ｎ}課的學(xué)習(xí)。興趣是學(xué)習(xí)最大的動力，對低年級學(xué)生接軌專業(yè)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和培養(yǎng)解決實際問題的能力起到了促進作用，從而實現(xiàn)對學(xué)生的綜合能力培養(yǎng)的目的。在該模式下，課堂上重點為興趣領(lǐng)域?qū)嵺`項目的開展，教師在該部分的課程中主要為答疑解惑、方向引導(dǎo)、過程監(jiān)控、組織協(xié)調(diào)和質(zhì)量評價。

“1+N 實踐型”課程的MOOC/SPOC 混合教學(xué)模式特別適用于以Python 為編程語言的實踐型課程。Python 語言是面向計算生態(tài)的程序設(shè)計語言，本論文的教學(xué)改革研究希望傳遞“理解和運用計算生態(tài)，培養(yǎng)集成創(chuàng)新思維，實現(xiàn)綜合能力培養(yǎng)”的理念。

3 混合教學(xué)模式在軟件工程基礎(chǔ)訓(xùn)練課程中的應(yīng)用

3.1 課程特點分析

《軟件工程基礎(chǔ)訓(xùn)練》作為實踐課程，具有如下特點。

（1）授課對象是軟件工程專業(yè)大學(xué)一年級，作為典型的程序設(shè)計專業(yè)學(xué)生已具備程序設(shè)計基礎(chǔ)，例如已經(jīng)學(xué)習(xí)了一門程序語言，但缺乏應(yīng)用程序開發(fā)能力。分析原因為傳統(tǒng)語言自身特點決定了僅通過基本語法的學(xué)習(xí)不能滿足學(xué)生對多樣性應(yīng)用程序開發(fā)的愿望，因此支持計算生態(tài)應(yīng)用的Python 語言成為該課程的首先編程語言。

（2）課內(nèi)教學(xué)時間短且集中，北京理工大學(xué)校內(nèi)課程學(xué)習(xí)時間為40 學(xué)時，其中包括8 授課學(xué)時和32 實踐學(xué)時，為了充分利用好課內(nèi)學(xué)時，結(jié)合學(xué)生興趣，達到最好的實踐能力培養(yǎng)效果，“1+N”的MOOC/SPOC 混合教學(xué)是目前適合我校實踐型課程最優(yōu)的教學(xué)模式。開展線上線下混合教學(xué)，保證了學(xué)生在實踐期內(nèi)圓滿完成課程內(nèi)容，并達到培養(yǎng)興趣和綜合能力的目的。

3.2 教學(xué)改革內(nèi)容

（1）實踐型課程MOOC/SPOC 混合教學(xué)模式研究。針對已經(jīng)掌握1 門編程語言（如C 語言）的學(xué)生，可以采用“1+N”的MOOC/SPOC 混合教學(xué)模式實踐型課程教學(xué)方法。探索出一種結(jié)合網(wǎng)絡(luò)課程、針對短期、密集、實踐課程的高效率高效果教學(xué)模式和方法，研究線上資源的學(xué)生利用方式、課堂研討的教師利用方式、適用于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方案及課內(nèi)學(xué)時、實踐學(xué)時、作業(yè)學(xué)時方案等。

（2）設(shè)計并實踐MOOC/SPOC 混合教學(xué)模式的《軟件工程基礎(chǔ)訓(xùn)練》課程體系。以《軟件工程基礎(chǔ)訓(xùn)練》為實踐課程為例，設(shè)計一套“1+N”的MOOC/SPOC 混合教學(xué)模式實踐型課程教學(xué)大綱。通過“1 門”線上精品課程的MOOC/SPOC來學(xué)習(xí)Python 程序設(shè)計基礎(chǔ)，“3 選1”的線上專題課程學(xué)習(xí)自己最感興趣的領(lǐng)域編程知識，開展線上線下混合教學(xué)。

（3）提供《軟件工程基礎(chǔ)訓(xùn)練》課程教學(xué)資源。包括教學(xué)PPT、教學(xué)案例集、實驗指導(dǎo)書等，具體教學(xué)資源結(jié)合網(wǎng)絡(luò)爬蟲、游戲開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化等應(yīng)用領(lǐng)域知識，并在Python123 自動評測平臺[6]上構(gòu)建了相關(guān)習(xí)題庫。

3.3 教學(xué)實踐

《軟件工程基礎(chǔ)訓(xùn)練》課程時間為3 個階段，分別為語法基礎(chǔ)學(xué)習(xí)階段、專業(yè)領(lǐng)域軟件實踐階段、編碼和答疑階段。以2016 級學(xué)生為例，介紹3 階段課程的教學(xué)開展情況。

第1 階段為語法基礎(chǔ)學(xué)習(xí)周，通過課堂內(nèi)Python 語言學(xué)習(xí)方法和重點語法講授，與國家精品在線課《Python 語言程序設(shè)計》SPOC 學(xué)習(xí)，學(xué)生基本掌握了Python 語言程序設(shè)計語法，第1階段結(jié)束通過Python123 在線評測系統(tǒng)，學(xué)生在線程序評測百分制成績?yōu)?2.3%。

第2 階段開展專業(yè)領(lǐng)域軟件工程實踐，鼓勵學(xué)生在中國大學(xué)MOOC 在線專題課“Python網(wǎng)絡(luò)爬蟲與信息提取”“Python 游戲開發(fā)入門”“Python 數(shù)據(jù)分析與可視化”“三選一”的線上學(xué)習(xí)，并以1～2 人小組為單位規(guī)劃自己感興趣的軟件工程項目，包括但不限于上述3 門課程所在應(yīng)用領(lǐng)域。課程共組成100 個開發(fā)小組，其中游戲38組，圖形繪制項目34組，網(wǎng)絡(luò)爬蟲14組，其他應(yīng)用14 組，涉及手寫體識別、繪圖板、車牌識別、微信機器人、鋼琴模擬器等。學(xué)生的選題充分體現(xiàn)了學(xué)生興趣的多樣性，如圖2 所示。

圖2 軟件工程項目選題多樣性分析

第3 階段為項目主要編碼和答疑階段，通過組織多次討論和交流，學(xué)生們在課程結(jié)束時完成了規(guī)劃的軟件工程項目，并提交了項目文檔報告和項目代碼。根據(jù)學(xué)生的自評價統(tǒng)計，目標(biāo)完成度達到96%。

4 結(jié) 語

分析傳統(tǒng)程序設(shè)計教學(xué)與綜合能力培養(yǎng)的差距，提出了“1+N 實踐型”課程的MOOC/SPOC混合教學(xué)模式研究，并闡述了該教學(xué)模式的優(yōu)勢。我們通過將線上的“Python 程序設(shè)計”（國家精品在線開放課程）和“Python 系列專題課”相結(jié)合，開展了軟件工程基礎(chǔ)訓(xùn)練混合教學(xué)模式的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法研究。教學(xué)改革和實踐表明，課程教學(xué)內(nèi)容合理、吸引力性強，達到了學(xué)生程序基礎(chǔ)、領(lǐng)域興趣和綜合能力三者統(tǒng)一的培養(yǎng)目的。