谷長龍，羅 娟，李小英

（湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長沙 410012）

0 引言

以C 語言程序設(shè)計為基礎(chǔ)開設(shè)的計算機(jī)基礎(chǔ)課程是電氣類、機(jī)械類和土木類等工科專業(yè)學(xué)生必修的一門公共課程，這些專業(yè)的后續(xù)學(xué)習(xí)對計算機(jī)技能要求較高，例如數(shù)據(jù)分析與處理、模型求解、參數(shù)優(yōu)化等問題的編程實現(xiàn)等。計算機(jī)基礎(chǔ)課程旨在培養(yǎng)學(xué)生的計算思維、問題轉(zhuǎn)換與知識遷移能力，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。然而，該課程實際教學(xué)過程中存在學(xué)生積極性不高、被動學(xué)習(xí)、編程能力訓(xùn)練不足、缺乏團(tuán)隊合作訓(xùn)練等多種問題。本文探索了混合式教學(xué)模式，實踐“慕課+微課+翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)改革，利用優(yōu)質(zhì)慕課資源和自制的微課進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，以任務(wù)為驅(qū)動，幫助學(xué)生內(nèi)化知識以提升實際編程能力，提高了課程實效。

1 問題分析

傳統(tǒng)的面對面課堂教學(xué)模式中，教師多從頭講到尾，按照預(yù)先設(shè)置好的教學(xué)內(nèi)容以及進(jìn)程，甚至是教學(xué)方法傳授知識，學(xué)生以聽課為主，結(jié)合課后作業(yè)和測試對所學(xué)知識進(jìn)行消化吸收，從而完成教學(xué)大綱，是先教后學(xué)的模式［1］。傳統(tǒng)的教學(xué)模式有其固有優(yōu)勢，如知識傳達(dá)的有效性和高效性、課程評估的統(tǒng)一性等。然而，對于程序設(shè)計教學(xué)而言，傳統(tǒng)模式有一定的局限性：

（1）不利于發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。由于教學(xué)內(nèi)容多、課時少，需要花費大量時間講解知識的來龍去脈，課堂經(jīng)常變成老師的舞臺。即使可以設(shè)計好的互動環(huán)節(jié)，也會因為學(xué)生無法跟上進(jìn)度以及時間限制而草草收場。學(xué)生很難較好地參與到課堂中，會逐步感覺到乏味，無法提高其主觀能動性，久而久之，就會對課程失去興趣［2］。對于程序設(shè)計課程來說，編程實踐非常重要。傳統(tǒng)教學(xué)模式中，除了上機(jī)課，學(xué)生的編程實踐多是在課外，很少有時間與老師見面。編程中遇到的很多問題是課堂上老師沒有講到的，只有在實踐動手時才有可能碰到。如果老師不在身邊，很多問題無法解決，長此以往造成問題堆積，學(xué)生將會喪失學(xué)習(xí)積極性。

（2）很難達(dá)成學(xué)生個性化培養(yǎng)的要求。傳統(tǒng)教學(xué)是一種流水線模式，學(xué)生根據(jù)教師制定的明確的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，按照固定的時間和地點進(jìn)行學(xué)習(xí)，無法滿足不同學(xué)生的需求。此外，由于地域差距，學(xué)生層次千差萬別，理解能力和思維方式各不相同，教師只能照顧中間層次及以上的學(xué)生，無法滿足各類學(xué)生的需求［3］，課程知識內(nèi)化程度差異隨著學(xué)生個性、學(xué)習(xí)能力和投入時間的不同而越來越明顯。

（3）學(xué)生動手編程能力訓(xùn)練不足。由于每次課程學(xué)習(xí)缺乏目的性，缺少督促，學(xué)生在課堂之外的編程練習(xí)缺乏指導(dǎo)，碰到困難耽擱時間長，加之作業(yè)完成時間緊，下次課程又是新的內(nèi)容，使得一些學(xué)生動手編程訓(xùn)練不足，作業(yè)易流于形式，抄襲情況屢禁不止。隨著課程學(xué)習(xí)內(nèi)容的增加以及學(xué)習(xí)難度的加深，這種情況越來越嚴(yán)重。

（4）不利于學(xué)生團(tuán)隊合作精神的培養(yǎng)。傳統(tǒng)模式主要將焦點集中在教師身上，容易陷入填鴨式教學(xué)模式，師生課堂交流少，學(xué)生課后忙于完成繁重的作業(yè)，交流幾乎僅限于作業(yè)題目，很少有關(guān)于問題解決方案的探討。學(xué)生之間交流少，體驗不到團(tuán)隊合作的重要性，更無法領(lǐng)會團(tuán)隊如何對相應(yīng)問題進(jìn)行分工協(xié)作［4］。

2 相關(guān)研究

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前的學(xué)習(xí)模式已經(jīng)從單純的面授轉(zhuǎn)變?yōu)榫€上、線下的混合式教學(xué)。所謂混合式學(xué)習(xí)就是將面授學(xué)習(xí)與網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)相結(jié)合，將真實的教室環(huán)境與虛擬的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境相結(jié)合，是自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的混合，是師生之間線下與線上交流的混合［5-6］。

2013 年，教育部批準(zhǔn)清華大學(xué)成立教育部在線教育研究中心，旨在依托學(xué)堂在線慕課（MOOC）平臺，充分發(fā)揮行政體制和市場機(jī)制的力量，探索一種“一體兩翼”的在線教育模式。慕課具有傳統(tǒng)教學(xué)模式不具備的優(yōu)勢［7］：①慕課是一流大學(xué)的名師課程；②學(xué)習(xí)不受時間、地點的約束；③慕課可以通過回看重復(fù)學(xué)習(xí)；④慕課學(xué)習(xí)不需要資歷，不需要入學(xué)考試，只要有學(xué)習(xí)需求的人都可以訪問開放的課程［8］。然而，單純依靠學(xué)生利用慕課資源進(jìn)行自學(xué)不太現(xiàn)實，主要問題包括：①學(xué)習(xí)者會產(chǎn)生注意力障礙和淺層學(xué)習(xí)現(xiàn)象；②碎片化信息堆積不易形成新知識；③學(xué)習(xí)者不知道知識間的內(nèi)在聯(lián)系；④能力培養(yǎng)缺少適合的土壤，學(xué)習(xí)者缺少將所學(xué)知識進(jìn)行過濾、歸納、反饋和創(chuàng)新等深度思考過程；⑤在大量學(xué)習(xí)資源中容易迷茫；⑥課程的深度與廣度不適用于學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程需求。

微課是一種以微視頻為主要載體，針對某個知識點或教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計開發(fā)的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源［9］。微課具有短、小、精、趣等特點，適合隨時隨地學(xué)習(xí)。

翻轉(zhuǎn)課堂是在信息化環(huán)境中，教師提供以教學(xué)視頻為主要形式的學(xué)習(xí)資源，學(xué)生在上課前完成對教學(xué)視頻等學(xué)習(xí)資源的觀看學(xué)習(xí)，師生在課堂上一起完成作業(yè)答疑、協(xié)作探究、互動交流的一種新型教學(xué)模式［10］。其主要優(yōu)點包括：①基于任務(wù)和問題組織教學(xué)，便于學(xué)生知識遷移、知識內(nèi)化能力的培養(yǎng)；②可共享其他高校優(yōu)秀的課程資源；③便于實現(xiàn)個性化和差異化教學(xué)；④教師與學(xué)生之間、學(xué)生們之間互動性增強(qiáng)；⑤學(xué)生變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，有利于主觀能動性的發(fā)揮［11］。

基于“慕課或微課+翻轉(zhuǎn)課堂”的混合教學(xué)模式已經(jīng)得到大量關(guān)注，并且廣泛應(yīng)用于各類課程的教學(xué)改革中。在大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程中運(yùn)用“慕課或微課+翻轉(zhuǎn)課堂”的混合教學(xué)模式正在蓬勃興起，并取得了很好的效果。金燕［12］研究了計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程基于微課學(xué)習(xí)框架的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式；楊蘭娟等［13］在程序設(shè)計基礎(chǔ)課程中應(yīng)用“翻轉(zhuǎn)課堂”模式改進(jìn)教學(xué)；羅麗蘋等［14］引入“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”混合教學(xué)理念，在大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中進(jìn)行大規(guī)模試點，取得了較好效果；趙宏等［16］在大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程中采用MOOC/SPOC 混合式課堂教學(xué)，通過實驗班和對照班的相關(guān)數(shù)據(jù)比較，發(fā)現(xiàn)混合式教學(xué)能很好地訓(xùn)練和提高學(xué)生自主獲取知識的能力。

3 教學(xué)改革方案

針對湖南大學(xué)程序設(shè)計基礎(chǔ)課程中存在的問題，結(jié)合學(xué)生的實際特點，本文主要從制定混合教學(xué)模式和調(diào)整課程考核方式兩個方面進(jìn)行改革，輔以構(gòu)建學(xué)習(xí)社區(qū)幫助解疑答惑，開放課程練習(xí)網(wǎng)上平臺，不限時間、地點和次數(shù)練習(xí)，以及建設(shè)習(xí)題庫等工作。

本文制定了選用優(yōu)質(zhì)慕課，建設(shè)針對具體問題的微課，抓好翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)的混合教學(xué)模式。在眾多C 語言程序設(shè)計課程資源中，選擇了浙江大學(xué)翁愷老師的慕課；另針對課程知識點和教學(xué)環(huán)節(jié)制作了微課資源，包括26 個習(xí)題講解微課、6 個重點難度微課、8 個實踐指導(dǎo)微課以及34個課程回顧微課，每個微課視頻時長5～15min 不等；采用任務(wù)驅(qū)動，抓好翻轉(zhuǎn)課堂。課程教學(xué)的具體流程如圖1 所示。

混合教學(xué)模式要求學(xué)生在開課之前劃分好學(xué)習(xí)小組，每組4～6 人。在課前給定學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生在線上進(jìn)行知識點對應(yīng)的慕課或微課學(xué)習(xí)，完成預(yù)習(xí)測試題，并以小組為單位進(jìn)行問題收集。為解決學(xué)生的基礎(chǔ)差異，布置不同層次的任務(wù)內(nèi)容，鼓勵基礎(chǔ)好的學(xué)生觀看知識深化或拓展方面的慕課，為基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生增設(shè)計算機(jī)基礎(chǔ)知識慕課。

課堂教學(xué)環(huán)節(jié)要求學(xué)生自帶筆記本電腦等設(shè)備，教師發(fā)布討論主題及相關(guān)練習(xí)內(nèi)容，并對討論提出具體要求，學(xué)生按分組進(jìn)行討論或編程練習(xí)。組間討論或練習(xí)時，教師在課堂內(nèi)巡視，針對共性問題進(jìn)行講解，或針對某個同學(xué)單獨指導(dǎo)。為發(fā)揮育人作用，還應(yīng)在任務(wù)中融入思政元素。學(xué)生成為課堂主體，在討論及上機(jī)練習(xí)過程中理解知識，在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題可以在課堂上與教師或小組的互動中得到解決。學(xué)生們在課堂上邊討論邊練習(xí)，能增強(qiáng)其動手能力，避免長時間思考某個問題而影響后續(xù)學(xué)習(xí)，保證課后鞏固練習(xí)時間充裕。完成討論或練習(xí)后，教師進(jìn)行總結(jié)，分析優(yōu)點和不足，給出自己的觀點供學(xué)生參考，并對問題進(jìn)行擴(kuò)展，給學(xué)生足夠的思考空間，使其有繼續(xù)深入學(xué)習(xí)的沖動。學(xué)生通過老師的講解，梳理解決問題的思路，使知識內(nèi)化，通過對延伸問題的思索產(chǎn)生強(qiáng)烈的深入了解的熱情。

Fig.1 Flow of mixed teaching mode圖1 混合教學(xué)模式流程

在課后環(huán)節(jié)，教師還要收集學(xué)情反饋，以便及時調(diào)整教學(xué)計劃。學(xué)生通過成績反饋明確對知識的掌握程度，通過參考答案彌補(bǔ)不足，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量，為下階段學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。

4 混合教學(xué)模式實施案例

以下采用課堂實例展示混合教學(xué)模式，討論主題是排序算法。對于非計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來說，排序算法一直都是重點和難點。老師在課前布置了慕課視頻學(xué)習(xí)，并且專門制作了冒泡排序算法原理及C 語言實現(xiàn)的微課。通過課前作業(yè)完成情況可知，約有一半的學(xué)生可以完成“從鍵盤輸入10 個浮點數(shù)存入數(shù)組，調(diào)用自定義函數(shù)完成對數(shù)組元素排升序”的基本排序問題。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，地點在我校智慧教室，有5 個獨立的投影屏幕供學(xué)生使用，學(xué)生可以方便地上傳自己的代碼到投影屏幕，適合開展討論教學(xué)。課堂教學(xué)班每班30 人，6 人一組，每個討論組共享一個投影屏幕。

（1）教師點評課前作業(yè)，講解冒泡排序算法以及實現(xiàn)過程，學(xué)生當(dāng)場實現(xiàn)，教師現(xiàn)場指導(dǎo)，除了個別同學(xué)外，基本都可以完成，耗時20min。這個環(huán)節(jié)的主要目的是鞏固教學(xué)的基本要求，學(xué)生學(xué)會一種基本排序算法，則目的達(dá)成。

（2）教師講解選擇排序算法原理，學(xué)生分組討論，畫出流程圖，并根據(jù)流程圖進(jìn)行代碼實現(xiàn)，教師參與各小組互動交流，6 個小組有1 個沒有完全實現(xiàn)，排序結(jié)果有錯誤，其他小組完成良好，耗時20min。

（3）教師點評，分享事先準(zhǔn)備好的流程圖及實現(xiàn)代碼，供學(xué)生參考比較。

（4）教師引入time 庫，講解C 語言程序運(yùn)行時間測試方法；講解隨機(jī)數(shù)，用隨機(jī)數(shù)生成方法取代鍵盤輸入生成數(shù)組測試數(shù)據(jù)。學(xué)生分組討論，分別測試冒泡排序、選擇排序算法對1 000、10 000、100 000 個數(shù)字進(jìn)行排序需要多少時間，此階段耗時20min。

（5）教師點評，對問題進(jìn)行擴(kuò)展，例如如何判定程序運(yùn)行效率，引入時間復(fù)雜度分析，是否有更高效的排序算法處理數(shù)據(jù)量很大的情況，并講解快速排序算法的思想及實現(xiàn)流程，耗時25min。

課堂教學(xué)結(jié)束后基本教學(xué)要求已經(jīng)達(dá)成，教師發(fā)布快速排序算法原理微課及原理圖，布置課后習(xí)題要求學(xué)生實現(xiàn)快速排序算法，總結(jié)本次課程的成功與不足之處，發(fā)布各部分考核成績。

在混合式教學(xué)中，學(xué)生是主體，教師更多的是分析問題和推動教學(xué)進(jìn)展。學(xué)生主動參與到教學(xué)的每個環(huán)節(jié)中，而不是被動接受知識，易于發(fā)揮主觀能動性。此外，由于學(xué)生課前已經(jīng)掌握基本知識，有利于教師推動教學(xué)的深度和廣度，開拓學(xué)生視野，提高其分析和解決問題的能力。

5 考核方式和滿意度調(diào)查

課程考核是教學(xué)活動中至關(guān)重要的一環(huán)，通過評估和分析教學(xué)效果，有助于指導(dǎo)下一輪教學(xué)的開展，使教學(xué)活動成為完整的閉環(huán)。為保證混合式教學(xué)工作順序進(jìn)行，從多維度衡量學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，本文調(diào)整了課程考核方式：首先增加課程的階段性考核，將課前和課堂學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)計入考核范圍，然后調(diào)整各項成績占比。

課程的階段性考核是老師了解學(xué)生掌握知識程度的主要手段，而且通過反饋可以激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，幫助、提醒學(xué)生填補(bǔ)空白，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。課堂學(xué)習(xí)中群組討論（含群組練習(xí)）是培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)體協(xié)作能力的重要環(huán)節(jié)，但是群組討論成績考核要避免“吃大鍋飯”，需分清主次貢獻(xiàn)。課程作業(yè)均為C 語言程序，教學(xué)任務(wù)也是讓學(xué)生掌握程序設(shè)計的基本方法，因此課前、課后作業(yè)均采用自動評閱系統(tǒng)，避免給教師帶來批閱作業(yè)的壓力，也可公正客觀地考核學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。群組討論考核由學(xué)生和助教完成，分為討論參與度和實現(xiàn)代碼兩部分，各占50%。統(tǒng)一發(fā)布考核標(biāo)準(zhǔn)，每次討論課結(jié)束后由學(xué)生互評討論參與度分?jǐn)?shù)，助教完成學(xué)生的實現(xiàn)代碼評分。群組討論考核標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示。

Table 1 Assessment criteria for group discussion表1 群組討論考核標(biāo)準(zhǔn)

三項成績按比例共同組成平時成績，其中課前和課后作業(yè)各占30%，群組討論成績占40%。最終課程考核成績中，平時成績占40%，期中考試成績占20%，期末考試成績占40%。

本項教學(xué)改革實驗在湖南大學(xué)土木2019 級9 班和10班學(xué)生中進(jìn)行，期末考試為全校非計算機(jī)專業(yè)程序設(shè)計課程統(tǒng)一考試，從同一個題庫中抽取同樣難度的考題，考試形式為上機(jī)操作，由機(jī)器判分。對10 班學(xué)生和同年級同專業(yè)的2 班學(xué)生的期末考試成績進(jìn)行對比分析，得到各分?jǐn)?shù)段學(xué)生占比及平均成績，如圖2 所示。

土木10 班共29 人，期末考試平均分為73.35 分；土木2班共31 人，平均分為59.00 分。土木10 班90 分以上6 人，占班級總?cè)藬?shù)的20.69%；土木2 班90 分以上3 人，占9.68%。土木10 班不及格6 人，占20.69%；土木2 班不及格16 人，占51.61%。同時對實驗班級的學(xué)生進(jìn)行了滿意度調(diào)查，包括課程挑戰(zhàn)度、教師教學(xué)技能、師生互動和教學(xué)效果4 項指標(biāo)。結(jié)果表明，各項評價（數(shù)據(jù)統(tǒng)計來源于本校信息化平臺的評教系統(tǒng)）優(yōu)秀占比均超過95%，教學(xué)改革獲得了學(xué)生的認(rèn)可。

Fig.2 Proportion of final grades of class 10 and class 2圖2 10 班和2 班期末成績各段占比

6 結(jié)語

在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的時代背景下，豐富的網(wǎng)絡(luò)課程為教學(xué)改革提供了良好的資源，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式和需求已經(jīng)與網(wǎng)絡(luò)資源息息相關(guān)。傳統(tǒng)的教學(xué)模式中學(xué)生被動學(xué)習(xí)，很難滿足個性化、差異化的群體需求，師生間交流較少，學(xué)生編程能力訓(xùn)練不足，缺乏團(tuán)隊合作。針對目前傳統(tǒng)教學(xué)模式的缺陷，本文進(jìn)行了混合式教學(xué)改革，通過任務(wù)驅(qū)動的“慕課+微課+翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式提高學(xué)生的參與度，并通過調(diào)整考核方式，從多維度評價學(xué)習(xí)效果，著重培養(yǎng)學(xué)生通過程序解決問題的能力，以及計算思維能力和團(tuán)隊協(xié)作能力。通過課程期末成績對比和學(xué)生滿意度調(diào)查，絕大部分學(xué)生可以達(dá)到課程大綱要求，符合教學(xué)改革預(yù)期。然而，在教改實踐中仍存在翻轉(zhuǎn)課堂如何保證課堂討論或練習(xí)進(jìn)度、學(xué)生設(shè)備管理等問題，有待進(jìn)一步探討。