何穎剛 鄭如濱 葉曉紅 夏麗麗 王宇

摘? 要：針對(duì)新工科建設(shè)對(duì)人才培養(yǎng)的需求，基于課堂派和PTA雙平臺(tái)，對(duì)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程展開混合式教學(xué)改革。利用課堂派平臺(tái)豐富的教學(xué)資源、教學(xué)工具，結(jié)合PTA平臺(tái)的OJ系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)課前、課中、課后混合式教學(xué)模式，訓(xùn)練和提高學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力和計(jì)算思維能力。實(shí)踐表明，基于課堂派和PTA平臺(tái)的混合式教學(xué)模式能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，顯著提升教學(xué)效果、教學(xué)質(zhì)量，為今后其他程序設(shè)計(jì)類課程改革的探索提供有價(jià)值的借鑒。

關(guān)鍵詞：混合式教學(xué);課堂派;PTA;C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP39;G642? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2021）23-0183-04

Practice and Exploration of Blended Learning Mode Based on Ketangpai

and PTA Platform

HE Yinggang1， ZHENG Rubin2， YE Xiaohong1， XIA Lili1， WANG Yu1

（Chengyi University College， Jimei University， Fujian? 361021， China; 2.College of Computer Engineering， Jimei University， Xiamen? 361021， China）

Abstract： According to the requirements of talent training in the construction of new engineering， based on the dual platforms of Ketangpai and PTA， the blended teachihng reform of C language programming course is carried out. Making use of the rich teaching resources and teaching tools of the Ketangpai platform， combined with the OJ system advantages of PTA platform， design the blended learning mode before， during and after class， train and improve students’ programming ability and computational thinking ability. Practice shows that the blended learning mode based on Ketangpai and PTA platform can effectively stimulate students’ learning interest， enhance their learning initiative and enthusiasm， significantly improve teaching effect and teaching quality， and provide valuable reference for the exploration of other programming course reform in the future.

Keywords： blended learning; Ketangpai; PTA; C language programming

0? 引? 言

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新一輪科技和產(chǎn)業(yè)興起和發(fā)展，加快培養(yǎng)新興領(lǐng)域工程科技人才勢(shì)在必行。近年來(lái)教育部大力推進(jìn)全國(guó)高校“新工科”建設(shè)，2017年2月18日，教育部在復(fù)旦大學(xué)召開了高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)，會(huì)議達(dá)成了“復(fù)旦共識(shí)”[1]。2017年4月8日，教育部在天津大學(xué)召開新工科建設(shè)研討會(huì)，發(fā)布了“天大行動(dòng)”[2]建設(shè)行動(dòng)路線。2017年6月12日教育部發(fā)布《新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目指南》，指南中要求以一流人才培養(yǎng)、一流本科教育、一流專業(yè)建設(shè)為目標(biāo)，以實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0版”為抓手，把握工科的新要求、加快建設(shè)發(fā)展新興工科，持續(xù)深化工程教育改革，培養(yǎng)德學(xué)兼修、德才兼?zhèn)涞母咚刭|(zhì)工程人才[3]。新工科建設(shè)要求高校更新人才培養(yǎng)體系，探索和建設(shè)新的課程結(jié)構(gòu)、新的教學(xué)方法、新的教學(xué)內(nèi)容。

C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程是軟件工程專業(yè)基礎(chǔ)必修課，課程目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生良好的程序設(shè)計(jì)技能和計(jì)算思維能力，培養(yǎng)分析和解決實(shí)際工程問題能力，并為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。因此，研究和探索新的課程教學(xué)和方法，提高課程學(xué)習(xí)效果，對(duì)于新工科背景下的軟件工程專業(yè)建設(shè)具有重要的意義。

慕課MOOC（Massive Open Online Course）即大規(guī)模開放在線課程，是一種教育受眾面廣（大規(guī)模）、開放的、基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的在線課程[4]。眾多高校教師不斷在探索基于慕課的新教學(xué)模式，例如，李娟、高麗平[5]在教學(xué)實(shí)踐中提出“SPOC+OJ系統(tǒng)”的混合教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)了“翻轉(zhuǎn)課堂”，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。王達(dá)、張坤[6]等將雨課堂應(yīng)用于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中，設(shè)計(jì)三段式導(dǎo)學(xué)模式，提高了教學(xué)質(zhì)量。李穎[7]等基于“超星學(xué)習(xí)通”APP，探索了混合式教學(xué)改革，也取得了不錯(cuò)的教學(xué)效果。

本文通過(guò)在C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程中引入課堂派互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)和浙江大學(xué)自主研發(fā)的OJ系統(tǒng)——PTA，實(shí)現(xiàn)混合式教學(xué)。利用互聯(lián)網(wǎng)思維重構(gòu)教學(xué)方法、貫通教學(xué)過(guò)程，通過(guò)OJ系統(tǒng)競(jìng)賽式程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，提高教學(xué)效果和學(xué)習(xí)質(zhì)量。同時(shí)，基于雙平臺(tái)的教學(xué)架構(gòu)解決了傳統(tǒng)教學(xué)方法單一、實(shí)驗(yàn)過(guò)程監(jiān)控不足、成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系簡(jiǎn)單等問題，對(duì)提高教學(xué)效率、提升教學(xué)效果具有積極的意義。

1? 課程教學(xué)現(xiàn)狀

C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程是一門理工科類專業(yè)均開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，課程知識(shí)點(diǎn)繁多、教學(xué)難度大，同時(shí)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性要求。課程對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力、邏輯思維能力、問題求解能力和基本編程能力具有重要的影響。傳統(tǒng)的課程教學(xué)主要在課堂內(nèi)完成，以教師講授、操作示范、學(xué)生練習(xí)、教師輔導(dǎo)為主要形式[8]。傳統(tǒng)教學(xué)模式存在“重知識(shí)、輕技能、重語(yǔ)法、輕思維”的弊端，課程之間無(wú)法達(dá)到無(wú)縫銜接[9]。難以培養(yǎng)學(xué)生建立編程思想、難以把實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型、難以應(yīng)用解決實(shí)際問題[10]。單一的教學(xué)形式和枯燥的理論講解，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。教師在教學(xué)過(guò)程中花費(fèi)大量的時(shí)間，卻無(wú)法有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生雖然學(xué)習(xí)了語(yǔ)法規(guī)則和一些算法，但是遇到實(shí)際問題或復(fù)雜問題，依然無(wú)法編程解決。此外，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課上教師需要面對(duì)的是幾十位學(xué)生。由于學(xué)生學(xué)習(xí)能力存在差異，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中常常會(huì)遇到很多問題，需要老師幫助調(diào)試和知道。因此，實(shí)驗(yàn)課上教師工作量巨大，常常為了個(gè)別學(xué)生的程序調(diào)試、查錯(cuò)，而耽誤了對(duì)大多數(shù)學(xué)生的輔導(dǎo)。傳統(tǒng)的教學(xué)方法已經(jīng)不能滿足新工科建設(shè)對(duì)于課程的要求，課程的教學(xué)模式需要進(jìn)行改革。

2? 基于課堂派和PTA平臺(tái)的混合式教學(xué)模式設(shè)計(jì)

課程組在課堂派和PTA平臺(tái)上建設(shè)“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”在線課程和在線實(shí)驗(yàn)，并在我院軟件工程專業(yè)本科生開展雙平臺(tái)混合式教學(xué)改革實(shí)踐，混合式教學(xué)模式設(shè)計(jì)如圖1所示。借助圖中左右兩側(cè)的課堂派和PTA雙平臺(tái)，將課前、課中、課后學(xué)習(xí)過(guò)程有機(jī)聯(lián)系起來(lái)，開展靈活和高效的教學(xué)過(guò)程，基于課堂派和PTA平臺(tái)的混合式教學(xué)模式如圖1所示。

（1）課前預(yù)習(xí)。課程組首先根據(jù)工程教育標(biāo)準(zhǔn)，將課程知識(shí)點(diǎn)和能力要求，細(xì)分到每節(jié)課程的授課內(nèi)容中，針對(duì)能力要求，分為理解、掌握、運(yùn)用三個(gè)層次，然后根據(jù)知識(shí)點(diǎn)和達(dá)成目標(biāo)，編排預(yù)習(xí)視頻、課堂互動(dòng)課件、PTA實(shí)驗(yàn)題目集和課后練習(xí)等。課前通過(guò)課堂派向?qū)W生手機(jī)微信推送預(yù)習(xí)任務(wù)，并統(tǒng)計(jì)預(yù)習(xí)人數(shù)、任務(wù)完成數(shù)等數(shù)據(jù)。

（2）課中學(xué)習(xí)與實(shí)踐。教師首先進(jìn)行30～40分鐘的知識(shí)講解，講授核心內(nèi)容，并通過(guò)課堂派搶答、互動(dòng)答題、隨機(jī)點(diǎn)名答題等功能，與學(xué)生進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂互動(dòng)教學(xué)。然后在PTA平臺(tái)發(fā)布約30分鐘的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，實(shí)驗(yàn)任務(wù)題目由易到難、層層遞進(jìn)，從基礎(chǔ)語(yǔ)法到設(shè)計(jì)算法讓學(xué)生在分析問題、設(shè)計(jì)算法、代碼實(shí)現(xiàn)的循環(huán)實(shí)踐過(guò)程中，不斷編程、調(diào)試、改進(jìn)，逐步掌握理論、語(yǔ)法，培養(yǎng)程序設(shè)計(jì)思想和計(jì)算思維能力。

在學(xué)生編程的同時(shí)，教師通過(guò)如圖2所示的PTA平臺(tái)代碼提交列表查看功能，可從題目和學(xué)生兩個(gè)維度，實(shí)時(shí)監(jiān)控學(xué)生提交代碼的次數(shù)、代碼測(cè)試通過(guò)與否、獲得分值、代碼運(yùn)行狀況等等。通過(guò)對(duì)代碼質(zhì)量的監(jiān)控實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生編程技能的客觀評(píng)價(jià)，使得教師能夠把握班級(jí)每位同學(xué)的學(xué)習(xí)效果。PTA平臺(tái)OJ系統(tǒng)對(duì)于代碼提交運(yùn)行結(jié)果，分為“編譯錯(cuò)誤、部分正確、格式錯(cuò)誤、運(yùn)行超時(shí)、運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤、答案正確等多種類型，教師通過(guò)點(diǎn)擊學(xué)生提交的錯(cuò)誤代碼，還可發(fā)現(xiàn)普遍存在的問題，匯總和分析后，在輔導(dǎo)和答疑階段進(jìn)行統(tǒng)一說(shuō)明，從而提高課堂答疑的針對(duì)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)全體同學(xué)的有效指導(dǎo)。

課堂教學(xué)最后階段，教師對(duì)OJ習(xí)題進(jìn)行約15分鐘的講解和答疑。通過(guò)如圖3所示的PTA平臺(tái)的習(xí)題集“排名”功能，教師可了解學(xué)生對(duì)題目解答進(jìn)度和得分情況，將精力放在針對(duì)難點(diǎn)的評(píng)析，提高課堂效率。通過(guò)排名頁(yè)面，教師還可以發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)懈怠同學(xué)，并進(jìn)行督促。此外，排名功能提供了一種模擬ACM競(jìng)賽的場(chǎng)景，由于每道題目具有測(cè)試點(diǎn)，通過(guò)測(cè)試點(diǎn)可獲一定分值，提交代碼后，學(xué)生可實(shí)時(shí)看自己的排名，并籍由排名高低可獲得參加競(jìng)賽般的滿足感，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)的積極性。

（3）課后練習(xí)鞏固。教師通過(guò)發(fā)布課堂派自測(cè)、PTA作業(yè)，讓學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)進(jìn)行鞏固。借助PTA平臺(tái)試卷分析功能，教師可以從知識(shí)點(diǎn)得分、得分率分布、人數(shù)分布等多個(gè)維度，掌握學(xué)生對(duì)該次課程知識(shí)點(diǎn)掌握情況，并為后續(xù)課程的改進(jìn)和開展，進(jìn)行合理的規(guī)劃。

3? C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程建設(shè)

3.1? 課堂派平臺(tái)課程資源建設(shè)

課堂派是由北京愛課互動(dòng)科技有限公司開發(fā)的一款在線課堂管理平臺(tái)，集在線直播教學(xué)、課堂互動(dòng)、實(shí)時(shí)測(cè)評(píng)、協(xié)同備課、作業(yè)和練習(xí)、成績(jī)管理、教學(xué)數(shù)據(jù)分析等多重功能為一體。目前，全國(guó)包括北京大學(xué)、中國(guó)人民大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、廈門大學(xué)等6 000多所學(xué)校正在使用“課堂派”[11]?；谡n堂派的教學(xué)活動(dòng)組織安排，主要集中于課前和課后階段。課前，教學(xué)小組教師根據(jù)教學(xué)大綱和要求，精心選取省級(jí)精品課程配套教材。詳細(xì)制定教學(xué)計(jì)劃，設(shè)計(jì)編排每節(jié)課知識(shí)點(diǎn)，制作教案和互動(dòng)課件，并通過(guò)課堂派題庫(kù)功能，按照章節(jié)和知識(shí)點(diǎn)建設(shè)題庫(kù)。在線課程資源如圖4所示，包含課程簡(jiǎn)介、互動(dòng)課件、題庫(kù)、參考資料、課堂錄像、作業(yè)、試卷、互動(dòng)答題等等。

3.2? PTA平臺(tái)課程資源建設(shè)

Online Judge系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱OJ）是基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的在線測(cè)評(píng)系統(tǒng)，最初在ACM-ICPC國(guó)際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽中用于自動(dòng)判題。國(guó)內(nèi)不少大學(xué)均建立或開發(fā)自主OJ平臺(tái)，其中運(yùn)用最廣泛的OJ系統(tǒng)屬浙江大學(xué)PTA平臺(tái)。程序設(shè)計(jì)類教學(xué)輔助教學(xué)平臺(tái)（Programming Teaching Assistant， PTA）是浙江大學(xué)國(guó)家級(jí)程序設(shè)計(jì)系列課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)與網(wǎng)易公司、杭州百騰教育科技有限公司合作推出面向高校和社會(huì)的程序自動(dòng)評(píng)測(cè)、開放式的教學(xué)輔助平臺(tái)。PAT平臺(tái)提供了判斷題、選擇題、填空題、編程題和主觀題等多種類型題型的支持，并可按知識(shí)點(diǎn)和難易度進(jìn)行題目分類。在創(chuàng)建題目時(shí)，教師可輸入題目描述、分值、難度、解題報(bào)告，并可以通過(guò)設(shè)定多組測(cè)試數(shù)據(jù)，從多方面對(duì)學(xué)生的答題代碼進(jìn)行驗(yàn)證。由于學(xué)生提交的答題代碼很少一次可以通過(guò)所有測(cè)試點(diǎn)，因此，很多學(xué)生編程中的一項(xiàng)樂趣和挑戰(zhàn)就是研究思考如何修改代碼以通過(guò)所有測(cè)試點(diǎn)。同時(shí)，教師利用系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)評(píng)功能，大大減輕了批改學(xué)生代碼的工作量，使得教師可以將更多的精力集中在教學(xué)上，提高課堂教學(xué)效率。

程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的目標(biāo)重點(diǎn)在培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力、利用程序解決實(shí)際問題的能力。因此，在實(shí)驗(yàn)課前，根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)和知識(shí)點(diǎn)，在題庫(kù)中精心挑選編程題、函數(shù)題，按由易到難、由基礎(chǔ)理論實(shí)踐到工程問題解決的順序進(jìn)行組卷，從而達(dá)到循序漸進(jìn)鍛煉學(xué)生編程技能和計(jì)算思維能力的目的。PTA平臺(tái)的創(chuàng)建題目集功能為教師統(tǒng)一備課、選題、組卷提供了極大的幫助。此外，教師可使用分享碼，將題目集分享給同課程組教師，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)小組備課、資源共享，極大減輕教師工作量。

3.3? 課程考核評(píng)價(jià)方式

基于雙平臺(tái)的課程教學(xué)方式需要與之相匹配的考核方式?？疾旖虒W(xué)改革成效，應(yīng)當(dāng)從課程全過(guò)程分析學(xué)生每次課堂學(xué)習(xí)效果、實(shí)驗(yàn)作業(yè)成績(jī)。傳統(tǒng)課程考核方式以期末考試為主，缺乏對(duì)過(guò)程性、形成性的評(píng)價(jià)。使得學(xué)生依賴于考前進(jìn)行突擊復(fù)習(xí)，死記硬背語(yǔ)法格式等，沒有真正形成程序設(shè)計(jì)能力和計(jì)算思維能力。因此，設(shè)計(jì)基于全要素、過(guò)程性的教學(xué)考核方案也是本次課程改革的重要目標(biāo)之一。本次教學(xué)改革考核評(píng)價(jià)由三部分組成：期末考試占60%，實(shí)驗(yàn)和作業(yè)占25%，平時(shí)成績(jī)占15%（包括考勤、課堂互動(dòng)、課堂表現(xiàn)等等）。

4? 教學(xué)效果分析

以本校軟件工程專業(yè)為研究對(duì)象，采用問卷調(diào)查的形式調(diào)研課堂派+PTA混合式教學(xué)的效果。在2019和2020級(jí)班級(jí)中發(fā)放了50份調(diào)查問卷，回收有效問卷50份，調(diào)查結(jié)果顯示92%的同學(xué)認(rèn)為PTA程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)非常有幫助，86%的同學(xué)認(rèn)為課堂派平臺(tái)在增加課堂互動(dòng)、提高課堂注意力、提升課堂學(xué)習(xí)質(zhì)量效果顯著。90%的同學(xué)認(rèn)為課堂派+PTA的混合式教學(xué)，對(duì)學(xué)習(xí)的幫助優(yōu)于使用單一的課程平臺(tái)。實(shí)踐證明，采用基于雙平臺(tái)混合式教學(xué)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)意愿、信心和能力得到了明顯的提高。同時(shí)，參加大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽的人數(shù)和獲獎(jiǎng)等級(jí)逐年提升。

5? 結(jié)? 論

相比于傳統(tǒng)教學(xué)模式和使用單一平臺(tái)教學(xué)模式而言，基于課堂派和PTA平臺(tái)的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程混合式教學(xué)模式實(shí)踐，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提升學(xué)習(xí)效果;使得教師能夠更加靈活的組織和管理教學(xué)全過(guò)程，提高了教學(xué)效率，提升了教學(xué)質(zhì)量。教學(xué)模式對(duì)開展一流本科課程建設(shè)，樹立課程建設(shè)新理念，推進(jìn)課程改革創(chuàng)新有著參考意義。

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作者簡(jiǎn)介：何穎剛（1981—），男，漢族，福建漳州人，講師，碩士，研究方向：機(jī)器學(xué)習(xí)、圖像處理、人工智能。