馮艷君，王紅霞，馬秀麗

（沈陽理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧沈陽 110159）

隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計(jì)算的飛速發(fā)展，新技術(shù)與各行各業(yè)實(shí)現(xiàn)了深度融合，產(chǎn)生了第四次工業(yè)革命下的工程新業(yè)態(tài)，這就為高等院校的人才培養(yǎng)提出了更高的要求。相對(duì)于傳統(tǒng)的工科人才，未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要的是工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型的“新工科”人才。［1］24程序設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與新工科的關(guān)鍵，對(duì)未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)起到引領(lǐng)作用。［2］C 語言程序設(shè)計(jì)是大部分工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)大學(xué)生后續(xù)信息類課程的學(xué)習(xí)及程序設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用?；诖?，通過分析現(xiàn)代大學(xué)生特點(diǎn)和原有教學(xué)模式的弊端，對(duì)C 語言課程進(jìn)行教學(xué)改革，采用“線下體驗(yàn)式教學(xué)+線上輔助教學(xué)”混合教學(xué)模式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加深算法設(shè)計(jì)和編程感受，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，注重計(jì)算思維訓(xùn)練和上機(jī)編程實(shí)踐，以期提高學(xué)生的信息技術(shù)能力和自身綜合素質(zhì)。

一、C語言教學(xué)現(xiàn)狀

C 語言課程是大部分工科專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課，通常設(shè)置在大學(xué)本科第一學(xué)期，這對(duì)于剛上大學(xué)的大一新生來說，既有利又有弊。學(xué)生剛剛步入大學(xué)，對(duì)于各種事物都充滿了新鮮感和好奇心，尤其是程序設(shè)計(jì)，通過編程能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析，甚至做出各種有趣的游戲，這對(duì)于伴隨著電腦游戲長(zhǎng)大的新一代大學(xué)生來說，應(yīng)該具有很大的誘惑力。但是，學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)對(duì)于他們來說又有著一定的難度，因?yàn)榇蟛糠謱W(xué)生在上大學(xué)前對(duì)計(jì)算機(jī)原理一無所知，沒有上機(jī)編程經(jīng)驗(yàn)，頭腦中沒有程序設(shè)計(jì)的概念。再加上他們初次離開父母容易放飛自我，需要逐步適應(yīng)自我管理、自我學(xué)習(xí)總結(jié)的大學(xué)學(xué)習(xí)特點(diǎn)。除此之外，他們既懷著希望老師細(xì)致講解的依賴心理，又具有反抗“填鴨式”教學(xué)的叛逆心理，因此如何化解學(xué)生的這種矛盾心理，使學(xué)生樂于學(xué)習(xí)、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，是大學(xué)老師面臨的重要問題。

C 語言課程主要講授C 語言編程語法和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想。傳統(tǒng)的教學(xué)模式是：教師先介紹語法格式，再介紹具體程序，這種教學(xué)思路主要的目的是讓學(xué)生熟練地掌握C 語言語法，但卻忽視了學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)和編程能力的提高，而后者本應(yīng)是C 語言課程教學(xué)的重點(diǎn)。這種“一言堂”“灌輸式”的講解比較枯燥，容易使學(xué)生失去學(xué)習(xí)的興趣，同時(shí)也不利于學(xué)生養(yǎng)成主動(dòng)思考的習(xí)慣。傳統(tǒng)的大班教學(xué)方式又使教師無法在一堂課內(nèi)掌握所有學(xué)生的接受情況，不能及時(shí)解決學(xué)生的知識(shí)困惑，從而使C 語言課程的教學(xué)效果大打折扣。計(jì)算機(jī)行業(yè)是一個(gè)持續(xù)飛速發(fā)展的行業(yè)，技術(shù)在不斷進(jìn)步，學(xué)生需要具備終生學(xué)習(xí)的能力，否則就會(huì)被社會(huì)所淘汰。［3］大學(xué)教師承擔(dān)著傳授學(xué)生如何學(xué)習(xí)、引導(dǎo)學(xué)生找準(zhǔn)自己職業(yè)方向的重要責(zé)任，這也是高等教育“立德樹人”的根本目標(biāo)。因此，有必要改革C 語言課程教學(xué)模式，改進(jìn)教學(xué)方法，回歸“授人以漁”的教學(xué)初心，以“學(xué)以致用、學(xué)用結(jié)合”為教學(xué)目標(biāo)，以培養(yǎng)計(jì)算思維和編程能力為教學(xué)重點(diǎn)，最終提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，助力學(xué)生終生成長(zhǎng)。

二、基于“線下體驗(yàn)式教學(xué)+線上輔助教學(xué)”的混合教學(xué)模式

基于上述問題，提出“線下體驗(yàn)式教學(xué)+線上輔助教學(xué)”的混合教學(xué)模式，具體來說，線下將傳統(tǒng)的課堂搬到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行小班授課，利用“電子教室”使學(xué)生近距離體驗(yàn)算法設(shè)計(jì)和編程實(shí)現(xiàn)的整個(gè)過程，同時(shí)采用問題導(dǎo)向法等有效的教學(xué)方法和小組競(jìng)賽等競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并精簡(jiǎn)講授內(nèi)容，增加課堂互動(dòng)和上機(jī)訓(xùn)練，使學(xué)生當(dāng)堂消化所學(xué)內(nèi)容。當(dāng)然，課堂時(shí)間有限，學(xué)生感悟能力參差不齊，為了保證全員跟進(jìn)，課前和課后均利用資源豐富的MOOC 平臺(tái)安排線上形式的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)任務(wù)，作業(yè)和答疑也依靠線上進(jìn)行，結(jié)合MOOC 平臺(tái)的過程數(shù)據(jù)和期末考試結(jié)果綜合評(píng)判學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。基于“線下體驗(yàn)式教學(xué)+線上輔助教學(xué)”混合教學(xué)模式的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 基于“線下體驗(yàn)式教學(xué)+線上輔助教學(xué)”混合教學(xué)模式的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

1.線下體驗(yàn)式教學(xué)模式實(shí)施方案

（1）基于“電子教室”的小班授課。“電子教室”是一種在局域網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)的多媒體信息交互平臺(tái),是集教學(xué)、控制、管理和電子點(diǎn)名等功能于一體的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件。［4］本校的信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室均安裝了“電子教室”軟件，將傳統(tǒng)的“大班”授課改成基于“電子教室”的小班授課，這樣，教師在講解的同時(shí)，學(xué)生人手一機(jī)，可同步看到教師的講解，從而拉近了教師與學(xué)生的距離?！半娮咏淌摇惫δ茇S富、操作簡(jiǎn)單，為實(shí)驗(yàn)室的小班教學(xué)提供了極大的便利。利用“電子教室”的屏幕廣播功能，學(xué)生在學(xué)生端電腦上可近距離觀看教師的整個(gè)編程過程，恰似身臨其境，體驗(yàn)非常深刻，避免了大班授課時(shí)后排學(xué)生看不清的問題。學(xué)生在遇到不懂的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可以利用“電子舉手”進(jìn)行提問，教師可進(jìn)行實(shí)時(shí)的答疑解惑。在練習(xí)階段，教師可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，查看每個(gè)學(xué)生的編程過程，歸納總結(jié)學(xué)生常犯的錯(cuò)誤，并可以進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單獨(dú)指導(dǎo)，還可以利用“學(xué)生演示”功能，請(qǐng)一位學(xué)生演示自己的程序，從而讓全班同學(xué)了解正確或錯(cuò)誤的提示。此外，教師還可利用“文件分發(fā)”功能給學(xué)生發(fā)布例子程序或上機(jī)任務(wù)，通過“接收文件”功能回收學(xué)生提交的程序文件。從上面的介紹可以看出，“電子教室”的運(yùn)用，不僅實(shí)現(xiàn)了“理實(shí)一體化”教學(xué)，［5］而且加深了學(xué)生對(duì)C 語言編程的切身體驗(yàn)，使C 語言課堂教學(xué)在效率、管理和交互的有效性等方面均得到了提高。

（2）多種教學(xué)方法的有效運(yùn)用。采用“問題導(dǎo)向法”“語義分析法”和“動(dòng)畫演示法”等教學(xué)方法，啟發(fā)學(xué)生思考編程概念、程序運(yùn)行原理的來龍去脈，再輔之以適時(shí)的提問和舉一反三的練習(xí)，使學(xué)生增強(qiáng)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，提高獨(dú)立思考及分析問題、解決問題的能力。

問題導(dǎo)向法，即在引入一個(gè)知識(shí)點(diǎn)前，先提出一個(gè)待解決的實(shí)際問題，讓學(xué)生思考如何解決，然后教師啟發(fā)學(xué)生回答可能的解決方案，進(jìn)而引出相關(guān)概念。在知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的語法介紹完后，再完成前邊問題的程序設(shè)計(jì)，這樣學(xué)生很容易理解該知識(shí)點(diǎn)的語法及使用。例如，對(duì)數(shù)組的講授，按照以下過程進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)：首先提出問題，即求10 個(gè)數(shù)的平均數(shù)及所有小于平均數(shù)的數(shù)。學(xué)生能夠想到定義10 個(gè)變量用來存放這10 個(gè)數(shù)，但教師可啟發(fā)對(duì)于更多數(shù)據(jù)應(yīng)如何處理，進(jìn)而提出連續(xù)保存數(shù)據(jù)的解決方案。這樣就可引出數(shù)組的概念了。在介紹數(shù)組的定義方式、引用方式、初始化方式后，教師即可給出前邊問題的算法步驟并上機(jī)編程。

所謂“語義分析法”，是從漢語語文的角度，幫助學(xué)生分析一個(gè)概念涉及的語法點(diǎn)有哪些，進(jìn)而引出語法定義格式，或者針對(duì)幾個(gè)相似概念，辨別并記憶其語法定義上的區(qū)別。例如，在給出“數(shù)組是一組具有相同數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)的有序集合”的定義后，啟發(fā)學(xué)生從字面語義思考“定義數(shù)組需要哪些要素？”，學(xué)生能回答出“數(shù)據(jù)類型”，但“有序”不知如何表達(dá)。在教師講解數(shù)組在內(nèi)存中的表示后，部分同學(xué)可推斷出“要定義元素個(gè)數(shù)”這個(gè)答案，此時(shí)，教師就可將數(shù)組定義格式引出，學(xué)生很容易記住。又如，在介紹指針與數(shù)組的關(guān)系前，先幫助學(xué)生分析各詞語的語義，如“指向數(shù)組元素的指針”是偏正短語，核心詞是“指針”，“指向數(shù)組元素”是定語，因此，“指向數(shù)組元素的指針”是用來存放數(shù)組元素地址的指針變量，而“指針數(shù)組”也是偏正短語，核心詞是“數(shù)組”，而“指針”是它的定語，因此，“指針數(shù)組”是指針變量的集合。通過這樣的分析，學(xué)生就很容易區(qū)分開這兩個(gè)概念。

對(duì)于晦澀難懂的程序算法，先針對(duì)特定數(shù)據(jù)，采取動(dòng)畫演示的方法，讓學(xué)生理解算法的本質(zhì)與思路，然后一步步總結(jié)出程序設(shè)計(jì)的步驟及各部分要素，進(jìn)而寫出整個(gè)程序，這種方法對(duì)于循環(huán)程序的設(shè)計(jì)及其循環(huán)條件的歸納尤其有效。例如，在講解冒泡排序時(shí)，先以游戲的方式，按照冒泡排序的思想對(duì)5 個(gè)學(xué)生的身高進(jìn)行排序，再以動(dòng)畫的形式一步一步地觀察整數(shù)的排序過程，進(jìn)而總結(jié)歸納出算法的思路及循環(huán)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵語句，學(xué)生對(duì)程序?qū)崿F(xiàn)的過程就會(huì)非常清晰。

（3）上機(jī)編程的魔鬼訓(xùn)練。每堂課教師演示編程后，要引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)歸納此類問題的編程要點(diǎn)，使學(xué)生掌握這類問題的編程思想和編程步驟，然后將時(shí)間交給學(xué)生，讓學(xué)生上機(jī)實(shí)現(xiàn)類似問題的程序，這樣學(xué)生就能進(jìn)一步體驗(yàn)到編程的樂趣，感受到分析問題和解決問題的快樂。在此期間可引入編程競(jìng)賽，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，加強(qiáng)彼此間的交流，又可提高學(xué)生上機(jī)調(diào)試能力，實(shí)現(xiàn)全員的有效參與和素質(zhì)提升。另外，還可利用“電子教室”，請(qǐng)學(xué)生演示程序、講解思路、分享創(chuàng)意、交流感受，并針對(duì)學(xué)生出現(xiàn)的問題和錯(cuò)誤進(jìn)行統(tǒng)一的糾正，這對(duì)于提高學(xué)生的表達(dá)能力、學(xué)習(xí)熱情和上機(jī)調(diào)試能力非常有幫助?，F(xiàn)代社會(huì)是競(jìng)爭(zhēng)的社會(huì)，沒有壓力就沒有進(jìn)步，如此頻繁的上機(jī)訓(xùn)練，能夠增強(qiáng)學(xué)生的心理素質(zhì)，提高學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，這也是高等教育“立德樹人”的本質(zhì)需要。

2.線上輔助教學(xué)實(shí)施方案

在課堂教學(xué)之外，需要為學(xué)生提供預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)的有效途徑。MOOC 以其開放性的學(xué)習(xí)資源、優(yōu)質(zhì)的師資、不限時(shí)空的自由學(xué)習(xí)方式及其豐富的互動(dòng)功能為C 語言課堂教學(xué)提供了強(qiáng)有力的輔助教學(xué)平臺(tái)。［6］本校基于超星平臺(tái)采用東北大學(xué)的《高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)》國家精品在線課程，作為C 語言課程的線上輔助教學(xué)方案。

在每堂課之前，教師為學(xué)生安排一定的在線預(yù)習(xí)任務(wù)，學(xué)生通過MOOC 平臺(tái)完成與預(yù)習(xí)任務(wù)對(duì)應(yīng)的課程講解視聽并完成指定數(shù)目的自測(cè)練習(xí)題。教師在上課前檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)自測(cè)題完成情況，并針對(duì)學(xué)生掌握得不好的知識(shí)點(diǎn)在課堂上進(jìn)行重點(diǎn)講解，對(duì)于一些過于細(xì)致的C 語言語法則留到課后作為拓展任務(wù)交給學(xué)生。在每堂課之后，學(xué)生需要到該MOOC 平臺(tái)按時(shí)完成相應(yīng)的拓展學(xué)習(xí)視頻視聽任務(wù)并提交相關(guān)的程序設(shè)計(jì)作業(yè)。個(gè)別學(xué)生還可對(duì)未理解的課堂內(nèi)容利用在線課程進(jìn)行復(fù)習(xí)與鞏固，這樣學(xué)生的C 語言基礎(chǔ)就會(huì)掌握得特別牢固。除此之外，該MOOC 平臺(tái)還提供了討論區(qū)、題庫、在線測(cè)試及統(tǒng)計(jì)功能，學(xué)生依靠這些功能可以向教師提問、進(jìn)行編程訓(xùn)練、自測(cè)及自我評(píng)價(jià)，教師依靠這些功能可以實(shí)現(xiàn)答疑、組織階段性考試及對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的監(jiān)督與管理。

MOOC 平臺(tái)輔助教學(xué)方案的使用，不僅為學(xué)生提供了課下學(xué)習(xí)的有利途徑，而且為教師的課堂教學(xué)精簡(jiǎn)了時(shí)間、提高了效率，這不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，而且為教師對(duì)學(xué)生的監(jiān)管和評(píng)價(jià)提供了便利的工具。

三、教學(xué)改革的實(shí)施效果

通過對(duì)沈陽理工大學(xué)2016-2018 級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生實(shí)施“線下體驗(yàn)式教學(xué)+線上輔助教學(xué)”混合教學(xué)模式，教學(xué)效果得到了明顯的提升，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面。

（1）學(xué)生學(xué)習(xí)編程的熱情高漲。基于“電子教室”的小班授課形式，使學(xué)生近距離體驗(yàn)到了一個(gè)問題從分析到算法設(shè)計(jì)，再到寫出程序直至運(yùn)行成功的整個(gè)過程，再加之以實(shí)際問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法的使用，學(xué)生學(xué)會(huì)了、看懂了，自然有興趣上機(jī)實(shí)踐并繼續(xù)深入學(xué)習(xí)。頻繁的課堂練習(xí)與編程競(jìng)賽的引入，使學(xué)生積極參與編程的熱情更為高漲。據(jù)統(tǒng)計(jì)，學(xué)生在學(xué)習(xí)完C語言課程后，有很多學(xué)生都加入了信息技術(shù)類的社團(tuán)，或者報(bào)名參加學(xué)校大創(chuàng)項(xiàng)目和各級(jí)計(jì)算機(jī)類比賽，并且都取得了不錯(cuò)的成績(jī)。

（2）學(xué)生C 語言課程期末考試成績(jī)顯著提高。通過“線下體驗(yàn)式教學(xué)+線上輔助教學(xué)”混合教學(xué)模式的運(yùn)用，學(xué)生的C 語言基礎(chǔ)得到加強(qiáng)，對(duì)程序設(shè)計(jì)原理的理解更加深入，問題導(dǎo)向法、語義分析法及動(dòng)畫演示法的運(yùn)用，使學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)基本概念的掌握更加精準(zhǔn)到位，因此學(xué)生的期末考試成績(jī)逐年提升。這種混合教學(xué)模式是從2016 年開始實(shí)施的，表1 是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生2015-2018 年C 語言課程期末考試成績(jī)的統(tǒng)計(jì)，從中可以看出，2016-2018年的課程平均分和最高分比2015 年有明顯提高，而且之后基本呈上升趨勢(shì)，從2015-2018 年良好以上的學(xué)生人數(shù)在逐年增加，而不及格的人數(shù)在逐年減少，這說明這種混合教學(xué)模式達(dá)到了教學(xué)改革應(yīng)有的效果。

表1 本校計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生2015-2018年C語言課程期末考試成績(jī)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

（3）學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手能力顯著增強(qiáng)。問題導(dǎo)向法的運(yùn)用和課堂互動(dòng)的增多使學(xué)生逐漸養(yǎng)成了主動(dòng)思考的習(xí)慣，MOOC 平臺(tái)在線學(xué)習(xí)任務(wù)的設(shè)置也使學(xué)生學(xué)會(huì)了自我學(xué)習(xí)和自我約束，通過一學(xué)期的訓(xùn)練，學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力得到了明顯的提升。課堂上機(jī)練習(xí)的增加和MOOC 平臺(tái)題庫訓(xùn)練及在線測(cè)試環(huán)節(jié)的設(shè)置，增加了學(xué)生上機(jī)編程的機(jī)會(huì)，學(xué)生的動(dòng)手能力得到了顯著增強(qiáng)。2018年，一名學(xué)生利用C/C++語言開發(fā)的中國象棋智能程序，在遼寧省計(jì)算機(jī)博弈大賽中獲得了一等獎(jiǎng)的好成績(jī)，這說明學(xué)生從“線下體驗(yàn)式教學(xué)+線上輔助教學(xué)”混合教學(xué)模式中受益頗深。

四、結(jié)語

隨著人工智能與“新工科”建設(shè)的興起，計(jì)算思維成為三大支柱思維之一，培養(yǎng)程序設(shè)計(jì)能力是其主要任務(wù)，同時(shí)程序設(shè)計(jì)作為計(jì)算機(jī)學(xué)科和其他學(xué)科交叉融合的橋梁，學(xué)好程序設(shè)計(jì)可為未來創(chuàng)新性工科人才培養(yǎng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)［1］27。實(shí)踐證明，“線下體驗(yàn)式教學(xué)+線上輔助教學(xué)”混合教學(xué)模式符合應(yīng)用型本科院?！熬珜Ｅc博通并舉、突出實(shí)踐與素質(zhì)教育”的教學(xué)理念，有利于C 語言課程“培養(yǎng)程序設(shè)計(jì)與調(diào)試能力，應(yīng)用計(jì)算思維分析和解決實(shí)際問題能力”的目標(biāo)達(dá)成，對(duì)學(xué)生未來的升學(xué)和就業(yè)具有深遠(yuǎn)的影響。