鄧君麗，吳鵬飛

（華中農(nóng)業(yè)大學信息學院，湖北 武漢 430070）

0 引言

未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向是以大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進技術為主的智慧農(nóng)業(yè)與自動化農(nóng)業(yè)，農(nóng)產(chǎn)品種植與養(yǎng)殖將實現(xiàn)管理一體化，其采銷也會納入數(shù)據(jù)采集全鏈路，農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程可全程追溯，用戶足不出戶即可吃到安全、放心的農(nóng)副產(chǎn)品［1］。

智慧農(nóng)業(yè)主要包括3 個方面的技術：智能信息技術、現(xiàn)代生物技術和現(xiàn)代工程技術。在新農(nóng)科背景下，農(nóng)業(yè)類高等院校的計算機公共程序設計類課程需要培養(yǎng)適應新農(nóng)科未來發(fā)展的人才。智慧農(nóng)業(yè)的出現(xiàn)為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了新契機，農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新要依靠創(chuàng)新教育培養(yǎng)大批全面發(fā)展的創(chuàng)新人才［2-7］。程序設計類課程的發(fā)展必須與高校的農(nóng)業(yè)傳統(tǒng)學科如生命科學、環(huán)境工程、園藝林學、動物科學、植物科學等，以及優(yōu)勢學科如生命科學等專業(yè)特色相結合，探索新的人才培養(yǎng)模式，以適應社會需要，為智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供技術支持。深化教學內容和課程體系改革，是新農(nóng)科背景下人才培養(yǎng)模式改革的主要落腳點，也是教學改革的重點和難點，必須從高等教育整體著手，改革教學內容和教學方式，促進學生創(chuàng)新能力的發(fā)展［8-11］。

1 公共程序設計類課程教學現(xiàn)狀分析

良好的教學方法是提高教學質量的重要保障。程序設計類課程是一門理論與實踐同步開展教學的課程，其具有如下特點：知識點多、概念復雜、規(guī)則繁多、使用靈活、自由度高以及抽象程度深等。在傳統(tǒng)的計算機程序設計類課程教學中，程序設計與各學科專業(yè)特點脫節(jié)，教師側重于講授，學生則被動接受，導致學生不能很好地掌握程序設計相關知識。特別對于農(nóng)業(yè)院校而言，如果程序設計課程教學不能與農(nóng)科專業(yè)相結合，學生學習時則會缺乏積極性，只是被動地接受教師所灌輸?shù)闹R。整個課程結束時，教師講授了課程所有要點，學生掌握的卻只是零碎的知識點，沒有系統(tǒng)學習到課程體系結構和精髓，更不會應用C/C++等程序設計語言解決實際生活中的問題。同時，學生并不知道為什么要學習計算機技術，以及學習計算機技術對自己未來有哪些幫助，導致學生學習缺乏主動性，學習效果較差。因此，革新傳統(tǒng)教學方法，改變程序設計課程與學科專業(yè)脫節(jié)的現(xiàn)象，是提高計算機類課程教學效果的前提。

本文從作好學生學情分析入手，設計以學生為中心的課程教學模式，從理論教學、實驗教學與實踐教學幾方面，多視角、多維度地開展計算機公共程序設計類課程改革，通過覆蓋課前、課中、課后的一站式教學環(huán)節(jié)完成對學生的知識傳授、能力培養(yǎng)和價值塑造。

2 公共程序設計類課程教學改革思路

2.1 作好學生學情分析

農(nóng)業(yè)院校計算機公共程序設計類課程一般針對學校各院系的大一、大二學生開設，比如華中農(nóng)業(yè)大學每年會針對生命科學、環(huán)境工程、園藝園林、公共管理、動物科學、植物科學、機械工程、智慧農(nóng)業(yè)等專業(yè)的大一新生開設C++語言程序設計、C 語言程序設計、Python 語言程序設計課程。學生來自全國各地，計算機基礎參差不齊，大多數(shù)學生在中學時幾乎沒有學習過計算機相關知識。同時對于各院系的大一新生，其自己院系的專業(yè)課程還沒有開課，或者只進行了少量粗略的學習，他們并不清楚作為一名非計算機專業(yè)學生，為什么要學程序設計類課程，以及怎樣才能學好該課程并為其所用。

針對不同專業(yè)、不同基礎的學生，通過問卷調查、網(wǎng)上測評、課前測試、學生走訪等多種形式充分作好學生學情分析，了解學生“已知”、“未知”、“能知”、“想知”和“怎么知”等問題。

2.2 設計以學生為中心的課程教學模式

以學生為中心強調在學習過程中發(fā)揮學生的主動性，學生作為教學關系中的主體，是驅動教育模式運作的源動力。學生的學習結果對整個教學活動的有效性評價起著關鍵性作用。

在傳統(tǒng)教學過程中，教師是學生單一來源的優(yōu)質教育資源提供者。教師關注的是如何把復雜、抽象的教學內容在有限時間內以學生容易理解的方式講授清楚，進而讓學生學會相應知識和技能，可教師講授清楚并不等于學生完全理解。在如今這樣一個優(yōu)質教育資源不再稀缺的移動互聯(lián)時代，學生主動獲取知識的能力和意愿顯著增強。

2.2.1 環(huán)境變化

隨著精品開放課、慕課等優(yōu)質教育資源的普及，學生可在網(wǎng)上找到很多自己想學習的優(yōu)秀課程；“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，教育勢必會“+互聯(lián)網(wǎng)”或者被“互聯(lián)網(wǎng)+”；微機互聯(lián)時代已經(jīng)逐步被移動互聯(lián)時代所取代。

2.2.2 學生變化

學生的學習習慣在變化，過去學生學習是系統(tǒng)化的，而移動互聯(lián)時代在網(wǎng)站、慕課上的知識獲取都是碎片化的；學生的學習態(tài)度在變化，過去學生唯一的出路就是成績好、考試過、優(yōu)勝劣汰，現(xiàn)在學生的價值取向多元化；學習方式在變化，過去學習可能只能通過書籍與課堂，現(xiàn)在信息來源豐富化。

因此，教師不再作為優(yōu)質教育資源的單一來源，新時期的教學得借助移動互聯(lián)時代的工具更多地了解學生需求，只有讓學生對課程內容產(chǎn)生濃厚興趣，愿意在課內和課外投入時間鉆研，才能獲得更好的教學效果。趙炬明提出的“新三中心”就是以學生發(fā)展為中心、以學生學習為中心、以學習效果為中心。建立以學生為中心的課堂教學新形式，引入翻轉課堂、MOOC 資源等新的教學方法與工具，由內而外激發(fā)學生對知識的渴求，不僅延伸了課堂教學，亦能培養(yǎng)學生的自主學習能力和創(chuàng)新思維［12-15］。

2.2.3 建立以持續(xù)改進為目標的課程考核機制

以華中農(nóng)業(yè)大學信息學院為例，改進后的課程評價體系如下：

（1）慕課學習（分數(shù)占比30%）。學院已在中國大學慕課平臺上建立了自己課程的慕課，學生學習慕課上的教師教學視頻，并進行測試與討論，按權重打分。

（2）在線教學平臺上的實驗成績（分數(shù)占比30%）。根據(jù)課程進度安排，布置不同章節(jié)、不同內容、不同難度的題目放到學院的在線教學平臺上，學生對每一部分的題目完成情況會計入過程考核。

（3）標準化考試（分數(shù)占比40%）。學校公共程序設計類課程因學時較少，沒有安排期中考試，而是根據(jù)學生期末的標準化考試成績予以評定，期末考試成績50 分以下不能參與總評。

3 公共程序設計類課程教學改革實施

采用“程序設計+學科”交叉體系，對農(nóng)業(yè)院校而言，具體包括程序設計+園林、程序設計+環(huán)工、程序設計+動科、程序設計+植科、程序設計+食科、程序設計+生科、程序設計+生物醫(yī)學、程序設計+林學等。面向各傳統(tǒng)學科如園藝林學、動物科學、植物科學、環(huán)境工程等，優(yōu)勢學科如生物科學等，分別從理論教學、實驗教學、實踐教學等方面，探討在新農(nóng)科智慧農(nóng)業(yè)技術背景下，如何進行傳統(tǒng)優(yōu)勢學科程序設計類課程教學方法與教學內容改革［16］。

3.1 理論教學

程序設計類課程一般針對各院系大一、大二學生開設，在學習程序設計課程的同時，也需要他們對自己本身的學科專業(yè)有自主、深入的學習，掌握相關學科的基本知識，才能明白程序設計類課程如何應用于自己的專業(yè)領域，解決實際的項目問題，從而實現(xiàn)各學科知識的相互融合。

在立德樹人思想的指導下，以社會主義核心價值觀引導學生樹立正確的三觀，并將其融入教學過程中。通過線上線下混合性教學，做到每日知識學習、每周思維討論、每月創(chuàng)新設計、每期素養(yǎng)匯報，最終完成對學生的知識傳授、能力培養(yǎng)與價值塑造。在整個教學環(huán)節(jié)中探索符合學生學情的教學方法，突出以學生為中心的教學主線。

筆者針對不同學科專業(yè)，對每個章節(jié)的理論和實驗教學內容進行設計與展開，如圖1所示。

教學設計在不同的教學環(huán)節(jié)中加以體現(xiàn)：

Fig.1 Teaching design圖1 教學設計

（1）課前線上環(huán)節(jié)。通過MOOC、SPOC、信息學院在線教學平臺等多種途徑作好學生學情分析，這是教學的依據(jù)。作好學情分析才能作到因材施教，在合適的部分適當對知識進行拓寬及延伸。

采用多振型反應譜法對橋梁結構進行抗震分析時，在同時考慮縱向、橫向和豎向震動方向的情況下，在計算方向上所要考慮的振型階數(shù)應獲得90%以上的有效質量，如果計算后各方向振型參與質量達不到90%，則應適當增加階數(shù)重新計算[6-7]。裸塔的特征值分析中48階頻率數(shù)量能夠滿足要求。其中X方向上的主振型為第五階振型，Z方向的主振型為第九階振型，Y方向的主振型為第一階振型如圖5所示。

（2）課中線下環(huán)節(jié)。融匯串講—啟發(fā)討論—翻轉課堂—實戰(zhàn)演練。為彌補MOOC 知識點碎片化以及不同教師分開講解風格不同等不足，每次課程中筆者都會針對自己授課班級的學生情況進行重難點系統(tǒng)融匯串講，除基本理論部分采用直接講授外，大部分課程都以師生互動、翻轉課堂的形式展開。用隨機點名的方式進行知識回顧，用彈幕的方式激發(fā)學生思維并提出自己的觀點，用投稿功能讓學生實時分享自己的代碼，用課堂出題的方式檢驗學生學習情況。

在教學過程中，采用視頻引導、案例引導、歸納演繹、分類對比、典型實例、演算互動、錯誤示范歸納、漸進推演、多媒體動態(tài)輔助、首尾呼應等多種教學方法靈活穿插，相得益彰。

對每個知識點按照“提出問題—定位知識—代碼設計—應用拓展”4 步進行講授，在課程教學過程中需要注意多個知識點的相互融合、不同課程之間知識的相互融合，以及新開設課程與已學課程知識的相互融合。為幫助學生鞏固所學知識，還要通過實驗與課外實踐進行深入研究。要遵循“引導入門—基礎系列—專題研究—科學研究”的步驟，循序漸進地開展教學過程。

（3）課后混合環(huán)節(jié)。線上作業(yè)—知識內化—討論答疑—教學反饋。在信息學院在線教學平臺上，根據(jù)不同專業(yè)課程的進度安排布置不同章節(jié)、不同內容、不同難度的題目，學生在規(guī)定時間內完成練習并提交，以鞏固所學知識。每周分小組進行討論答疑，給學生提供多渠道互動機會，并及時反饋。

在教學中要實現(xiàn)“知識導向”向“能力導向”的轉變，課中向課后自然延伸，將課上的時間空間拓展到無限。教師不僅僅是教授學生知識，更要教會學生如何分析與解決問題。可采用互動式教學法和案例教學法，教師根據(jù)教學目的和要求，運用多種方式啟發(fā)學生獨立思考，對遇到的實際問題進行綜合分析與研究，提出見解并作出判斷與決策，從而提高解決實際問題的能力。

（4）課外拓展環(huán)節(jié)。能力轉化—項目設計—創(chuàng)新思維—價值塑造。在學生積累了一定專業(yè)學科知識的背景下，引導學生選取自己感興趣的專業(yè)學科內容，以小組或個人形式根據(jù)課程進度，利用程序設計語言作出具有學科特色的課程設計，以PPT 形式在課堂進行匯報展示，并現(xiàn)場調試代碼，現(xiàn)場討論與答疑解惑，可將其為教學環(huán)節(jié)的過程考核。

3.2 實驗教學

在實驗教學中，實現(xiàn)“單純技術知識的實驗驗證”向“綜合應用能力的實訓實踐”轉變。將慕課教學與智能平臺教學相結合，利用課程實驗、作業(yè)、考試、監(jiān)考閱卷一站式平臺輔助教學。采用仿真與實際相結合的手段，幫助學生學會運用理論知識解決實際問題。為配合理論教學，可將實驗分為以下3 種類型［17］：

（1）基礎型實驗。該實驗主要涉及到課程相關知識點，其目的在于培養(yǎng)學生的邏輯分析能力，主要包括以下3個方面：學會使用程序流程圖和偽代碼描述問題，學會通過計算機處理問題的方式思考問題，從而幫助學生掌握基礎知識，提高學生分析與解決實際問題的能力。

（2）開發(fā)型實驗。該實驗主要培養(yǎng)學生綜合應用知識與技術的能力，是對基礎性實驗的提升。在開發(fā)型實驗中，給學生布置問題，學生帶著問題總結知識要點，查找解決問題的方法，并通過程序設計實現(xiàn)解決方案。實際中結合學生各學科的專業(yè)特色，開發(fā)信息管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等。

（3）創(chuàng)新型實驗。創(chuàng)新型實驗對學生能力要求較高，只針對基礎知識扎實、對程序設計課程有強烈興趣、編程能力較強的學生開設，其目的在于培養(yǎng)學生的研究能力與創(chuàng)新意識。

3.3 實踐教學

智慧農(nóng)業(yè)技術創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實踐性較強，僅通過課堂講授遠遠不夠，必須加強實踐教學環(huán)節(jié)，通過實踐活動培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。筆者所在高校已建立了多種類型的實習基地，涵蓋農(nóng)業(yè)傳統(tǒng)學科的各個方向，在實習基地培養(yǎng)學生將基本技能轉化成現(xiàn)實的工作方法和工作能力。

在進行教學方法改革時，一定要從農(nóng)業(yè)院校的實際需求出發(fā)，課程設置既要結合傳統(tǒng)學科，又能涵蓋課程教學要求，以項目開發(fā)和程序拓展驅動教學，實踐項目內容從知識方法應用、綜合設計到研究探索循序漸進，擴展實踐項目的層次性，從而使程序設計類課程體系更加適應社會需求。

4 公共程序設計類課程教學改革實施效果

（1）計算機公共程序設計類課程教學模式、教學方法改革在華中農(nóng)業(yè)大學生命科學、環(huán)境工程、園藝園林、動物科學、植物科學、食品科學等專業(yè)實施試點后，學生學習興趣和學習積極性明顯提升。很多學生培養(yǎng)出對于程序設計的興趣，先后申請轉專業(yè)到信息學院計算機專業(yè)。

（2）在新的課程考核機制下，學生總成績更注重學生自主過程中的學習效果，標準化考試成績普遍提高，不及格率明顯降低。

（3）將課程項目設計與學科專業(yè)、課程思政、時政熱點等相結合，通過多種方式讓每一個學生設計編寫程序應用于智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、DNA 和RNA 序列轉錄與逆轉錄、新冠疫情核酸檢測方法推薦等，形成了豐富的教學案例。

（4）涌現(xiàn)出一批有興趣且有能力的學生積極參與大學生計算機設計大賽、ACM 大賽、大數(shù)據(jù)技術大賽、物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新大賽等計算機競賽并取得佳績，推動了專業(yè)知識傳授與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力訓練的有機融合，拓展了相關學科知識的深度和廣度，有效提升了學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，培養(yǎng)出一批與國際接軌的高端復合型人才。

5 結語

新農(nóng)科背景下計算機公共程序設計類課程教學方法改革對促進教學工作、提高教學質量有著重要意義：

（1）程序設計類課程是高校計算機教育的基礎與重點，也是一門理論與實驗同步開展教學的課程。本文將程序設計與各傳統(tǒng)優(yōu)勢學科專業(yè)特點以各種方式緊密結合，教師作為引路人，以喚醒學生求知欲為主要目標。學生對為什么要學習編程技術，學習該技術對自己未來發(fā)展有什么幫助有明確感知，從而提高學習的主動性和積極性。

（2）由“知識導向”向“能力導向”轉變，學生掌握的不是大量離散的知識點，而是系統(tǒng)的課程體系結構和精髓，能自如地應用程序設計語言解決實際問題。

（3）對于開設了程序設計類課程的不同院系學生而言，促進其對自己的專業(yè)學科進行更深入地學習、更系統(tǒng)地理解，了解自己所學知識的實際用途，可有效加強各學科知識的相互滲透，從而培養(yǎng)出全面發(fā)展的創(chuàng)新型人才。