鄧君麗，吳鵬飛

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)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(jìn)技術(shù)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(shù)：智能信息技術(shù)、現(xiàn)代生物技術(shù)和現(xiàn)代工程技術(shù)。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(shè)計類課程需要培養(yǎng)適應(yīng)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(shè)計類課程的發(fā)展必須與高校的農(nóng)業(yè)傳統(tǒng)學(xué)科如生命科學(xué)、環(huán)境工程、園藝林學(xué)、動物科學(xué)、植物科學(xué)等，以及優(yōu)勢學(xué)科如生命科學(xué)等專業(yè)特色相結(jié)合，探索新的人才培養(yǎng)模式，以適應(yīng)社會需要，為智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支持。深化教學(xué)內(nèi)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(xué)改革的重點和難點，必須從高等教育整體著手，改革教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展［8-11］。

1 公共程序設(shè)計類課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

良好的教學(xué)方法是提高教學(xué)質(zhì)量的重要保障。程序設(shè)計類課程是一門理論與實踐同步開展教學(xué)的課程，其具有如下特點：知識點多、概念復(fù)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(shè)計類課程教學(xué)中，程序設(shè)計與各學(xué)科專業(yè)特點脫節(jié)，教師側(cè)重于講授，學(xué)生則被動接受，導(dǎo)致學(xué)生不能很好地掌握程序設(shè)計相關(guān)知識。特別對于農(nóng)業(yè)院校而言，如果程序設(shè)計課程教學(xué)不能與農(nóng)科專業(yè)相結(jié)合，學(xué)生學(xué)習(xí)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(jié)束時，教師講授了課程所有要點，學(xué)生掌握的卻只是零碎的知識點，沒有系統(tǒng)學(xué)習(xí)到課程體系結(jié)構(gòu)和精髓，更不會應(yīng)用C/C++等程序設(shè)計語言解決實際生活中的問題。同時，學(xué)生并不知道為什么要學(xué)習(xí)計算機技術(shù)，以及學(xué)習(xí)計算機技術(shù)對自己未來有哪些幫助，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏主動性，學(xué)習(xí)效果較差。因此，革新傳統(tǒng)教學(xué)方法，改變程序設(shè)計課程與學(xué)科專業(yè)脫節(jié)的現(xiàn)象，是提高計算機類課程教學(xué)效果的前提。

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

2 公共程序設(shè)計類課程教學(xué)改革思路

2.1 作好學(xué)生學(xué)情分析

農(nóng)業(yè)院校計算機公共程序設(shè)計類課程一般針對學(xué)校各院系的大一、大二學(xué)生開設(shè)，比如華中農(nóng)業(yè)大學(xué)每年會針對生命科學(xué)、環(huán)境工程、園藝園林、公共管理、動物科學(xué)、植物科學(xué)、機械工程、智慧農(nóng)業(yè)等專業(yè)的大一新生開設(shè)C++語言程序設(shè)計、C 語言程序設(shè)計、Python 語言程序設(shè)計課程。學(xué)生來自全國各地，計算機基礎(chǔ)參差不齊，大多數(shù)學(xué)生在中學(xué)時幾乎沒有學(xué)習(xí)過計算機相關(guān)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(jìn)行了少量粗略的學(xué)習(xí)，他們并不清楚作為一名非計算機專業(yè)學(xué)生，為什么要學(xué)程序設(shè)計類課程，以及怎樣才能學(xué)好該課程并為其所用。

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

2.2 設(shè)計以學(xué)生為中心的課程教學(xué)模式

以學(xué)生為中心強調(diào)在學(xué)習(xí)過程中發(fā)揮學(xué)生的主動性，學(xué)生作為教學(xué)關(guān)系中的主體，是驅(qū)動教育模式運作的源動力。學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果對整個教學(xué)活動的有效性評價起著關(guān)鍵性作用。

在傳統(tǒng)教學(xué)過程中，教師是學(xué)生單一來源的優(yōu)質(zhì)教育資源提供者。教師關(guān)注的是如何把復(fù)雜、抽象的教學(xué)內(nèi)容在有限時間內(nèi)以學(xué)生容易理解的方式講授清楚，進(jìn)而讓學(xué)生學(xué)會相應(yīng)知識和技能，可教師講授清楚并不等于學(xué)生完全理解。在如今這樣一個優(yōu)質(zhì)教育資源不再稀缺的移動互聯(lián)時代，學(xué)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(zhì)教育資源的普及，學(xué)生可在網(wǎng)上找到很多自己想學(xué)習(xí)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(xué)生變化

學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣在變化，過去學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度在變化，過去學(xué)生唯一的出路就是成績好、考試過、優(yōu)勝劣汰，現(xiàn)在學(xué)生的價值取向多元化；學(xué)習(xí)方式在變化，過去學(xué)習(xí)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(zhì)教育資源的單一來源，新時期的教學(xué)得借助移動互聯(lián)時代的工具更多地了解學(xué)生需求，只有讓學(xué)生對課程內(nèi)容產(chǎn)生濃厚興趣，愿意在課內(nèi)和課外投入時間鉆研，才能獲得更好的教學(xué)效果。趙炬明提出的“新三中心”就是以學(xué)生發(fā)展為中心、以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心、以學(xué)習(xí)效果為中心。建立以學(xué)生為中心的課堂教學(xué)新形式，引入翻轉(zhuǎn)課堂、MOOC 資源等新的教學(xué)方法與工具，由內(nèi)而外激發(fā)學(xué)生對知識的渴求，不僅延伸了課堂教學(xué)，亦能培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維［12-15］。

2.2.3 建立以持續(xù)改進(jìn)為目標(biāo)的課程考核機制

以華中農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院為例，改進(jìn)后的課程評價體系如下：

（1）慕課學(xué)習(xí)（分?jǐn)?shù)占比30%）。學(xué)院已在中國大學(xué)慕課平臺上建立了自己課程的慕課，學(xué)生學(xué)習(xí)慕課上的教師教學(xué)視頻，并進(jìn)行測試與討論，按權(quán)重打分。

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

（3）標(biāo)準(zhǔn)化考試（分?jǐn)?shù)占比40%）。學(xué)校公共程序設(shè)計類課程因?qū)W時較少，沒有安排期中考試，而是根據(jù)學(xué)生期末的標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計類課程教學(xué)改革實施

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

3.1 理論教學(xué)

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

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

筆者針對不同學(xué)科專業(yè)，對每個章節(jié)的理論和實驗教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計與展開，如圖1所示。

教學(xué)設(shè)計在不同的教學(xué)環(huán)節(jié)中加以體現(xiàn)：

Fig.1 Teaching design圖1 教學(xué)設(shè)計

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

采用多振型反應(yīng)譜法對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)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(yīng)獲得90%以上的有效質(zhì)量，如果計算后各方向振型參與質(zhì)量達(dá)不到90%，則應(yīng)適當(dāng)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(zhuǎn)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(fēng)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(xué)生情況進(jìn)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(zhuǎn)課堂的形式展開。用隨機點名的方式進(jìn)行知識回顧，用彈幕的方式激發(fā)學(xué)生思維并提出自己的觀點，用投稿功能讓學(xué)生實時分享自己的代碼，用課堂出題的方式檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)情況。

在教學(xué)過程中，采用視頻引導(dǎo)、案例引導(dǎo)、歸納演繹、分類對比、典型實例、演算互動、錯誤示范歸納、漸進(jìn)推演、多媒體動態(tài)輔助、首尾呼應(yīng)等多種教學(xué)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(shè)計—應(yīng)用拓展”4 步進(jìn)行講授，在課程教學(xué)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(shè)課程與已學(xué)課程知識的相互融合。為幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識，還要通過實驗與課外實踐進(jìn)行深入研究。要遵循“引導(dǎo)入門—基礎(chǔ)系列—專題研究—科學(xué)研究”的步驟，循序漸進(jìn)地開展教學(xué)過程。

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

在教學(xué)中要實現(xiàn)“知識導(dǎo)向”向“能力導(dǎo)向”的轉(zhuǎn)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(xué)生知識，更要教會學(xué)生如何分析與解決問題?？刹捎没邮浇虒W(xué)法和案例教學(xué)法，教師根據(jù)教學(xué)目的和要求，運用多種方式啟發(fā)學(xué)生獨立思考，對遇到的實際問題進(jìn)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(zhuǎn)化—項目設(shè)計—創(chuàng)新思維—價值塑造。在學(xué)生積累了一定專業(yè)學(xué)科知識的背景下，引導(dǎo)學(xué)生選取自己感興趣的專業(yè)學(xué)科內(nèi)容，以小組或個人形式根據(jù)課程進(jìn)度，利用程序設(shè)計語言作出具有學(xué)科特色的課程設(shè)計，以PPT 形式在課堂進(jìn)行匯報展示，并現(xiàn)場調(diào)試代碼，現(xiàn)場討論與答疑解惑，可將其為教學(xué)環(huán)節(jié)的過程考核。

3.2 實驗教學(xué)

在實驗教學(xué)中，實現(xiàn)“單純技術(shù)知識的實驗驗證”向“綜合應(yīng)用能力的實訓(xùn)實踐”轉(zhuǎn)變。將慕課教學(xué)與智能平臺教學(xué)相結(jié)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(xué)。采用仿真與實際相結(jié)合的手段，幫助學(xué)生學(xué)會運用理論知識解決實際問題。為配合理論教學(xué)，可將實驗分為以下3 種類型［17］：

（1）基礎(chǔ)型實驗。該實驗主要涉及到課程相關(guān)知識點，其目的在于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯分析能力，主要包括以下3個方面：學(xué)會使用程序流程圖和偽代碼描述問題，學(xué)會通過計算機處理問題的方式思考問題，從而幫助學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識，提高學(xué)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(xué)生綜合應(yīng)用知識與技術(shù)的能力，是對基礎(chǔ)性實驗的提升。在開發(fā)型實驗中，給學(xué)生布置問題，學(xué)生帶著問題總結(jié)知識要點，查找解決問題的方法，并通過程序設(shè)計實現(xiàn)解決方案。實際中結(jié)合學(xué)生各學(xué)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(xué)生能力要求較高，只針對基礎(chǔ)知識扎實、對程序設(shè)計課程有強烈興趣、編程能力較強的學(xué)生開設(shè)，其目的在于培養(yǎng)學(xué)生的研究能力與創(chuàng)新意識。

3.3 實踐教學(xué)

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

在進(jìn)行教學(xué)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(shè)置既要結(jié)合傳統(tǒng)學(xué)科，又能涵蓋課程教學(xué)要求，以項目開發(fā)和程序拓展驅(qū)動教學(xué)，實踐項目內(nèi)容從知識方法應(yīng)用、綜合設(shè)計到研究探索循序漸進(jìn)，擴(kuò)展實踐項目的層次性，從而使程序設(shè)計類課程體系更加適應(yīng)社會需求。

4 公共程序設(shè)計類課程教學(xué)改革實施效果

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

（2）在新的課程考核機制下，學(xué)生總成績更注重學(xué)生自主過程中的學(xué)習(xí)效果，標(biāo)準(zhǔn)化考試成績普遍提高，不及格率明顯降低。

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

（4）涌現(xiàn)出一批有興趣且有能力的學(xué)生積極參與大學(xué)生計算機設(shè)計大賽、ACM 大賽、大數(shù)據(jù)技術(shù)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(xùn)練的有機融合，拓展了相關(guān)學(xué)科知識的深度和廣度，有效提升了學(xué)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(fù)合型人才。

5 結(jié)語

新農(nóng)科背景下計算機公共程序設(shè)計類課程教學(xué)方法改革對促進(jìn)教學(xué)工作、提高教學(xué)質(zhì)量有著重要意義：

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

（2）由“知識導(dǎo)向”向“能力導(dǎo)向”轉(zhuǎn)變，學(xué)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(jié)構(gòu)和精髓，能自如地應(yīng)用程序設(shè)計語言解決實際問題。

（3）對于開設(shè)了程序設(shè)計類課程的不同院系學(xué)生而言，促進(jìn)其對自己的專業(yè)學(xué)科進(jìn)行更深入地學(xué)習(xí)、更系統(tǒng)地理解，了解自己所學(xué)知識的實際用途，可有效加強各學(xué)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。