孫奕菲*

（陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院 陜西·西安 710119）

0 引言

2013年，德國首次提出工業(yè)4.0時代，標(biāo)志著以人工智能和大數(shù)據(jù)為核心的第四次科技革命和產(chǎn)業(yè)變革隆重登場，由此開啟了智能新時代。2017年，國務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出智能教育成為人工智能的一個發(fā)展方向。2018年，教育部頒發(fā)《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計(jì)劃》和《教育信息化2.0行動計(jì)劃》。2019年，國務(wù)院提出推進(jìn)中國教育現(xiàn)代化的目標(biāo)任務(wù)。這一系列的規(guī)劃表明，信息化時代教育變革勢在必行，高校教育與人工智能的深度融合與協(xié)同發(fā)展亟待促進(jìn)[1]。智能時代是一個新時代，更需要復(fù)合型創(chuàng)新型人才，這就需要重新認(rèn)識，重新定位，繼續(xù)強(qiáng)化高等教育，加快高校課程改革。在新一代人工智能時代背景下，建立一流課程，設(shè)置一流專業(yè)，培育一流人才，全面振興高等教育已在國家層面頂層設(shè)計(jì)。

隨著互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)手段的迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力在各行各業(yè)中的要求日益提高，當(dāng)前生產(chǎn)生活對計(jì)算機(jī)現(xiàn)代化技術(shù)的依賴性與需求日益增強(qiáng)?！禖程序設(shè)計(jì)》是非計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生入校后接觸到的第一門計(jì)算機(jī)語言課程，其重要性不言而喻。在課程建設(shè)中既要保持教學(xué)內(nèi)容的經(jīng)典性同時要更新前沿知識，使課程更符合時代發(fā)展趨勢，因此，我們在實(shí)際教學(xué)工作中探索了有效的新的教學(xué)模式以期促進(jìn)本課程取得更好的教學(xué)效果。

本文分析了當(dāng)前C程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)現(xiàn)狀，具體介紹了PBL教學(xué)方法和TDT教學(xué)過程，詳細(xì)說明了結(jié)合PBL和TDT的C程序設(shè)計(jì)教學(xué)方法及具體實(shí)施策略，最后總結(jié)展望了課程教學(xué)發(fā)展前景。

1 C程序設(shè)計(jì)教學(xué)現(xiàn)狀分析

《C程序設(shè)計(jì)》是目前各高校信息工程類專業(yè)普遍開設(shè)的一門基礎(chǔ)課程，是學(xué)生進(jìn)校后接觸的第一門程序設(shè)計(jì)編程課[2]。該課程集理論與應(yīng)用于一體，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性和發(fā)展性。通過這門課程的學(xué)習(xí)，重要的是要提升學(xué)生解決實(shí)際問題的方法和技能，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性的思考和設(shè)計(jì)程序的能力，鍛煉他們的邏輯思維能力。目前國內(nèi)本科C程序設(shè)計(jì)教學(xué)多是采用教師課堂講解，學(xué)生課后上機(jī)操作的傳統(tǒng)講授模式，該方法通過一種循序漸進(jìn)的方式啟發(fā)學(xué)生掌握知識，以期學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中把知識中隱含的思維方式自行領(lǐng)悟出來。它強(qiáng)調(diào)知識的整體性和綜合性，注重思維方式的養(yǎng)成及知識的應(yīng)用，但是另一方面，存在培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)難把握、掌握速度慢的不足。具體來說存在如下幾方面問題。

（1）學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)目的和意義不甚了解。在實(shí)際教學(xué)工作中，我們發(fā)現(xiàn)由于課時限制，教師在授課中常會追趕進(jìn)度，按照教材的章節(jié)順序?qū)⒏鱾€知識點(diǎn)逐一教授給學(xué)生。而學(xué)生對于一些抽象難以理解的知識點(diǎn)似懂非懂，一知半解，許多學(xué)生并不明白其學(xué)習(xí)的目的和實(shí)際意義，更無法做到具體應(yīng)用。學(xué)生只是機(jī)械地被動學(xué)習(xí)，而不是主動、有目的地學(xué)習(xí)，因此難以將整個知識體系融會貫通，導(dǎo)致應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的動手能力較弱。

（2）課程理論與實(shí)踐脫節(jié)。傳統(tǒng)的教學(xué)模式是先進(jìn)行理論教學(xué)，后進(jìn)行實(shí)踐操作，讓學(xué)生按照實(shí)踐指導(dǎo)教材進(jìn)行實(shí)踐操作，二者不能有機(jī)的融為一體。此外，全班學(xué)生層次不一，對于理論知識難以內(nèi)化，這必然使得學(xué)生在理論課程的學(xué)習(xí)中對語法句法感到枯燥乏味，同時感覺算法的內(nèi)容難度過大，難以對這門課程產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣。

（3）教學(xué)方法單一。傳統(tǒng)課堂中，教師在講授C程序設(shè)計(jì)時，往往把C語法規(guī)則等相關(guān)理論知識的講解作為教學(xué)重點(diǎn)，按照教材講解例題算法，而不太注重算法的思想分析和設(shè)計(jì)機(jī)理。在講解例題時多關(guān)注程序語言的語法解析，和實(shí)際生活偏離太遠(yuǎn)，課程與學(xué)生專業(yè)背景結(jié)合不緊密，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)習(xí)積極性不理想。

基于此現(xiàn)狀，國內(nèi)大學(xué)C程序設(shè)計(jì)教學(xué)研究開始采用問題導(dǎo)向法、任務(wù)驅(qū)動法和探究式教學(xué)法等以學(xué)生主動學(xué)習(xí)為根本的教學(xué)方法，以期激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。ProblemBasedLearning，PBL，即問題導(dǎo)向?qū)W習(xí)法[3]，是實(shí)現(xiàn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的非常有效的教學(xué)方法，受到了廣泛的關(guān)注和深入探索。Task Driven Teaching，TDT，即任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)過程[4]，是將問題的具體執(zhí)行轉(zhuǎn)化為實(shí)際任務(wù)，作為連接教師和學(xué)生的橋梁，也是學(xué)生掌握知識的探金石。有效地將PBL與TDT二種教學(xué)法結(jié)合起來，引入智能移動終端下的C語言編程APP，建立以問題為導(dǎo)向，以任務(wù)為驅(qū)動的教學(xué)模式，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，極大地提高學(xué)習(xí)主動性，從而實(shí)現(xiàn)提升教學(xué)質(zhì)量。

2 PBL教學(xué)法與TDT教學(xué)過程

2.1 PBL教學(xué)法

PBL，全稱是Problem Based Learning，起源于20世紀(jì)60年代加拿大McMaster University在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域創(chuàng)立的一種教育模式，其核心思想是以問題為出發(fā)點(diǎn)，學(xué)生為學(xué)習(xí)主體，教師起引導(dǎo)作用，通過真實(shí)問題來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣進(jìn)而提高學(xué)生解決問題的能力。PBL模式在人才培養(yǎng)質(zhì)量方面成效顯著，被丹麥的Aalborg University，Roskilde University以及荷蘭的Maastricht University等新興高校廣泛采納。同時，該方法被眾多高校實(shí)踐和研究，在醫(yī)學(xué)教育、工程學(xué)科、社會學(xué)科以及人文學(xué)科等多個領(lǐng)域均取得了廣泛的應(yīng)用，被譽(yù)為教育領(lǐng)域最引人注目的革新[5]。

PBL教學(xué)是一種以問題為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心的教學(xué)方法。其模式的基本特征是：以問題為導(dǎo)向，定義或識別一個問題，此問題可以是理論的、實(shí)踐的或假想的；以小組為單位，強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)合作和學(xué)科交叉，解決一個問題通常涉及多個學(xué)科的知識范疇；學(xué)習(xí)者主動參與和自行管理，教師起引導(dǎo)和推進(jìn)作用[6]。這種模式在通識課程中具有實(shí)踐應(yīng)用價值及非常廣闊的發(fā)展前景。但是，PBL教學(xué)方法不是一種萬能的教學(xué)方法。變革并非僅依靠教師個人意志就能實(shí)現(xiàn)，還要依靠組織管理和資源支持等，尤其是系統(tǒng)變革。

2.2 TDT教學(xué)過程

TDT，全稱是Task Driven Teaching，即任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)過程，是將問題的具體執(zhí)行轉(zhuǎn)化為實(shí)際任務(wù)。在教學(xué)過程中，TDT教法作為連接教師和學(xué)生的橋梁，是學(xué)生掌握知識的探金石。如何在教學(xué)過程中設(shè)計(jì)有效的問題，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的實(shí)際任務(wù)來驅(qū)動有效的教學(xué)過程是我們關(guān)注的重點(diǎn)。

在此我們將PBL教學(xué)方法與TDT教學(xué)過程進(jìn)行有效的融合，針對C程序設(shè)計(jì)課程的特點(diǎn)，在新一代人工智能發(fā)展背景下，注重計(jì)算思維能力與信息應(yīng)用能力的培養(yǎng)，力爭克服當(dāng)前課程現(xiàn)狀中的不足之處，促進(jìn)行之有效的新課程改革。

3 基于PBL和TDT的C程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)方法

3.1 基于PBL和TDT的C程序設(shè)計(jì)課程基礎(chǔ)教學(xué)建設(shè)

C程序設(shè)計(jì)要求學(xué)生具備較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)綜合應(yīng)用能力，能夠利用C語言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)開發(fā)。圍繞本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，教學(xué)目的是使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)編程基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)程序設(shè)計(jì)思想和計(jì)算思維。針對C程序設(shè)計(jì)課程的基礎(chǔ)知識，建立PBL和TDT相結(jié)合的教學(xué)方法，以具體問題引出相關(guān)知識點(diǎn)，以小組任務(wù)執(zhí)行培養(yǎng)學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)習(xí)熱情，促進(jìn)協(xié)作交流。

3.2 面向C程序設(shè)計(jì)課程實(shí)踐的PBL和TDT教學(xué)體系

問題導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動是啟發(fā)式教學(xué)的重要途徑，從程序設(shè)計(jì)的簡單案例問題到實(shí)際工程的不同復(fù)雜任務(wù)的建模與分析，指導(dǎo)學(xué)生分組完成任務(wù)，充分發(fā)揮實(shí)踐教學(xué)對提升學(xué)生動手能力的重要作用。針對綜合實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)，增加一些與程序設(shè)計(jì)緊密相關(guān)的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和綜合性實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，強(qiáng)化PBL和TDT教學(xué)模式的實(shí)際落地應(yīng)用，以問題為導(dǎo)向任務(wù)為驅(qū)動型實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

圖1具體給出了所提教學(xué)模式的具體實(shí)施方案。在課程學(xué)習(xí)過程中，分為開始階段、開展階段和評估階段。依據(jù)任務(wù)導(dǎo)向的原則，首先提出問題，然后具體分析，找到解決方法，最后評估結(jié)果。學(xué)生在整個學(xué)習(xí)過程中充分發(fā)揮主動性，最終向教師進(jìn)行信息反饋，來不斷完善和優(yōu)化整個教學(xué)過程。

圖1：本教學(xué)模式具體實(shí)施方案

3.3 人工智能發(fā)展背景下的移動終端C語言編程APP使用

當(dāng)前絕大多數(shù)學(xué)生都擁有智能平板電腦或智能手機(jī)，為了解決學(xué)生上機(jī)練習(xí)時間不足的問題，鼓勵并指導(dǎo)學(xué)生使用C語言集成開發(fā)終端應(yīng)用小程序，例如Dev C，C/C++Compiler等此類應(yīng)用 APP。這些集成開發(fā)應(yīng)用小程序在智能終端上安裝簡單，便于操作，不受上機(jī)機(jī)房的場地限制，可以極大地方便學(xué)生實(shí)時編程學(xué)習(xí)，也能夠及時自測編程效果。完成智能終端上的編程與測試后，學(xué)生能夠即刻體驗(yàn)勝利，增加代碼學(xué)習(xí)的自信心。若是編程環(huán)節(jié)存在具體問題，也能夠便捷的截屏或傳輸數(shù)據(jù)給教師及同學(xué)完成溝通與討論。智能終端APP的引入能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)資源在學(xué)習(xí)與溝通環(huán)節(jié)的作用。

4 基于PBL和TDT的C程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)具體策略

4.1 案例問題的設(shè)計(jì)與基于任務(wù)的分組式學(xué)習(xí)

基于PBL和TDT的教學(xué)模式中，學(xué)生將從問題和任務(wù)中去學(xué)習(xí)C程序知識點(diǎn)。學(xué)習(xí)內(nèi)容是圍繞問題為架構(gòu)展開的，不同的問題又將轉(zhuǎn)化為具體的任務(wù)以學(xué)生分組執(zhí)行的模式完成。因此，我們要設(shè)計(jì)貼切知識點(diǎn)的案例問題和具體任務(wù)劃分。例如采用結(jié)構(gòu)體程序設(shè)計(jì)結(jié)合學(xué)生班級實(shí)際情況的學(xué)籍信息統(tǒng)計(jì)，采用swich-case語句設(shè)計(jì)班級課程成績分段統(tǒng)計(jì)等。在實(shí)際執(zhí)行中，參考學(xué)生的實(shí)際水平，形成6-8人的小組，開展有效的組內(nèi)討論和組間分享。學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性將得到極大的提高。

4.2 授課內(nèi)容的調(diào)整

以案例為線索重新安排教學(xué)內(nèi)容。對部分內(nèi)容進(jìn)行整合，減少語法知識點(diǎn)的集中講解，將數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算符、C語句等內(nèi)容分散到具體問題中講解，同時引入數(shù)據(jù)存儲的字節(jié)數(shù)、符號數(shù)據(jù)等內(nèi)容，做到既合理的分散又注重概念的連貫性。還要注意引導(dǎo)學(xué)生辨析C程序中相似概念，加深對指針、數(shù)組等抽象內(nèi)容的深刻理解。認(rèn)真分析學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和專業(yè)背景，遵循“理論為輔，實(shí)踐為主”的教學(xué)原則，通過教學(xué)案例重新設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和章節(jié)順序。通過實(shí)例應(yīng)用實(shí)用的語法，讓學(xué)生從實(shí)用的角度出發(fā)有選擇性地學(xué)習(xí)語法規(guī)則，而不是死記硬背。

4.3 師生角色互換

在PBL和TDT學(xué)習(xí)中，最大的特色是以學(xué)生為中心，學(xué)生承擔(dān)起學(xué)習(xí)的責(zé)任，教師的角色是指導(dǎo)學(xué)習(xí)，提供有關(guān)學(xué)習(xí)資源，例如指導(dǎo)學(xué)生安裝智能終端APP以及提供優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源，促進(jìn)和推動學(xué)生發(fā)展學(xué)習(xí)能力并掌握學(xué)習(xí)技巧。教師的任務(wù)是在學(xué)習(xí)者解決問題的過程中引導(dǎo)學(xué)習(xí)者更加深入透徹的學(xué)習(xí)。教師是課堂活動的組織者，學(xué)生是課堂學(xué)習(xí)的主角。這是與傳統(tǒng)的教學(xué)模式最顯著的不同點(diǎn)。在此過程中，學(xué)生開展主動學(xué)習(xí)，而不再是被動接受知識點(diǎn)。有效的學(xué)習(xí)模式轉(zhuǎn)變下將激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際解決問題的能力。

5 結(jié)束語

如何建立有效的問題引導(dǎo)任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)模式以促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)并掌握C程序設(shè)計(jì)課程知識是探索高效教學(xué)模式的研究重點(diǎn)。合理的案例問題構(gòu)造以及基于案例問題的任務(wù)分配執(zhí)行是引導(dǎo)學(xué)生參與學(xué)習(xí)、主動探索的有效途徑。PBL教學(xué)法中，基本的主導(dǎo)問題由教師提前設(shè)計(jì)，再以TDT模式將學(xué)生分組對問題進(jìn)行討論分析，結(jié)合當(dāng)前智能信息技術(shù)最新發(fā)展趨勢，大力發(fā)展現(xiàn)代教育技術(shù)與教學(xué)手段，將學(xué)科最新發(fā)展融入教學(xué)實(shí)踐中，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的求知欲和主動學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生對程序本質(zhì)的理解能力和綜合應(yīng)用水平。在提出和設(shè)計(jì)案例問題時要確定明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)和要求，考慮到學(xué)生之間的實(shí)際學(xué)習(xí)能力和知識儲備的差異，分組時要形成高低搭配的整體綜合分配，力求每位學(xué)生進(jìn)步，促進(jìn)小組合作學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生整體綜合素質(zhì)的提升。