徐志佳

(1.華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，廣東廣州510640；2.塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院，新疆阿拉爾843300)

1 引言

隨著信息化和智能化技術(shù)的快速發(fā)展，掌握計(jì)算機(jī)的基本工作原理和一門計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言，已成為當(dāng)代大學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)中必不可少的組成部分。C++是一種多范型的程序設(shè)計(jì)語言，它既支持面向過程的程序設(shè)計(jì)，又支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)[1]，是當(dāng)今主流的編程語言。在此背景下，C++程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)于2017年全面成為華南理工大學(xué)非計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生的計(jì)算機(jī)公共基礎(chǔ)課程。課程于大一第二學(xué)期開設(shè)，總課時(shí)為40 學(xué)時(shí)。其主要目標(biāo)是要求學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)中基本的概念、方法，并能夠使用結(jié)構(gòu)化思想方法設(shè)計(jì)小規(guī)模的應(yīng)用程序，進(jìn)而為將來利用計(jì)算機(jī)解決本專業(yè)的理論和實(shí)際問題打下良好的基礎(chǔ)。然而，實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，C++程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)目前面臨諸多亟待解決的挑戰(zhàn)。

2 課程教學(xué)存在問題分析

首先，學(xué)生知識(shí)基礎(chǔ)較弱，普遍存在畏難思想。對(duì)教學(xué)班進(jìn)行調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，95.8%的學(xué)生沒有C++程序設(shè)計(jì)語言的基礎(chǔ)，而且沒有學(xué)習(xí)其他程序設(shè)計(jì)語言類先導(dǎo)課程；100%的學(xué)生認(rèn)為課程會(huì)較難。在這種情況下，如果采用的教學(xué)模式不當(dāng)，往往難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)積極性。

其次，傳統(tǒng)教學(xué)模式難以適應(yīng)教學(xué)需求。盡管翻轉(zhuǎn)課堂、微課、MOOC 等新型教學(xué)模式不斷涌現(xiàn)，但由于課程總課時(shí)已被壓縮到40 學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)僅為8 學(xué)時(shí)，教師往往被迫沿用傳統(tǒng)“填鴨式”教學(xué)模式[2]，學(xué)生既缺乏深入思考與理解，又缺乏足夠的實(shí)踐鞏固知識(shí)[3]，因而難以保證教與學(xué)的質(zhì)量。

第三，缺乏支持學(xué)生差異化學(xué)習(xí)目標(biāo)的有效手段。由于自身基礎(chǔ)、興趣的不同；加之大一新生的整體學(xué)習(xí)任務(wù)較重，平均每天10.4節(jié)課，學(xué)生對(duì)課程的預(yù)期目標(biāo)不盡相同。但在傳統(tǒng)教學(xué)模式仍然未被根本改變的狀態(tài)下，難以為學(xué)生提供差異化的學(xué)習(xí)服務(wù)。

3 多元驅(qū)動(dòng)的差異化混合教學(xué)模式設(shè)計(jì)

針對(duì)上述問題，提出一種多元驅(qū)動(dòng)的C++程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)差異化混合教學(xué)模式。該模式首先面向?qū)W生的差異化學(xué)習(xí)目標(biāo)，建立多元驅(qū)動(dòng)模型；然后運(yùn)用智慧教學(xué)工具長(zhǎng)江雨課堂開展混合教學(xué)，并在教學(xué)過程中實(shí)施多元驅(qū)動(dòng)策略，滿足學(xué)生的差異化學(xué)習(xí)目標(biāo)需求。

3.1 面向差異化學(xué)習(xí)目標(biāo)的多元驅(qū)動(dòng)模型

學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)可以概括為四類：考試及格、獲得高分、簡(jiǎn)單應(yīng)用和進(jìn)階應(yīng)用。其中，考試及格是最低的學(xué)習(xí)目標(biāo)，學(xué)生由于各種原因，不愿意在課程學(xué)習(xí)中投入足夠的時(shí)間。獲得高分主要以評(píng)優(yōu)評(píng)先為主要考量，側(cè)重于卷面成績(jī)的提升。簡(jiǎn)單應(yīng)用和進(jìn)階應(yīng)用偏向于程序設(shè)計(jì)語言的實(shí)用性，前者關(guān)注一些簡(jiǎn)單問題的計(jì)算機(jī)求解，后者偏向于獲得一定的獨(dú)立開發(fā)應(yīng)用程序的能力。

根據(jù)學(xué)生的差異化學(xué)習(xí)目標(biāo)，設(shè)計(jì)的多元驅(qū)動(dòng)模型如圖1所示。該模型首先以智慧教學(xué)工具(長(zhǎng)江雨課堂[4-5])等現(xiàn)代教育技術(shù)搭建混合教學(xué)平臺(tái)。由于長(zhǎng)江雨課堂能夠記錄并保存所有的教學(xué)活動(dòng)，因此學(xué)生可以反復(fù)學(xué)習(xí)。這樣，學(xué)生可以根據(jù)自身目標(biāo)選擇難度適合自己的教學(xué)內(nèi)容“隨時(shí)隨地”進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而滿足其差異化學(xué)習(xí)目標(biāo)。此外，長(zhǎng)江雨課堂平臺(tái)具有豐富的學(xué)情分析、作業(yè)批改等功能，教師通過在其中查看學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，能夠?qū)W(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行區(qū)分，進(jìn)而針對(duì)性地選擇驅(qū)動(dòng)方式。

圖1 面向差異化學(xué)習(xí)目標(biāo)的多元驅(qū)動(dòng)模型

驅(qū)動(dòng)方式主要包括正常驅(qū)動(dòng)、問題驅(qū)動(dòng)、協(xié)作驅(qū)動(dòng)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)。其中，正常驅(qū)動(dòng)指不采用特殊的驅(qū)動(dòng)方式，主要面向僅需要考試及格的學(xué)生，即對(duì)其參與后四種驅(qū)動(dòng)方式中的表現(xiàn)不做過多要求。后四種驅(qū)動(dòng)方式緊密相關(guān)。例如，問題驅(qū)動(dòng)是以問題為基礎(chǔ)，以學(xué)生為中心，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為主線，以小組協(xié)作為主導(dǎo)[6]；項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)中，往往亦包含需要解決的問題，并為相互協(xié)作的項(xiàng)目成員分配不同的任務(wù)。需要說明，協(xié)作驅(qū)動(dòng)還包括教師選擇助教進(jìn)行協(xié)作教學(xué)，即教師采用自愿報(bào)名的方式在每10名學(xué)生中選擇一名助教，并以學(xué)習(xí)金字塔理論中“馬上應(yīng)用/教別人”的主動(dòng)學(xué)習(xí)方式[7]為依據(jù)，建立“教師-助教-組員”三位一體的作業(yè)協(xié)作批改機(jī)制。這四種驅(qū)動(dòng)方式都可以面向獲得高分、簡(jiǎn)單應(yīng)用和進(jìn)階應(yīng)用的目標(biāo)需求。此外，課程全程采用激勵(lì)式教學(xué)，驅(qū)動(dòng)學(xué)生在其學(xué)習(xí)目標(biāo)內(nèi)都保持信心和積極性。

3.2 教學(xué)模式實(shí)施

為保證多元驅(qū)動(dòng)的C++程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的差異化混合教學(xué)模式的順利實(shí)施，構(gòu)建了形式多樣的教學(xué)資源，包括錄制所有教學(xué)單元的微課視頻，設(shè)計(jì)支持混合教學(xué)的預(yù)習(xí)課件庫(kù)、授課課件庫(kù)和復(fù)習(xí)課件庫(kù)，建立符合問題驅(qū)動(dòng)、協(xié)作驅(qū)動(dòng)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)需求的課前討論題庫(kù)，課堂練習(xí)題庫(kù)、示范題庫(kù)，課后同步練習(xí)題庫(kù)、綜合練習(xí)題庫(kù)、實(shí)驗(yàn)練習(xí)題庫(kù)和項(xiàng)目練習(xí)題庫(kù)。所有的教學(xué)資源都存儲(chǔ)于長(zhǎng)江雨課堂平臺(tái)中。

在此基礎(chǔ)上，依托長(zhǎng)江雨課堂開展課程的混合教學(xué)。課前，教師通過長(zhǎng)江雨課堂提前一周將預(yù)習(xí)課件推送給學(xué)生，組織學(xué)生學(xué)習(xí)微課視頻、完成預(yù)習(xí)題，使知識(shí)傳授環(huán)節(jié)前移，消除課堂教學(xué)中“填鴨式”教學(xué)模式的存在土壤。課中，教師在對(duì)課前預(yù)習(xí)情況進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，首先安排一定時(shí)間，通過長(zhǎng)江雨課堂隨機(jī)點(diǎn)名學(xué)生對(duì)預(yù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)述，一方面檢驗(yàn)學(xué)生的預(yù)習(xí)效果，一方面無形中督促學(xué)生更認(rèn)真地預(yù)習(xí)；其次，教師根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，著重開展重/難點(diǎn)講解、示范/演示等教學(xué)活動(dòng)，并通過長(zhǎng)江雨課堂組織學(xué)生進(jìn)行小組討論和實(shí)際演練，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的應(yīng)用，進(jìn)一步鞏固預(yù)習(xí)和授課效果。課后，教師根據(jù)教學(xué)進(jìn)程，通過長(zhǎng)江雨課堂適時(shí)、適量發(fā)布同步練習(xí)、綜合練習(xí)、實(shí)驗(yàn)練習(xí)和項(xiàng)目練習(xí)。其中，同步練習(xí)在每個(gè)教學(xué)單元學(xué)習(xí)完成之后發(fā)布，綜合練習(xí)在每章教學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)完成之后發(fā)布，實(shí)驗(yàn)練習(xí)的發(fā)布頻率與實(shí)驗(yàn)課時(shí)安排一致。通過課后練習(xí)，逐步達(dá)到知識(shí)內(nèi)化的效果。項(xiàng)目練習(xí)用于支持任務(wù)驅(qū)動(dòng)和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)，包括通訊錄管理系統(tǒng)、萬年歷、貪吃蛇等15個(gè)項(xiàng)目。在第一堂課，教師組織每個(gè)小組通過長(zhǎng)江雨課堂投票選擇一個(gè)項(xiàng)目。每當(dāng)學(xué)生具備一定的能力，如學(xué)會(huì)了輸入輸出，教師即通過長(zhǎng)江雨課堂發(fā)布項(xiàng)目任務(wù)，讓各小組完成所選項(xiàng)目的某些功能，如完成貪吃蛇程序界面的輸出。課程教學(xué)全部完成之后，教師組織各小組進(jìn)行項(xiàng)目匯報(bào)并現(xiàn)場(chǎng)展示程序運(yùn)行效果。

在課前預(yù)習(xí)和課后練習(xí)過程中，教師首先批改助教的練習(xí)作業(yè)，然后為助教答疑解惑，進(jìn)而組織助教批改組員的練習(xí)作業(yè)。

教學(xué)模式對(duì)課程評(píng)價(jià)方式進(jìn)行了改革，其中，期末考試成績(jī)、線上預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)、課堂表現(xiàn)、項(xiàng)目練習(xí)、上機(jī)實(shí)驗(yàn)的占比分別為70%、5%、5%、5%、5%和10%。

3.3 教學(xué)模式效果

教學(xué)模式的效果可以從教師和學(xué)生的主觀感受，以及學(xué)生的實(shí)際表現(xiàn)兩個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。主觀感受層面，從教師的角度，明顯感覺跟學(xué)生的溝通更順暢了，學(xué)生的積極性更高了，課堂更為活躍了。從學(xué)生的角度，課程結(jié)束之后的問卷調(diào)查表明：1)教學(xué)模式在課前、課中和課后所有的教學(xué)活動(dòng)中都設(shè)置了實(shí)踐環(huán)節(jié)，能夠避免理論與實(shí)踐課時(shí)嚴(yán)重失衡造成的“重理論、輕實(shí)踐”問題；2)混合教學(xué)模式強(qiáng)化了學(xué)生的預(yù)習(xí)和聽課行為；3)多元驅(qū)動(dòng)方式滿足了學(xué)生的差異化學(xué)習(xí)目標(biāo)需求；4)項(xiàng)目練習(xí)增強(qiáng)了課程的趣味性，并使學(xué)生認(rèn)識(shí)到了課程的實(shí)用性；5)學(xué)生普遍認(rèn)為自身的協(xié)作能力、自學(xué)能力和滿足感得到了提升。

實(shí)際表現(xiàn)層面，80%以上的學(xué)生完成了課程所有的教學(xué)活動(dòng)，包括課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)，以及其中的各類練習(xí)。雖然83.9%的同學(xué)認(rèn)為項(xiàng)目練習(xí)難度偏大，但74.2%的同學(xué)完成了項(xiàng)目練習(xí)，未完成的僅占3.2%。其中，第7 組在項(xiàng)目練習(xí)中引入了外部函數(shù)庫(kù)，對(duì)貪吃蛇游戲界面進(jìn)行紋理貼圖，形成了較為美觀控制臺(tái)游戲界面；同時(shí)設(shè)計(jì)了不同的游戲模式，游戲演示過程非常流暢。這些超出項(xiàng)目預(yù)期的內(nèi)容，主要由小組成員通過討論和自學(xué)完成，充分體現(xiàn)了學(xué)生的知識(shí)綜合運(yùn)用能力、小組協(xié)作能力、自學(xué)能力以及創(chuàng)造能力。此外，對(duì)華南理工大學(xué)安全工程專業(yè)連續(xù)兩屆教學(xué)班的考試成績(jī)分布情況進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)：采用多元驅(qū)動(dòng)的差異化混合教學(xué)模式之后，學(xué)生的卷面不及格率由31.8%下降到2.6%，高分率(大于等于80 分的學(xué)生占班級(jí)總?cè)藬?shù)的比)由31.1%(22.2%加8.9%) 上升到74.3%(33.3%加41.0%)，如圖2所示。

圖2 安全工程專業(yè)連續(xù)兩屆教學(xué)班考試成績(jī)分布對(duì)比

4 結(jié)束語

華南理工大學(xué)的教學(xué)改革表明，采用多元驅(qū)動(dòng)的差異化混合教學(xué)模式教學(xué)，是應(yīng)對(duì)C++程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)學(xué)生基礎(chǔ)較弱、課程課時(shí)壓縮、理論實(shí)踐課時(shí)比例失衡、差異化學(xué)習(xí)目標(biāo)需求等問題的一條有效途徑。該模式成功地將課堂延伸到了課外，提升了學(xué)生利用碎片化時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，增強(qiáng)了其中心地位，有望為非計(jì)算機(jī)類大一工科學(xué)生的C++程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)提供參考。