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        基于成果導向的程序設計與算法系列課程教學改革實踐探究

        2023-07-11 20:12:07李文彬潘理吳岳芬楊勃
        電腦知識與技術 2023年15期
        關鍵詞:成果導向混合式教學教學改革

        李文彬 潘理 吳岳芬 楊勃

        關鍵詞:成果導向;混合式教學;程序設計與算法;教學改革

        1 引言

        程序設計基礎、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法系列課程是高校計算機類專業(yè)的基礎核心課,著重培養(yǎng)學生的計算思維能力、問題求解能力、編程實踐能力,為后續(xù)課程學習與職業(yè)發(fā)展打下堅實基礎。隨著信息技術的發(fā)展,學習資源的日益豐富,在線學習已經(jīng)成為傳統(tǒng)學習方法的重要補充[1]。但是由于學生的學習水平、自主學習與自我控制能力存在差異,想讓在線學習取代線下學習,讓學生享受到其他名師或重點高校的教學資源,從而達到專業(yè)人才培養(yǎng)目標,顯然難以實現(xiàn)。為提高學生的學習效率,達到專業(yè)人才培養(yǎng)既定目標,成果導向的混合式教學被提上日程。

        成果導向教育是發(fā)端于美國的一種教育理念強調(diào)課程建設要持續(xù)改進,要根據(jù)教學的目標和學生的具體情況,不斷的優(yōu)化提升,迭代發(fā)展[2]。尤其是針對不同專業(yè)、不同課程,其性質(zhì)、規(guī)律和特點都不相同,就應設計不同類型的混合式教學模式,預設學習成果、反向設計、正向?qū)嵤?、不斷反饋等方面對成果導向的混合式教學模式進行研究和探討,從而更好地實現(xiàn)課程的教學目標。文獻[1]中探討在應用型本科高校如何基于成果導向,根據(jù)不同專業(yè)、不同課程性質(zhì)構(gòu)建混合式教學模式;文獻[3]中研究從融合和優(yōu)化程序設計類課程內(nèi)容,設計遞進式混合教學模式的程序設計類課程混合式教學模式;文獻[4]深入分析C語言程序設計教學中的不足,從教學成果入手強調(diào)理論與實踐的有機結(jié)合,提升人才培養(yǎng)質(zhì)量;文獻[5]中根據(jù)程序設計基礎課程特點,提出了一種翻轉(zhuǎn)課堂的教學模式,提升學生興趣和課程教學效果;文獻[6]探索信息化環(huán)境下,如何提高課堂知識內(nèi)化效率、提升學生學習能力的程序設計類課程的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式;文獻[7]結(jié)合成果導向教育和計算思維模式進行程序設計類課程改革,提高學生計算機思維能力和教學效果。這些研究對于提高程序設計類課程教學質(zhì)量提供了許多有建設性的思路與改革。但程序設計基礎、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法設計等系列課程的理論、實踐和產(chǎn)出具備很強的關聯(lián)性,不能孤立改革某一門課程,尤其是在強化學生的計算思維、問題求解能力和編程能力方面,更需要整體規(guī)劃,深入研究符合該系列課程學習的混合式教學模式。

        2 程序設計與算法系列課程主要問題分析

        程序設計與算法系列課程主要包括程序設計基礎、面向?qū)ο蟪绦蛟O計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法設計分析,涉及基礎理論、算法和技術,因此,該系列課程具有理論與實踐、基礎與前沿并重的特征。但是,在目前的課程教學中,大多數(shù)還是知識講授主導課堂,忽視了專業(yè)素質(zhì)和問題求解能力培養(yǎng),所以還存在一些普遍性問題亟待解決:

        1)傳統(tǒng)的程序設計基礎教學中,往往以教師為中心,課堂上重點關注知識的講解傳授,忽略了學生的內(nèi)化,難以發(fā)揮學生的主體作用,忽視了學生計算思維和編碼實踐能力的培養(yǎng)。在實踐訓練資源中,設置的問題挑戰(zhàn)度低,難以滿足不同層次學生需求。

        2)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容強調(diào)數(shù)據(jù)存儲與邏輯,主要采用課堂老師講授+上機實驗的方式,只有部分基礎案例供學生實踐,實驗設置往往以驗證性為主,設計性和綜合性少,很少結(jié)合實際工程問題,學生的問題求解能力沒有得到有效鍛煉,導致學生對課程理解和應用不足。

        3)算法設計分析,設計內(nèi)容全面,知識點多,難度大,課堂講解內(nèi)容偏基礎,而且算法案例設計與求解方法上缺乏新意,沒有與教師科研很好結(jié)合,在前沿技術的深層次的探討不足,學生對前沿技術嗅覺不夠敏銳,自主與創(chuàng)新學習能力不足,導致學生實際工程能力不強,缺乏系統(tǒng)性問題求解訓練。

        導致上述問題的根本原因:要學好程序設計類平臺基礎課,除了掌握理論知識,還需大量編程實踐和問題求解實踐,而現(xiàn)有教學以課堂基礎知識講解為主,且在實踐課上,學生只需要完成基本實踐任務即可,缺乏學生進行自主實踐的驅(qū)動力;專業(yè)課教學過程脫離了實際工作任務和科研項目,學生無法將所學理論知識直接應用到實際工作中,進而造成學生的學習興趣下降,甚至放棄課程的學習。為有效解決上述問題,對程序設計與算法系列課程進行課程改革實踐,在注重不同課程內(nèi)容銜接與融合的同時,不斷更新在線平臺案例庫,引導學生自主訓練,支撐學生實踐能力達成,根據(jù)不同課程性質(zhì)與特點,利用好現(xiàn)有省級一流課程資源和在線評測系統(tǒng)等設計不同的混合式教學模式,實施該系列課程教學改革實踐探索。

        3 課程改革實踐

        3.1 教學分析

        針對程序設計基礎、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法設計分析此類具有培養(yǎng)學生的計算思維、問題求解能力和編程能力同一目的,且呈現(xiàn)明顯層次遞進關系的課程,尤其要根據(jù)教學目標和內(nèi)容設計不同的混合式教學模式,以便于更好提升教學質(zhì)量。在教學實施過程中,該系列課程都可以利用在線評測(Online Judge, OJ)平臺輔助線下教學的模式,結(jié)合評測系統(tǒng)的實時反饋,形成了獨有的混合式教學模式,其總體思路如下:在課前,老師將學習視頻發(fā)給學生,同時在OJ平臺上發(fā)布預習作業(yè),然后學生進行自我檢測,老師通過OJ系統(tǒng)收集并分析數(shù)據(jù),總結(jié)學生自學過程中存在的問題,了解課前學生自學情況及存在的普遍性問題,為課中的知識講解做準備,如圖1所示,左邊為課前預測的在線測試,右邊為學生完成情況;課中,老師完成理論知識講解與重構(gòu),并進行隨堂檢測,通過OJ的實時評測,發(fā)現(xiàn)學生所犯錯誤,并分析問題、講解問題,如圖2所示,左邊為課前預測的在線測試,右邊為OJ系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的學生答案錯誤情況,老師就針對該錯誤,進行實時講解,實時解決課堂上知識學習與內(nèi)化的問題;課后,老師在OJ上布置不同難度作業(yè)供學生課后完成,使知識進一步內(nèi)化與鞏固,強化學生解決問題的能力。

        針對不同層次學生需求和教學需要,在OJ平臺上,根據(jù)課程內(nèi)容和特點(如圖3所示) ,課程組老師做了如下工作:

        1)在OJ平臺上,基礎知識分類標記,進行知識模塊化,有利于學生在線自主學習;

        2)OJ題庫分層設計,助力不同學生自主訓練;

        3)算法專題面向升學與就業(yè)分流培養(yǎng),實現(xiàn)個性化培養(yǎng)目的;

        4)綜合訓練結(jié)合教師科研,培養(yǎng)學生問題求解能力和工程實踐能力。

        在教學的每個階段中,要充分發(fā)揮教師的主導作用,體現(xiàn)學生的主體性,通過系列課程學習,掌握較扎實的面向數(shù)據(jù)、面向算法的專業(yè)知識,針對實際問題,能夠進行問題分析、算法設計、程序編碼、算法分析的能力,從而具備面向升學和面向就業(yè)的程序與算法設計實現(xiàn)的能力,為后續(xù)成果產(chǎn)出打好基礎。

        3.2教學模式設計

        程序設計基礎、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法設計分析等系列課程一脈相承,又呈現(xiàn)知識的遞進關系,但也有各自特點和規(guī)律。程序設計基礎的知識點多但內(nèi)容簡單、離散,學生能通過視頻資源進行自學即可掌握相關理論知識。對于程序的初學者而言,學習的難點在于程序思維培養(yǎng),實踐有一定難度。因此,可采用一種以資源建設拓展的線上為主、線下課堂為輔的混合式教學模式,學生通過線上學習基礎知識,教師在線發(fā)布測試,利用在線OJ進行編程實踐,檢測學生獲得的知識與編程能力;學生在線學習后提出問題,教師解答,并總結(jié)測試結(jié)果,在線下課堂進行補充教學。

        數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理論知識重難點較多,學生難以通過線上自主學習掌握,因此在該課程中只能將線上教學作為線下教學的補充,在線上進行課前預習和課后知識鞏固,對取得更好教學效果起到了很好的補充作用。學生課前線上學習基礎知識,提出問題,教師在線下課堂進行知識重構(gòu)和深入講解,利用在線OJ進行隨堂測試和作業(yè)布置;學生課后通過線上作業(yè)進行鞏固和練習,進一步鞏固知識成果。因此,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)宜采用線下教學為主,線上教學為輔的混合式教學模式。

        算法設計分析是一門專業(yè)核心課程,強調(diào)學生所獲取知識與能力的應用,對未來就業(yè)和發(fā)展有著重要的作業(yè)和意義。算法設計分析是程序設計基礎和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的后續(xù)課程,學生已掌握解決該類問題的基本知識與能力,為更好培養(yǎng)學生的工程實踐能力,宜采用基于翻轉(zhuǎn)課堂的線上線下混合式教學模式。學生先通過線上自主學習和小組討論完成理論知識學習,完成OJ系統(tǒng)中老師布置的算法設計題進行自測,發(fā)現(xiàn)問題,嘗試解決問題;教師針對不同層次學生特征,精心選取教學案例,通過發(fā)布任務、小組合作探究、解題報告等形式進行課堂知識內(nèi)化;課后,學生通過完成相對應的ACM程序設計競賽習題,培養(yǎng)問題建模分析與問題求解能力,該混合教學模式的核心是教學過程管理和過程性評價,教學過程中的問題反饋要及時修正,以更好培養(yǎng)學生的工程實踐能力和問題分析求解能力。

        在該系列課程中,以“注重基礎,整體優(yōu)化,知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展”為原則,從“以課堂教學為主”向“課堂教學加實踐教學并重”轉(zhuǎn)換;從知識傳授型教學向能力培養(yǎng)型教學的轉(zhuǎn)換,根據(jù)課程不同的性質(zhì)與特點,分別采用不同的混合式教學模式。

        4 教學情況與效果

        程序設計與算法系列課程教學改革自2018年9 月開始,OJ平臺在線習題庫和教學案例不斷豐富,教學同時還引導學生參加各類程序設計競賽,有力支撐了混合式教學模式的實施,在培養(yǎng)學生計算思維、編程能力、問題求解能力和工程實踐能力上取得了良好效果,學生能力得到持續(xù)提升。在每年新生入學季,計算機科學與技術和軟件工程2個專業(yè)200多學生中,有50%的學生會申請加入ACM軟件技術實訓基地進行學習,也帶動了其他學生學習,其中部分拔尖的學生更是取得了良好的競賽成果,近3年獲得ICPC 國際大學生程序設計競賽亞洲區(qū)域賽銀獎1項,銅獎6 項;CCPC 中國大學生程序設計競賽分站賽銅獎3 項;獲“藍橋杯”全國大學生軟件技術大賽全國一等獎5項,二等獎7項,三等獎10項;獲中國高校計算機大賽——團體程序設計天梯賽全國團隊三等獎1項;其他省級獎勵100多項。獲獎同學在其他課程學習中也表現(xiàn)很優(yōu)異,多人也獲得國家勵志獎學金,在同學們中起到了很好的模范帶頭作用,學生學習積極性與學習效果持續(xù)提升。

        5 結(jié)束語

        為更好實現(xiàn)計算機類專業(yè)人才培養(yǎng)目標,對程序設計與算法系列課程進行了混合式教學改革,從課程內(nèi)容、性質(zhì)與特征出發(fā),設計不同教學策略,構(gòu)建不同的混合式教學模式。在教學實施過程中,通過軟件技術創(chuàng)新基地、競賽訓練、導師制等手段引導學生自主學習,培養(yǎng)學生的計算思維、編程能力、問題求解能力和工程實踐能力。整體效果表明,該系列課程混合式教學改革效果良好,為計算機類專業(yè)其他課程教學改革提供新思路。

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