基于全學時實驗的程序設計基礎課程教學改革

梁志劍，常力丹，井 超，商細云

（中北大學 大數據學院，山西 太原 030051）

0 引 言

計算機程序設計能力作為計算機相關專業學生的必備基本能力之一，在計算機語言類課程教學過程中，采用傳統的“理論+實驗”教學模式和筆試考核方法收不到很好的能力培養效果。

以中北大學為例，2016年9月之前，程序設計基礎課程采用“教室學習理論、實驗室動手實踐”的教學模式，和“期末考試為主、平時作業為輔”的考核方法，在后續課程開展過程中問題表現突出。例如，數據結構以該課程為先導課，教學內容以該課程中的指針、結構體和文件為基礎，教學過程中發現有超過半數的學生不能熟練運用指針對鏈表操作，降低了數據結構課程實踐環節的教學質量。

分析以上現象，原因有二：①給予學生實踐動手的時間不足；②忽視了教學過程中教學質量的監控，不能真正掌握學生實踐動手能力的情況[1]。

1 全學時實驗教學模式的特點

全學時實驗教學模式是一種以實踐環節展開的教學過程。該模式通過教學內容、教學方式和考核方式的革新，提升學生利用計算機解決實際問題的能力[2]。

1.1 教學內容以解決實際問題為核心

“學以致用”是學習宗旨，編程解決實際問題是學習目標。教學過程中應采用解決實際問題作為核心教學內容[3]，而解決實際問題的首要步驟是將實際問題轉化為教學問題，通過反復訓練，可全面培養學生分析和解決問題的能力，同時也有助于督促學生主動查閱資料、積極思考，有助于加深對理論知識的理解[4]。

1.2 教學方式以師精講生多練為導向

采用全學時實驗教學模式，旨在培養學生主動獲取知識的能力。教學過程中，應給予學生充足的實踐動手時間，讓學生主動發現問題，提出問題；同時，教師通過個別指導和講授共性問題并總結而提高教學效率，最終達到在學生腦海里構建出清晰的知識結構。

1.3 考核方式以評價學習過程為重點

學習是知識積累的過程，學習效果的好壞不僅要反映最終的學習結果，還要反映整個學習過程的學習態度[5]。通過強化學習過程的監控和所學知識完整性的考核，避免了部分學生平時放松、期末突擊的不良學習習慣，激勵學生平時認真學習，很好地改善學生學習風氣，實現以考促學的目的。

2 全學時實驗教學模式的實施

基于全學時實驗教學模式的特點，教師應從教學內容、教學方式和考核方式3方面的改革全面提升學生的程序設計能力、分析解決實際問題的能力，并經過“實踐—總結—再實踐—再總結”的教學改革過程強化能力的培養。

2.1 解決切身實際問題以科學構建教學內容

在新的教學模式下構建教學內容時，以教學大綱為藍本，從中提煉知識點，圍繞知識點，尋找與學生學習生活相關的實際問題，并加以解決。例如，在講授順序結構程序設計方法知識點時，提出如下問題：軍訓的日子非常辛苦，但更多的是它給我們帶來了無限美好的回憶。軍訓結束后，我們都要將自己整理得干干凈凈，少不了洗洗衣服。初到學校，你就購買了兩個盆，一個小的洗臉盆和一個較大的洗衣盆。為了將衣服洗得既干凈又省力，我們通常先將衣服浸泡一會兒，同時，內外衣也要求使用不同的洗潔精。于是，你打了兩盆水，毫不猶豫地在小的洗臉盆中加入了外套洗潔精，大的洗衣盆里加入了內衣專用洗潔精。由于外套比較多，結果你發現洗臉盆根本無法浸泡全部的外衣。在不浪費各種資源的前提下該怎么辦。這是一個既常見，又充滿生活小常識的問題，與學生生活緊密聯系，同時也與課程知識點緊密結合。通過對問題分析，發現所要解決的是交換兩個數的問題，問題中的兩個數分別是大盆和小盆，要交換的是兩個盆中的水，即兩個數據的值。生活中解決該問題的方法是找第三個盆，作為交換盆，計算機解決該問題時，需要定義第三個變量，作為交換變量，這樣就將實際問題抽象為能用計算機解決的數學問題了。

通過引入實際問題，不但可以增強學生解決問題的欲望，還能夠普及生活常識，潛移默化地教授學生如何珍惜時間，度過一個有意義的大學生活，更重要的是能夠提升學生分析問題并利用計算機解決問題的能力。

2.2 單班教學合作學習以全面提高學習效率

教學開展過程中，摒棄傳統的多班合上，采取單班獨立教學的模式，采用“教師提出問題—學生分析和解決問題—教師總結“的教學方法，小問題獨立解決，培養學生獨立思考的能力；大問題以小組為單位共同解決，培養學生團隊協作的意識。

在開展本項教學活動時，“分幾組、分好組”格外重要。分組時綜合考慮“成績差異、性格差異、男女比例”等因素，每組成員5人左右，設組長1人，各小組成績均衡，男女比例一致，小組成員性格互補，在征求學生意見的前提下，盡量選擇性格開朗成績較好的同學作為組長。在初期考慮成績差異時，主要參考高考成績中的理科分數，隨著課程的深入學習，再逐漸參考學生的表現；實驗過程中，以組為單位順序安排座位，對問題共同討論、共同分析，獨立編寫代碼共同解決問題，組長負責任務分配、實驗結果匯報及問題反饋。

通過單班教學合作學習的教學方式，可以給老師更多認識和熟悉學生的機會，突出學生的主體地位，強化學生對自己學習的責任感及對合作伙伴學習進展的關心，有利于師生間的有效交流、學生間的彼此了解，促成親密融洽人際關系的建立，培養合作能力和團隊精神，同時，這種教學方式也能夠為學生提供一個較為輕松、自主的學習環境，提高學習效率、組織能力和創造能力。

2.3 充分利用各種資源以提供更多答疑途徑

大學期間，學生有更多的自主支配時間，為了使學生有效利用時間高效學習，課程提供了多種學習交流平臺，隨時隨地解答問題。采取的具體措施：①從創新實驗室遴選優秀學員加入課程輔導團隊，輔助授課教師指導學生高效完成實踐教學任務；同時，對輔導團隊成員而言，既是一份收獲、一份認可，也是一份榮譽。②提供面對面交流的環境，安排課程組老師坐班答疑，學生只要有問題，可隨時找老師進行面對面交流。③利用網絡技術構建基于移動端的學習平臺和學習論壇，學生通過學習平臺可進行預習和知識鞏固，此外，教師每周都會有一到兩次在線課堂，講授課程重點和難點，并在線答疑，以此解決學生的遺留問題；學習論壇為學生提供了信息共享空間。④建立QQ和微信學習交流群，為課程學習愛好者提供一個開放的交流環境和學習空間。

2.4 階段測試期末考核以合理評價學習結果

階段性測試有助于學生對學習內容及時總結，形成一種“學習—總結—再學習—再總結”循序漸進的學習習慣；同時，基于階段性測試結果，教師也能及時發現問題并進行查漏補缺，提高教學效果，結合期末考核結果，將更科學合理地評價學生的學習結果。

程序設計基礎課程階段性測試分為8個階段進行，階段性測試成績占80%，期末考核成績占20%，取消了作業、實驗報告及考勤等形式的平時成績。階段測試與期末考核相結合的考核評價體系見表1。

3 全學時實驗教學模式的實踐結果

我校自2014年9月以來，不斷進行程序設計基礎課程的教學改革，先后進行了實驗學時調整、教學內容優化、考核方式無紙化等工作，2016年9月開始全面實施全學時實驗的教學模式，大幅提升了學生編寫完整程序的能力、分析解決實際問題的能力、參加學科競賽的獲獎比例（改革成效如圖1所示），這種教學模式的優點在后續數據結構課程學習中體現尤為明顯。問卷調查結果顯示，絕大多數學生更愿意接受全學時實驗教學模式，學生普遍認為多實踐多動手才是學好編程語言最有效的途徑。同時，這種教學模式也得到了省內其他高校同行的認可。

4 結 語

程序設計基礎作為計算機類相關專業的一門專業基礎課，目的是使學生熟練掌握計算機編程語言的程序設計方法，培養學生利用計算機解決實際問題的能力[6-8]。全學時實驗教學模式在該課程中的應用取得了一定的效果，這為面向對象程序設計（C++）、Java程序設計基礎等課程的教學改革奠定了堅實的基礎。

表1 考核評價體系

圖1 近3年程序設計基礎課程教學改革成效