基于全學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革

梁志劍，常力丹，井 超，商細(xì)云

（中北大學(xué) 大數(shù)據(jù)學(xué)院，山西 太原 030051）

0 引 言

計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)能力作為計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)學(xué)生的必備基本能力之一，在計(jì)算機(jī)語言類課程教學(xué)過程中，采用傳統(tǒng)的“理論+實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式和筆試考核方法收不到很好的能力培養(yǎng)效果。

以中北大學(xué)為例，2016年9月之前，程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程采用“教室學(xué)習(xí)理論、實(shí)驗(yàn)室動(dòng)手實(shí)踐”的教學(xué)模式，和“期末考試為主、平時(shí)作業(yè)為輔”的考核方法，在后續(xù)課程開展過程中問題表現(xiàn)突出。例如，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以該課程為先導(dǎo)課，教學(xué)內(nèi)容以該課程中的指針、結(jié)構(gòu)體和文件為基礎(chǔ)，教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)有超過半數(shù)的學(xué)生不能熟練運(yùn)用指針對(duì)鏈表操作，降低了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量。

分析以上現(xiàn)象，原因有二：①給予學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手的時(shí)間不足；②忽視了教學(xué)過程中教學(xué)質(zhì)量的監(jiān)控，不能真正掌握學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的情況[1]。

1 全學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的特點(diǎn)

全學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是一種以實(shí)踐環(huán)節(jié)展開的教學(xué)過程。該模式通過教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核方式的革新，提升學(xué)生利用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的能力[2]。

1.1 教學(xué)內(nèi)容以解決實(shí)際問題為核心

“學(xué)以致用”是學(xué)習(xí)宗旨，編程解決實(shí)際問題是學(xué)習(xí)目標(biāo)。教學(xué)過程中應(yīng)采用解決實(shí)際問題作為核心教學(xué)內(nèi)容[3]，而解決實(shí)際問題的首要步驟是將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為教學(xué)問題，通過反復(fù)訓(xùn)練，可全面培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，同時(shí)也有助于督促學(xué)生主動(dòng)查閱資料、積極思考，有助于加深對(duì)理論知識(shí)的理解[4]。

1.2 教學(xué)方式以師精講生多練為導(dǎo)向

采用全學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，旨在培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)的能力。教學(xué)過程中，應(yīng)給予學(xué)生充足的實(shí)踐動(dòng)手時(shí)間，讓學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題，提出問題；同時(shí)，教師通過個(gè)別指導(dǎo)和講授共性問題并總結(jié)而提高教學(xué)效率，最終達(dá)到在學(xué)生腦海里構(gòu)建出清晰的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

1.3 考核方式以評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)過程為重點(diǎn)

學(xué)習(xí)是知識(shí)積累的過程，學(xué)習(xí)效果的好壞不僅要反映最終的學(xué)習(xí)結(jié)果，還要反映整個(gè)學(xué)習(xí)過程的學(xué)習(xí)態(tài)度[5]。通過強(qiáng)化學(xué)習(xí)過程的監(jiān)控和所學(xué)知識(shí)完整性的考核，避免了部分學(xué)生平時(shí)放松、期末突擊的不良學(xué)習(xí)習(xí)慣，激勵(lì)學(xué)生平時(shí)認(rèn)真學(xué)習(xí)，很好地改善學(xué)生學(xué)習(xí)風(fēng)氣，實(shí)現(xiàn)以考促學(xué)的目的。

2 全學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的實(shí)施

基于全學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的特點(diǎn)，教師應(yīng)從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核方式3方面的改革全面提升學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力、分析解決實(shí)際問題的能力，并經(jīng)過“實(shí)踐—總結(jié)—再實(shí)踐—再總結(jié)”的教學(xué)改革過程強(qiáng)化能力的培養(yǎng)。

2.1 解決切身實(shí)際問題以科學(xué)構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容

在新的教學(xué)模式下構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容時(shí)，以教學(xué)大綱為藍(lán)本，從中提煉知識(shí)點(diǎn)，圍繞知識(shí)點(diǎn)，尋找與學(xué)生學(xué)習(xí)生活相關(guān)的實(shí)際問題，并加以解決。例如，在講授順序結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)方法知識(shí)點(diǎn)時(shí)，提出如下問題：軍訓(xùn)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(xùn)結(jié)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(xué)校，你就購買了兩個(gè)盆，一個(gè)小的洗臉盆和一個(gè)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(huì)兒，同時(shí)，內(nèi)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(nèi)衣專用洗潔精。由于外套比較多，結(jié)果你發(fā)現(xiàn)洗臉盆根本無法浸泡全部的外衣。在不浪費(fèi)各種資源的前提下該怎么辦。這是一個(gè)既常見，又充滿生活小常識(shí)的問題，與學(xué)生生活緊密聯(lián)系，同時(shí)也與課程知識(shí)點(diǎn)緊密結(jié)合。通過對(duì)問題分析，發(fā)現(xiàn)所要解決的是交換兩個(gè)數(shù)的問題，問題中的兩個(gè)數(shù)分別是大盆和小盆，要交換的是兩個(gè)盆中的水，即兩個(gè)數(shù)據(jù)的值。生活中解決該問題的方法是找第三個(gè)盆，作為交換盆，計(jì)算機(jī)解決該問題時(shí)，需要定義第三個(gè)變量，作為交換變量，這樣就將實(shí)際問題抽象為能用計(jì)算機(jī)解決的數(shù)學(xué)問題了。

通過引入實(shí)際問題，不但可以增強(qiáng)學(xué)生解決問題的欲望，還能夠普及生活常識(shí)，潛移默化地教授學(xué)生如何珍惜時(shí)間，度過一個(gè)有意義的大學(xué)生活，更重要的是能夠提升學(xué)生分析問題并利用計(jì)算機(jī)解決問題的能力。

2.2 單班教學(xué)合作學(xué)習(xí)以全面提高學(xué)習(xí)效率

教學(xué)開展過程中，摒棄傳統(tǒng)的多班合上，采取單班獨(dú)立教學(xué)的模式，采用“教師提出問題—學(xué)生分析和解決問題—教師總結(jié)“的教學(xué)方法，小問題獨(dú)立解決，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力；大問題以小組為單位共同解決，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作的意識(shí)。

在開展本項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)時(shí)，“分幾組、分好組”格外重要。分組時(shí)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(shè)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(bǔ)，在征求學(xué)生意見的前提下，盡量選擇性格開朗成績較好的同學(xué)作為組長。在初期考慮成績差異時(shí)，主要參考高考成績中的理科分?jǐn)?shù)，隨著課程的深入學(xué)習(xí)，再逐漸參考學(xué)生的表現(xiàn)；實(shí)驗(yàn)過程中，以組為單位順序安排座位，對(duì)問題共同討論、共同分析，獨(dú)立編寫代碼共同解決問題，組長負(fù)責(zé)任務(wù)分配、實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯報(bào)及問題反饋。

通過單班教學(xué)合作學(xué)習(xí)的教學(xué)方式，可以給老師更多認(rèn)識(shí)和熟悉學(xué)生的機(jī)會(huì)，突出學(xué)生的主體地位，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)自己學(xué)習(xí)的責(zé)任感及對(duì)合作伙伴學(xué)習(xí)進(jìn)展的關(guān)心，有利于師生間的有效交流、學(xué)生間的彼此了解，促成親密融洽人際關(guān)系的建立，培養(yǎng)合作能力和團(tuán)隊(duì)精神，同時(shí)，這種教學(xué)方式也能夠?yàn)閷W(xué)生提供一個(gè)較為輕松、自主的學(xué)習(xí)環(huán)境，提高學(xué)習(xí)效率、組織能力和創(chuàng)造能力。

2.3 充分利用各種資源以提供更多答疑途徑

大學(xué)期間，學(xué)生有更多的自主支配時(shí)間，為了使學(xué)生有效利用時(shí)間高效學(xué)習(xí)，課程提供了多種學(xué)習(xí)交流平臺(tái)，隨時(shí)隨地解答問題。采取的具體措施：①從創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室遴選優(yōu)秀學(xué)員加入課程輔導(dǎo)團(tuán)隊(duì)，輔助授課教師指導(dǎo)學(xué)生高效完成實(shí)踐教學(xué)任務(wù)；同時(shí)，對(duì)輔導(dǎo)團(tuán)隊(duì)成員而言，既是一份收獲、一份認(rèn)可，也是一份榮譽(yù)。②提供面對(duì)面交流的環(huán)境，安排課程組老師坐班答疑，學(xué)生只要有問題，可隨時(shí)找老師進(jìn)行面對(duì)面交流。③利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建基于移動(dòng)端的學(xué)習(xí)平臺(tái)和學(xué)習(xí)論壇，學(xué)生通過學(xué)習(xí)平臺(tái)可進(jìn)行預(yù)習(xí)和知識(shí)鞏固，此外，教師每周都會(huì)有一到兩次在線課堂，講授課程重點(diǎn)和難點(diǎn)，并在線答疑，以此解決學(xué)生的遺留問題；學(xué)習(xí)論壇為學(xué)生提供了信息共享空間。④建立QQ和微信學(xué)習(xí)交流群，為課程學(xué)習(xí)愛好者提供一個(gè)開放的交流環(huán)境和學(xué)習(xí)空間。

2.4 階段測試期末考核以合理評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)結(jié)果

階段性測試有助于學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容及時(shí)總結(jié)，形成一種“學(xué)習(xí)—總結(jié)—再學(xué)習(xí)—再總結(jié)”循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)習(xí)慣；同時(shí)，基于階段性測試結(jié)果，教師也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，提高教學(xué)效果，結(jié)合期末考核結(jié)果，將更科學(xué)合理地評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果。

程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程階段性測試分為8個(gè)階段進(jìn)行，階段性測試成績占80%，期末考核成績占20%，取消了作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及考勤等形式的平時(shí)成績。階段測試與期末考核相結(jié)合的考核評(píng)價(jià)體系見表1。

3 全學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的實(shí)踐結(jié)果

我校自2014年9月以來，不斷進(jìn)行程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革，先后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)調(diào)整、教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、考核方式無紙化等工作，2016年9月開始全面實(shí)施全學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式，大幅提升了學(xué)生編寫完整程序的能力、分析解決實(shí)際問題的能力、參加學(xué)科競賽的獲獎(jiǎng)比例（改革成效如圖1所示），這種教學(xué)模式的優(yōu)點(diǎn)在后續(xù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)中體現(xiàn)尤為明顯。問卷調(diào)查結(jié)果顯示，絕大多數(shù)學(xué)生更愿意接受全學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，學(xué)生普遍認(rèn)為多實(shí)踐多動(dòng)手才是學(xué)好編程語言最有效的途徑。同時(shí)，這種教學(xué)模式也得到了省內(nèi)其他高校同行的認(rèn)可。

4 結(jié) 語

程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)作為計(jì)算機(jī)類相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，目的是使學(xué)生熟練掌握計(jì)算機(jī)編程語言的程序設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的能力[6-8]。全學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式在該課程中的應(yīng)用取得了一定的效果，這為面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)（C++）、Java程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等課程的教學(xué)改革奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

表1 考核評(píng)價(jià)體系

圖1 近3年程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革成效