智慧教育背景下“C程序設(shè)計”教學(xué)研究與實踐

劉金月， 劉華鎣， 時貴英

(東北石油大學(xué) 計算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院， 黑龍江 大慶 163318)

0 引言

大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等信息技術(shù)的迅速發(fā)展，帶給教育行業(yè)巨大沖擊，教育必須進(jìn)行改革才能適應(yīng)社會發(fā)展需要。只有在新的教育理念下、充分利用現(xiàn)代化信息技術(shù)，提升高校人才培養(yǎng)能力和質(zhì)量。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，許多教育專家和學(xué)者開展了“互聯(lián)網(wǎng)+教育”智慧教育教學(xué)模式的研究與實踐[1]。智慧教育時代是讓技術(shù)變成“人”或讓技術(shù)變成“教育”的時代[2]。是人類智能和教育融合發(fā)展的產(chǎn)物，引領(lǐng)教育教學(xué)從數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化朝著管理服務(wù)個性化、學(xué)習(xí)導(dǎo)航智能化、質(zhì)量評價系統(tǒng)化方向發(fā)展[3]。

程序設(shè)計能力是所有工科專業(yè)學(xué)生的必備基礎(chǔ)[4]。程序設(shè)計類課程是工學(xué)本科專業(yè)學(xué)生的必修課程，著力培養(yǎng)學(xué)生求解復(fù)雜問題的計算思維能力和程序設(shè)計能力，提高學(xué)生的計算機(jī)素養(yǎng)。因此，做好程序設(shè)計課程教學(xué)工作是一項非常重要的任務(wù)。

1 教學(xué)現(xiàn)狀

“C程序設(shè)計”課程是教育部課程指導(dǎo)委員會推薦的程序設(shè)計類課程。傳統(tǒng)的教學(xué)方法過度關(guān)注C語言的語法知識卻忽視了算法的整體實現(xiàn)過程。目前，我校“C程序設(shè)計”課程理論40學(xué)時，實驗30學(xué)時，對于大多數(shù)都是初次接觸程序設(shè)計類課程的非計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來說，教師需要在有限的時間內(nèi)把大量的語法規(guī)則和算法實踐高質(zhì)量的傳授給學(xué)生，理論和實驗學(xué)時明顯不足；課堂交流多是教師提問，學(xué)生回答，互動方式單一。學(xué)生的認(rèn)知程度存在差異性導(dǎo)致課堂內(nèi)容難以適應(yīng)學(xué)生的需求差異，無法做到分層次教學(xué)[5]。課后作業(yè)中出現(xiàn)的問題只能等到下次課堂中進(jìn)行講解，通常講解內(nèi)容會選擇共性問題，個性化問題往往會被忽略，這種單一的交流方式和延時的反饋導(dǎo)致學(xué)習(xí)效率大大降低。

2 智慧課堂

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+教育”概念的提出，智慧教學(xué)模式得到了教育領(lǐng)域的廣泛認(rèn)可。信息技術(shù)的介入，使得教育的時間、空間、要素及教育關(guān)系都面臨一個重構(gòu)的過程[6]。智慧課堂是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景下教育信息化聚焦于課堂教學(xué)、聚焦于師生活動、聚焦于智慧生成的必然結(jié)果。在智慧教學(xué)環(huán)境下，教師由知識的傳授者，轉(zhuǎn)變成課堂教學(xué)的組織者和引導(dǎo)者，學(xué)生建構(gòu)意義的幫助者、促進(jìn)者以及學(xué)生良好情操的培育者；教學(xué)過程中，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，注重采取不同的教學(xué)方法引導(dǎo)學(xué)生實現(xiàn)自身發(fā)展；智慧教學(xué)工具的使用增加了師生互動和生生互動交流，使學(xué)生個性化和多元化的學(xué)習(xí)需求得到了滿足。智慧課堂和傳統(tǒng)課堂的對比情況，如表1所示。

表1 傳統(tǒng)教學(xué)模式和智慧課堂教學(xué)模式對比表

相較于翻轉(zhuǎn)課堂，智慧課堂以嶄新的智慧教育理念為指導(dǎo)，積極借鑒翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用實踐的成功經(jīng)驗，對翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行重塑和升級，在學(xué)生自主能力培養(yǎng)及個性化教學(xué)方面有著明顯的優(yōu)勢。基于大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)的全面支持，從一般性觀看視頻轉(zhuǎn)變?yōu)檎n前預(yù)習(xí)、測評分析及反饋；從“先學(xué)后教”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)定教”；從對課堂的控制轉(zhuǎn)向為基于數(shù)據(jù)的動態(tài)學(xué)習(xí)分析、即時反饋及據(jù)此實現(xiàn)的教學(xué)機(jī)制；從早期的“流程顛倒”的翻轉(zhuǎn)課堂轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖Y(jié)構(gòu)性變革”的翻轉(zhuǎn)課堂，以此實現(xiàn)“云端構(gòu)建，先學(xué)后教，以學(xué)定教，智慧發(fā)展”的智慧課堂模式。

3 “C程序設(shè)計”智慧課堂教學(xué)設(shè)計

依托我校網(wǎng)絡(luò)信息化在線課程平臺，構(gòu)建“云+端”的智慧課堂教學(xué)模式。教師把課程相關(guān)資源上傳至在線課程“云”平臺，學(xué)生可通過手機(jī)安裝超星學(xué)習(xí)通APP，到“云”中獲取所需要的資源。在傳統(tǒng)教學(xué)方式的基礎(chǔ)上融合網(wǎng)絡(luò)在線教學(xué)平臺和手機(jī)超星學(xué)習(xí)通APP，構(gòu)建線上線下混合式“C程序設(shè)計”智慧課堂。教學(xué)過程以C語言概述為例，具體實施過程，如圖1所示。

圖1 基于智慧課堂的教學(xué)過程設(shè)計

教學(xué)設(shè)計分成課前(自主學(xué)習(xí))、課中(互動學(xué)習(xí))和課后(強(qiáng)化學(xué)習(xí))三部分，實踐過程中根據(jù)學(xué)生的反饋進(jìn)行教學(xué)設(shè)計的完善與調(diào)整。通過信息化教學(xué)手段、互動式教學(xué)方法和探究式學(xué)習(xí)方式完成教學(xué)任務(wù)，滿足新工科人才培養(yǎng)要求。

3.1 課前自主學(xué)習(xí)

在互聯(lián)網(wǎng)+背景下，隨著MOOC(慕課)類優(yōu)秀課程的快速推廣，教師可通過觀摩慕課拓展思路，提升教學(xué)效果。考慮到互聯(lián)網(wǎng)平臺上資源眾多，種類繁雜，需要對相關(guān)資源進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃以契合課程教學(xué)任務(wù)，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)精心設(shè)計預(yù)習(xí)內(nèi)容和教學(xué)實施過程。教師通過超星學(xué)習(xí)通發(fā)布本節(jié)課程視頻，上傳PPT課件，推送課前任務(wù)單，此外對于優(yōu)質(zhì)的課程資源可作為課程內(nèi)容的補(bǔ)充，進(jìn)一步開闊學(xué)生視野。學(xué)生在任務(wù)單的引領(lǐng)下，自主觀看視頻和預(yù)習(xí)教學(xué)課件，在學(xué)習(xí)過程中對于難點問題可利用討論區(qū)、QQ群進(jìn)行師生、生生互動交流。通過自主探究、互動交流的過程中點燃學(xué)習(xí)智慧，對學(xué)習(xí)產(chǎn)生一種期待感。考慮到C程序設(shè)計課程的第一次授課內(nèi)容非常重要，精心制作問卷調(diào)查發(fā)放給學(xué)生，了解學(xué)生對本門課程的關(guān)注度有哪些方面。發(fā)布課前測試，利用平臺的自動統(tǒng)計功能幫助教師掌握學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，教師針對自主學(xué)習(xí)反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)情分析，對課堂內(nèi)容進(jìn)行深度加工，及時調(diào)整教學(xué)過程中的重點、難點問題和教學(xué)策略，對不同情況的學(xué)生也可以推送個性化的資源，從而實現(xiàn)“以學(xué)定教”。

3.2 課中互動學(xué)習(xí)

(1) 快速考勤

教師記錄學(xué)生考勤時只需設(shè)置一個手勢或生成一個二維碼，同學(xué)們就可以進(jìn)行簽到。這種便捷的簽到方式，降低了教師課時的占用率，增加了課堂的趣味性。

(2) 導(dǎo)入新知

根據(jù)C語言的發(fā)展過程及各種編程語言在企業(yè)中使用情況的調(diào)查分析，介紹為什么要學(xué)習(xí)C語言，引導(dǎo)學(xué)生思考課程學(xué)習(xí)的意義。

(3) 引導(dǎo)探究

在編譯環(huán)境中演示C程序創(chuàng)建、編輯、編譯與調(diào)試、運行的過程，啟發(fā)學(xué)生思考如何在計算機(jī)屏幕上輸出一串字符？通過搖晃手機(jī)隨機(jī)選人或發(fā)起搶答，回答正確的同學(xué)可獲得課程活動積分，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。根據(jù)課前測驗的統(tǒng)計情況，對疑難點問題進(jìn)行有針對性的講解。

(4) 任務(wù)驅(qū)動

通過前面例題的講解，引導(dǎo)學(xué)生思考如何在屏幕上輸出整數(shù)、實數(shù)及完成簡單的算術(shù)運算？教師進(jìn)行知識的講解與遷移，對經(jīng)常使用的int類型和float類型及對應(yīng)的輸出格式符進(jìn)行重點講解。隨后，教師發(fā)布新任務(wù)，例如求圓的周長和面積，采用以強(qiáng)帶弱的分組形式讓學(xué)生進(jìn)行討論和課堂演示交流。由于C語言的靈活性，一個問題可以有多種算法，每種算法可以應(yīng)用不同的語法知識，在小組討論過程中對所學(xué)知識進(jìn)一步鞏固提升。例如怎樣在屏幕上輸出整型、實型數(shù)據(jù)？輸出數(shù)據(jù)時如何控制數(shù)據(jù)格式及對齊方式？發(fā)生數(shù)據(jù)溢出時該怎么辦？小組成員在協(xié)作學(xué)習(xí)中形成自己的認(rèn)知，并為完成任務(wù)貢獻(xiàn)自己的智慧，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣。對于疑難問題，教師進(jìn)行即時點評和總結(jié)提升，從而實現(xiàn)教師引導(dǎo)教學(xué)、學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)的教學(xué)模式。

(5) 歸納總結(jié)

教師根據(jù)講解實例和拓展練習(xí)對本節(jié)內(nèi)容進(jìn)行小結(jié)，總結(jié)C程序的構(gòu)成特點，幫助學(xué)生梳理知識脈絡(luò)，實現(xiàn)知識內(nèi)化。

3.3 課后強(qiáng)化學(xué)習(xí)

課后階段，依據(jù)學(xué)生課前和課中學(xué)習(xí)情況推送個性化學(xué)習(xí)資源，設(shè)置“知識強(qiáng)化”和“能力拓展”兩個環(huán)節(jié)，所有同學(xué)都需要完成“知識強(qiáng)化”中推送的驗證性程序，學(xué)有余力者完成綜合性編程和趣味編程練習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。學(xué)生通過學(xué)習(xí)通平臺提交作業(yè)，系統(tǒng)對作業(yè)即時反饋。學(xué)生可根據(jù)作業(yè)中的反饋有重點的觀看微課視頻，也可利用討論區(qū)和QQ群進(jìn)行生生交流、師生交流，實現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)。教師在討論區(qū)發(fā)布研討話題，針對話題學(xué)生可各抒己見、互相啟發(fā)，在信息的多項傳遞過程中鞏固已取得知識，或解決有爭論的、學(xué)生難以直接理解的問題，從而獲取新的知識。

4 總結(jié)

智慧教育背景下，學(xué)生線上與線下混合學(xué)習(xí)方式越來越普遍。智慧課堂作為一種新興的教學(xué)方式，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，克服了傳統(tǒng)課堂的弊端。利用信息技術(shù)手段，打破時間和空間的限制，加強(qiáng)師生、生生互動交流，提升了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和團(tuán)隊協(xié)作能力，實現(xiàn)教師主導(dǎo)作用和學(xué)生主體地位的有機(jī)統(tǒng)一。

如何利用智慧課堂解決C程序設(shè)計教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，是一個不斷探索的過程，對教師和學(xué)生提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。教師需要根據(jù)“課前—課中—課后”3個不同階段調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)知識進(jìn)行有意義的建構(gòu)，促進(jìn)學(xué)生的自主探究學(xué)習(xí)；依據(jù)課程目標(biāo)搜集和整理推送的各種資料，課前任務(wù)單難度要低，課中精講內(nèi)容要靈活高效，課后復(fù)習(xí)拓展任務(wù)要有的放矢；依托現(xiàn)代教育技術(shù)，實時交互獲取反饋數(shù)據(jù)來掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和節(jié)奏，實現(xiàn)信息技術(shù)與課程教學(xué)的深度融合。對于學(xué)生來說，課前和課后都要花費較多的時間和精力，如何合理安排和使用課余時間非常重要；在智慧課堂的教學(xué)模式中，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，其學(xué)習(xí)的主動性和自主學(xué)習(xí)能力的高低對教學(xué)效果也會產(chǎn)生很大的影響。