美國大學(xué)“編程基礎(chǔ)”課程教學(xué)方法研究

王曉娜 吳衛(wèi)江 劉素轉(zhuǎn) 趙建輝 王燕 張麗英

摘? 要： 文章介紹了美國德州山姆.休斯敦州立大學(xué)計算機(jī)系“編程基礎(chǔ)”課程中采用的教學(xué)方法和課程考核方式。介紹了教學(xué)中采用的混合式教學(xué)環(huán)境BlackBoard網(wǎng)絡(luò)平臺、協(xié)作式學(xué)習(xí)法、主動學(xué)習(xí)法和過程性考核標(biāo)準(zhǔn)。通過這些方法和手段，可以讓教師更適應(yīng)生活在當(dāng)今這一數(shù)字時代的學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣，改善和提高課堂教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 混合式教學(xué); 協(xié)作式學(xué)習(xí); 主動學(xué)習(xí); 過程性考核

中圖分類號：G642.4? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2021）03-114-03

Research on the teaching methods of "Programming Fundamentals"

course in American university

Wang Xiaona， Wu Weijiang， Liu Suzhuan， Zhao Jianhui， Wang Yan， Zhang Liying

（College of Information Science and Engineering， China University of Petroleum， Beijing 102249， China）

Abstract： This article introduces the teaching methods and course assessment methods used in the "Programming Fundamentals" course of the Computer Department of Texas Sam Houston State University. The BlackBoard network platform， collaborative learning method， active learning method and procedural assessment standards used in teaching are introduced. Through these methods and means， teachers can better adapt to the learning habits of students living in the digital age today， and improve and enhance the quality of classroom teaching.

Key words： blended teaching; collaborative learning; active learning; procedural assessment

0 引言

互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和使用使得人們獲取信息的方式發(fā)生了重大變化，同樣高等教育領(lǐng)域的教學(xué)方法、教學(xué)手段也都發(fā)生了顛覆式的改變。當(dāng)代的學(xué)習(xí)環(huán)境不再只是原來傳統(tǒng)的教師課堂授課一種形式，已經(jīng)是一種包羅各種學(xué)習(xí)平臺和學(xué)習(xí)方式的混合式網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境。通過混合式網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生的學(xué)習(xí)不用局限于在固定的時間和固定的課堂，可以自由的安排時間來學(xué)習(xí)。網(wǎng)絡(luò)平臺提供了很多的教學(xué)輔助手段，也提供了更方便地師生交流方式。為了更好的適應(yīng)這種教學(xué)環(huán)境的變化，國內(nèi)外的教師都在孜孜不倦的探索新的教學(xué)模式和教學(xué)方法。

1 背景介紹

山姆.休斯敦州立大學(xué)（俗稱SHSU或Sam）是美國德克薩斯州亨茨維爾的一所公立大學(xué)。它成立于1879年，是德克薩斯州第三古老的公立大學(xué)。SHSU是德克薩斯州立大學(xué)系統(tǒng)的成員，學(xué)校設(shè)置有80多個本科，59個碩士專業(yè)和10個博士專業(yè)。計算機(jī)系設(shè)置了五個計算機(jī)本科專業(yè)和一個計算機(jī)輔修專業(yè)：計算機(jī)科學(xué)、計算科學(xué)（信息科學(xué)，IS）、計算科學(xué)（信息保障，IA）、計算機(jī)軟件工程技術(shù)、數(shù)字和網(wǎng)絡(luò)取證工程技術(shù)和計算機(jī)科學(xué)輔修;三個碩士專業(yè)：計算與信息科學(xué)、數(shù)字取證和信息保障與網(wǎng)絡(luò)安全;一個博士專業(yè)：數(shù)字和網(wǎng)絡(luò)法醫(yī)學(xué)。另外該系還設(shè)置有兩個在線碩士學(xué)位：數(shù)字取證和信息保障與網(wǎng)絡(luò)安全。其中網(wǎng)絡(luò)安全在線碩士連續(xù)五年被《美國新聞與世界報道》評為第一，在2018年25個最佳在線信息保障與網(wǎng)絡(luò)安全碩士學(xué)位中排名第一。國家安全局（NSA）和國土安全部（DHS）已指定山姆·休斯敦州立大學(xué)為國家網(wǎng)絡(luò)防御學(xué)士學(xué)位教育卓越中心（CAE-CDE）。

為了適應(yīng)整個學(xué)習(xí)環(huán)境的變化，在程序設(shè)計類課程的教學(xué)中，山姆.休斯敦州立大學(xué)計算機(jī)系的教師們也在努力不斷調(diào)整自己的教學(xué)策略和教學(xué)方法來應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)課程的挑戰(zhàn)。教師們采用各種各樣的融合式教學(xué)方法吸引學(xué)生的興趣，提高課堂的教學(xué)質(zhì)量。在學(xué)習(xí)編程的初期，語法、語句、概念和邏輯比較簡單，學(xué)生通過查閱教材和老師討論等方式可以很容易解決學(xué)習(xí)中遇到的問題，但在后面高級編程階段個人必須和團(tuán)隊合作在現(xiàn)代化的編程環(huán)境和工具中不斷實踐才是最好的學(xué)習(xí)方法[1]。在整個的教學(xué)過程中，為了更好的適應(yīng)生長在數(shù)字時代的學(xué)生，老師重點(diǎn)要解決這些問題：①怎么在原來的傳統(tǒng)教學(xué)方法中引入更適合新生代學(xué)生的現(xiàn)代化的教學(xué)方法;②怎么讓學(xué)生的學(xué)習(xí)由被動式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃邮綄W(xué)習(xí)，使得學(xué)習(xí)更有趣;③怎么通過教師和學(xué)生的協(xié)作調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高課程教學(xué)質(zhì)量;④考核方式需要怎樣的變化，才能真正反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

2 教學(xué)實踐

山姆.休斯敦州立大學(xué)（SHSU）的程序基礎(chǔ)類課程開設(shè)了兩門：“編程基礎(chǔ)I”（Programming Fundamentals I）和“編程基礎(chǔ)II”（Programming Fundamentals II）。兩門課程都包含兩部分的內(nèi)容：課堂授課和實驗課程。“編程基礎(chǔ)I”通過Java語言介紹編程基礎(chǔ)知識，主要內(nèi)容包括計算機(jī)編程和軟件開發(fā)方法的基本概念，包括數(shù)據(jù)類型，控制結(jié)構(gòu)，函數(shù)，數(shù)組以及如何運(yùn)行、調(diào)試和測試程序，該課程是四個學(xué)分，其中實驗單獨(dú)占一個學(xué)分。該門課程要求學(xué)生在學(xué)習(xí)之前要有基本的鍵盤操作和PC使用技能，通過學(xué)校規(guī)定的數(shù)學(xué)課程。該門課程的主要目標(biāo)是讓學(xué)生學(xué)會編寫、測試并執(zhí)行Java程序。“編程基礎(chǔ)II”是“編程基礎(chǔ)I”的延續(xù)，主要學(xué)習(xí)用抽象數(shù)據(jù)類型進(jìn)行計算機(jī)程序的設(shè)計，實現(xiàn)和重用，還包括Java面向?qū)ο笤O(shè)計思想和設(shè)計模式。具體內(nèi)容有基本的抽象數(shù)據(jù)類型列表、堆棧、隊列和圖，算法分析，搜索和排序。該課程也是四個學(xué)分，其中實驗要單獨(dú)占一個學(xué)分。學(xué)生通過實驗要學(xué)會在多個編程環(huán)境中練習(xí)計算機(jī)編程。

2.1 通過BlackBoard學(xué)習(xí)平臺實現(xiàn)從教學(xué)手段從傳統(tǒng)到現(xiàn)代的轉(zhuǎn)變

BlackBoard是一個由美國BlackBoard公司開發(fā)的數(shù)位教學(xué)平臺。數(shù)位教學(xué)意指：數(shù)字化教學(xué)。老師和學(xué)生可以在多媒體、網(wǎng)絡(luò)組成的平臺內(nèi)進(jìn)行各種課程方面的交流。BlackBoard在線教學(xué)管理系統(tǒng)，正是以課程為中心集成網(wǎng)絡(luò)“教”“學(xué)”的環(huán)境。教師可以在平臺上開設(shè)網(wǎng)絡(luò)課程，學(xué)習(xí)者可以自主選擇要學(xué)習(xí)的課程并自主進(jìn)行課程內(nèi)容學(xué)習(xí)[2]。不同學(xué)習(xí)者之間以及教師和學(xué)習(xí)者之間可以根據(jù)教學(xué)的需要進(jìn)行討論、交流。BlackBoard為教師、學(xué)生提供了強(qiáng)大的施教和學(xué)習(xí)的網(wǎng)上虛擬環(huán)境，成為師生溝通的橋梁。

基于BlackBoard平臺的教學(xué)模式是一種混合式學(xué)習(xí)教學(xué)模式。在這種教學(xué)模式下，學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)教育中的主體性會得到特別地重視，既能夠發(fā)揮傳統(tǒng)課堂教學(xué)的優(yōu)勢，又能發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)移動學(xué)習(xí)的優(yōu)勢[3]。尤其在新冠疫情期間，為了減少傳播風(fēng)險，美國高校很多課程采用線上課堂或線上線下混合課堂的模式，網(wǎng)絡(luò)平臺的使用更為重要。

課前教師通過平臺把課程教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)視頻、文檔資料等分發(fā)給學(xué)生，學(xué)生可以提前預(yù)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，這使得教師在真正課堂上的分組討論、難點(diǎn)講解等效果更好，通過這個平臺，也可以方便的實現(xiàn)師生之間的溝通。教師和學(xué)生通過平臺可以進(jìn)行視頻對話，更好的實現(xiàn)個別指導(dǎo)。當(dāng)傳統(tǒng)課堂上不能實現(xiàn)面對面分組討論時，也可以通過該平臺實現(xiàn)遠(yuǎn)程討論并記錄下討論情況，上傳到平臺，教師可以很方便的看到每組學(xué)生的討論情況。教師也可以用平臺提供的Kaltura插件方便的錄制教學(xué)視頻，豐富自己的教學(xué)資料。通過平臺上教師提供的豐富的課程教學(xué)資料和教師設(shè)置的課程內(nèi)容測試規(guī)則，大大提高了學(xué)生自己的自主學(xué)習(xí)能力，使被動教學(xué)變成了主動教學(xué)。學(xué)生在老師指導(dǎo)下，通過Internet查找資料來做更多的深入學(xué)習(xí)。使用現(xiàn)代化的混合教學(xué)模式既減輕了教師的負(fù)擔(dān)（如BlackBoard平臺提供了很多的統(tǒng)計功能，自動判分功能等），又提高了學(xué)生的主動學(xué)習(xí)興趣。

2.2 采用Think-Pair-Share的方式創(chuàng)建主動學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境

主動學(xué)習(xí)是“一種學(xué)習(xí)方法，在這種方法中，學(xué)生會主動或體驗性地參與學(xué)習(xí)過程，并且根據(jù)學(xué)生的參與程度，存在不同程度的主動學(xué)習(xí)。”Bonwell和Eison指出：“學(xué)生在做除消極傾聽之外的其他事情時會參與就是主動學(xué)習(xí)。”主動學(xué)習(xí)的關(guān)鍵是要改變學(xué)生被動聽，而是讓學(xué)生主動思考的方式來學(xué)習(xí)。山姆.休斯敦州立大學(xué)的老師們原來也是采用案例教學(xué)法進(jìn)行教課，教師先演示一個示例程序的編寫，然后再讓學(xué)生自己編寫完成一個類似的程序，但后來發(fā)現(xiàn)這種方式學(xué)生太被動，往往演示時學(xué)生不注意聽，實踐編程時指導(dǎo)老師又要重復(fù)指導(dǎo)上課講過的內(nèi)容。后來教師們采用了一種相反的方式，先提出問題，讓學(xué)生自己思考應(yīng)該怎么做，讓學(xué)生自己先在完成預(yù)習(xí)任務(wù)的基礎(chǔ)上提出每個人的方案，再讓他們和旁邊同學(xué)結(jié)對子互相分享解決方案，互相評價對方的方案。最后老師再講自己的解決方案，評價學(xué)生的解決方案，這就是Think-Pair-Share的教學(xué)方法。采用這種方法，學(xué)生課堂的專注度提高了，能主動思考解決問題的方法，有時一個題目得到很多解決方案，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到了提高，在學(xué)習(xí)的過程中越學(xué)越喜歡學(xué)。

2.3 基于協(xié)作學(xué)習(xí)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計

協(xié)作學(xué)習(xí)（Collaborative Learning）是一種通過小組或團(tuán)隊的形式組織學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)的策略。教師在BlackBoard平臺發(fā)布小組合作完成的題目，學(xué)生自己自由結(jié)合分組，組合好小組后，教師通過BlackBoard平臺可以看到有幾個小組，每組都有哪些成員。在教學(xué)中采用分組協(xié)作式教學(xué)模式，每位學(xué)生都能參與到整個學(xué)習(xí)的探索與發(fā)現(xiàn)過程中去，每個學(xué)生都完成不同的任務(wù)，在實現(xiàn)一個整體任務(wù)目標(biāo)的前提下分工合作，進(jìn)而完成學(xué)習(xí)目標(biāo)，在這個過程中也培養(yǎng)了學(xué)生之間的團(tuán)隊合作精神和創(chuàng)新實踐能力[4]。在這樣的方式下，大部分學(xué)習(xí)都應(yīng)由學(xué)生自主來完成，教師只需在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中通過BlackBoard平臺加大監(jiān)督力度，如要求學(xué)生將每次討論視頻記錄上傳，在學(xué)生出現(xiàn)問題并尋求幫助時給予一定的引導(dǎo)。在學(xué)習(xí)任務(wù)完成后，教師總結(jié)學(xué)生在學(xué)習(xí)中普遍存在的問題，有針對性的進(jìn)行示范與解答。

2.4 通過過程考核提高教學(xué)質(zhì)量

編程課程是計算機(jī)專業(yè)同學(xué)最基本的課程，也是后續(xù)課程最重要的基石。為了讓學(xué)生對每個知識點(diǎn)都很好的掌握，讓考核更全面化、精細(xì)化，教師非常注重學(xué)習(xí)過程的考核[5]。課堂出勤、章節(jié)測驗、上機(jī)實驗、課后作業(yè)、階段考試、期中考試、期末考試和學(xué)術(shù)誠信等都會作為評分依據(jù)。表1列出了課程總成績構(gòu)成的分配比例。

每章學(xué)習(xí)完成后，教師都會通過BlackBoard發(fā)布一個小測驗來檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，一共有九次小測驗。在整個課程的學(xué)習(xí)過程中，一般安排三次考試，每次考試考核的知識點(diǎn)都是不同的，難度也是逐步遞增。這門課程教師對學(xué)生出勤和學(xué)術(shù)誠信[6]的考核很嚴(yán)格，如果學(xué)生連續(xù)缺席兩次課或以上，就會收到警告;一旦發(fā)現(xiàn)學(xué)術(shù)誠信問題，將考試成績記為0，并給予紀(jì)律處分。過程化考核改革是進(jìn)一步提高本科人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要舉措，也是改善教風(fēng)、學(xué)風(fēng)，激勵師生提高課堂教學(xué)投入度，提升和檢驗課程教學(xué)效果，保證教學(xué)質(zhì)量的有效手段。

3 結(jié)束語

在原來的傳統(tǒng)教學(xué)方法中如何引入更適合新生代學(xué)生的現(xiàn)代化的教學(xué)方法;如何讓學(xué)生的學(xué)習(xí)由被動式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃邮綄W(xué)習(xí)，使得學(xué)習(xí)更有趣;如何通過教師和學(xué)生的協(xié)作調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高課程教學(xué)質(zhì)量;考核方式需要怎樣的變化，才能真正反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果等是教師們在新時代課堂上需要不斷思考的問題。不管國內(nèi)還是國外，為了更好的適應(yīng)信息化社會給教師教學(xué)帶來的挑戰(zhàn)，教師們在不斷的學(xué)習(xí)、改進(jìn)教學(xué)技術(shù)、教學(xué)策略、教學(xué)手段來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、激發(fā)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)能力，保證教學(xué)質(zhì)量。

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