基于教學矩陣的高級語言程序設計課程思政研究與實踐

徐國明，袁宏武，萬家華

（1.安徽大學 互聯網學院,安徽 合肥 230039；2.安徽新華學院 大數據與人工智能學院,安徽 合肥 230088）

0 引 言

在高級語言程序設計課程思政的教學實踐探索中，實施路徑和措施方法的研究成果較為豐富[3-4]，但是將高級程序設計教學內容進行分層拆解和維度重構，構建具有普適性和可操作性的課程思政教學內容與程序設計思想和知識傳授深度融合的探索和實踐需要進一步深入.為此，研究教學實施過程特點，按知識素養思政、能力思維思政、服務社會思政等三個維度，采用課程思政教學矩陣方法[5]，在課程思政教學立體化體系架構下，設計思政教學內容的矩陣元素，積極探索新形勢下高級語言程序設計思政教學新方法和新形式，為達成人才培養目標提供新思路.

1 立體化課程思政體系

高級語言程序設計課程的內在思政總體需求是符合各高校各專業對人才培養目標需求和期望，在新工科背景下適應時代發展所需、能夠為社會與經濟建設服務、具有家國情懷的高素質應用型計算機人才.

在課程思政教學體系設計中，一方面考慮課程章節內容的遞進制約關系和課程知識體系的層次結構，并結合教學活動過程.當前我國理工院校高級語言程序設計課程的典型教學活動主要包括課堂教學、實驗教學和綜合實踐過程，而這三個過程是層層遞進、互相支撐構成完整的程序設計思想培養內容，其教學內容和教學目標的側重點不一樣，那么各個過程的課程思政也應該有所不同，所以在課程思政設計上應全面覆蓋、綜合考慮這種遞進關系和目標差異，以達到課程思政育人效果.

另一方面，在課程思政實施過程中，考慮課程思政多維度育人層次，便于組織教學和思政內容實施，將傳統文化與新時代要求相結合.傳統文化上借鑒韓語《師說》的“師者，所以傳道授業解惑也”思想，與新時代下的社會主義核心價值觀融會貫通，可以把對人才培養的思政需求分為解惑層級的知識素養思政、授業層級的能力思維思政、傳道層級的家國情懷思政等三個維度層次，而這三個維度也對應著課程教學培養人才的知識傳授、個人發展以及服務社會三個層面，并以此為基礎考慮課程思政體系構建和組織實施路徑.

將高級語言程序設計課程的課堂教學、實驗教學和綜合實踐三個過程，與傳道授業解惑的三個維度深度融合，建立課程思政三個維度層次需求和專業知識點映射關系，采用構建全程多維度立體化課程思政教學體系，在此框架內采用教學矩陣[5]形式，探索課程思政實踐新方法.

2 教學矩陣設計

課程思政教學的根本任務將高級語言程序設計課程的專業教學課程內容與思政元素深度融合，思政元素包括品德教育元素、思想政治原理、家國情懷教育等.在構建形式上，借鑒教學矩陣思想，全新設計教學矩陣形式，在設計上主要考慮三個方面.

一是教學矩陣應該簡潔直觀，可操作性強，課程實施過程中可以直接進行教學設計準備.二是課程思政實施路徑要覆蓋全過程和多維度.三是高級語言程序設計課程教學矩陣及其思政元素設計完成后，可以在類似的課程教學實踐中被借鑒運用和更新補充，以形成課程思政資源庫建設.為此，設計課程思政教學矩陣如表1所示.

環保加濕型空調是在普通空調上加以改進，利用SolidWorks創建的空調模型結構如圖1所示，在壁掛空調的下側增加的小方柜里面放超聲波加濕器和制冷劑回收箱體，用2根水管將焊接板式冷凝器與超聲波加濕器連接起來，通過外部結構圖（見圖2）可以確定超聲波加濕器，制冷劑回收箱體、高壓管、低壓管及2根冷卻水管的具體位置。

表1 教學矩陣設計

該教學矩陣包括5個維度，各維度內容如表中所示.其中，思政元素和課程內容是融合的原驅動力，而支撐該思政的教學設計主要包括目標成效和方法手段兩個維度.在具體實施過程中，輔助教學矩陣還可以根據需要增加或者修改維度內容.

3 思政元素設計

根據以上課程思政教學矩陣設計，在教學實施前，首先完成各課程的矩陣元素設計.高級語言程序設計課程教學實施主要包括三個環節：課堂教學、實驗教學和綜合實踐，為此，以課程章節內容知識點為案例，將上述矩陣內容按照思政層次與教學環節相融合的交叉關系設計課程思政矩陣元素.

3.1 課堂教學矩陣元素

3.1.1 解惑層次矩陣元素

課堂教學是最重要的課程思政應用場景，在解惑層次的矩陣元素設計中，其主要目的是促進教學內容知識點的記憶與理解.以C語言發展為例，經典教材中關于C語言發展歷程的介紹是按照時間線簡潔地給出了時間地點人物和代表性版本.

但是對于大部分高級語言程序設計的初學者來說，這樣的敘述顯得枯燥，無法引起共鳴，對于理解C語言產生的偉大作用感受不深，所以可以在教學過程中結合課程思政需要，增加C語言發展背后的故事，以拓展視野、激發興趣、幫助知識點的掌握，該解惑層次的矩陣元素設計如表2所示.

表2 C語言發展與背后的故事

3.1.2 授業層次矩陣元素

在高級語言程序設計的課堂教學過程中，解惑層次的矩陣元素是以幫助理解、加深記憶為主的知識素養思政，而在授業層次的思政元素設計上，則以知識向能力轉換為主.以程序代碼注釋知識點為例，在該課程中，該知識點可以用兩句話概括：單行注釋“//”以及段落注釋“/**/”.如果擴展到能力培養、職業發展層次上，就顯然不夠.

教學過程中，引入華為編碼規范[6]內容，在該規范中，其注釋規范部分有8頁之多，這與課本上最簡單且容易忽視的寥寥數語知識點形成鮮明對比，以此引起初學者重視，并強調該知識點及其規范對個人編程風格養成[7]甚至未來的軟件項目管理等能力具有重要影響，矩陣元素設計如表3所示.

表3 編碼注釋與華為規范

3.1.3 傳道層次矩陣元素

結合當前貿易摩擦及知識產權之爭背景下的軟件領域卡脖子技術，實施課程思政以激發吾輩以先輩為榜樣，心懷家國情懷、奮勇爭先，起到拓展思維、提升自信、樹立情懷使命的效果.以C語言的發展和應用為例，引入求伯君的WPS之路，早期的WPS主要是匯編和C語言混合編程，對計算機普及和軟件國產化具有重大影響，其人在新世紀之初曾獲得“2000CCTV中國十大經濟年度人物、2001年度中國IT十大風云人物”等榮譽，其傳道層次矩陣元素如表4所示.

表4 國產化軟件與家國情懷

3.2 實驗教學授業層次矩陣元素

實驗教學以培養學生編程實踐能力為基本目標.高級語言程序設計實驗可以分為語法知識驗證型、算法（或功能）設計型、綜合設計型等三種類型.在三種類型的教學案例設計時做到前后實驗內容有關聯，后面的實驗是對前面實驗的完善，案例內容由淺入深，逐步將實驗內容引向深入，讓學生最終能得到一個實用的程序項目.其課程思政元素根據不同的實驗類型設計不同層次的思政維度.

3.2.1 解惑層次矩陣元素

以完成銀行貸款計算器的驗證性實驗教學為例，其涉及的知識點包括數據類型、控制語句、輸入輸出方法等內容，矩陣元素設計如表5所示.

表5 數據抽象與特殊到一般哲學原理

3.2.2 授業層次矩陣元素

授業層級的思政重點關注能力素質培養，以C語言實現楊輝三角算法（或功能）設計型實驗為例，該實驗有多種實現方法，比較常規的是利用循環和數組，而這兩種方法也最容易被初學者理解.為加深印象、幫助理解，可以增加關于楊輝三角的發明故事以及神奇之處的課程思政元素.

楊輝三角又名賈憲三角形，它是二項式系數在幾何三角形中的排列組合，是中國古代數學的杰出研究成果之一.歐洲的帕斯卡于1654年發現這一規律，被稱為帕斯卡三角形，比楊輝遲393年，比賈憲遲600年.楊輝三角的美妙之處在于它足夠簡單卻在數的性質中有豐富魅力，其神奇之處包括從排列組合、完全平方數，到謝爾賓斯基三角等，值得愛好者去探索和編程實現，其思政矩陣元素設計如表6所示.

表6 楊輝三角與數組循環

3.3 綜合實踐傳道層次矩陣元素

在綜合項目實踐實訓階段，不僅要培養鍛煉學生的分析問題、解決問題的能力，更要對照專業培養目標和課程教學大綱要求，培養鍛煉學生的創新意識和競爭能力，為工科學生的職業素質和就業能力提升進行鍛煉.為此，在該階段的傳道層次引入項目小組模式和競爭思維，其思政元素設計如表7所示.

表7 項目的內部管理與外部競爭

4 實踐與反饋

4.1 組織實施

課程矩陣元素是授課的素材，在具體教學任務實施環節還需要進行整體路徑設計.以C語言程序設計課程為例，其具體環節包括：課程思政大綱修訂、教案思政內容編寫、授課課件準備、課堂教學實施、教學效果評價和反饋完善等系列過程，在每個過程中都將體現課程思政的不同方面，或目標、或內容、或實施方法、或效果評價等.

不同的教學活動，其承載的教學目標和教學方法區別很大，為此，在多層次課程思政元素的比例分配上也有所區別.具體教學實踐中，課堂教學的解惑、授業和傳道的思政元素比例約為4:3:3，實驗教學的三個層次的思政元素比例約為3:5:2，而綜合實踐則約為2:3:5，該比例數據也可以根據授課對象和專業進行微調.

4.2 實踐效果

在統一的教學矩陣組織框架下，課程思政教學準備過程變得高效且通用性提高.以C語言程序設計課程為例，目前共積累了17個課程思政教學矩陣元素，基本涵蓋了從緒論、數據類型、結構化語句、循環、數組、函數、指針、文件等章節內容，同時明確了每個矩陣元素所屬的課堂教學、實驗教學和綜合實踐等過程.由于程序設計類課程的相通性特征，這些矩陣元素素材對相近的面向對象程序設計課程（Java或者C++）等課程以及相關課程的實驗實訓、課程設計綜合實踐等任務具有借鑒作用.

通過4個學期在多個班級的高級語言程序設計課程中實施課程思政教學實踐，取得了明顯的實踐效果.主要表現在：一方面，在授課過程中，可以直觀感受到課堂氣氛和學生聽課的精力集中時間延長；另一方面，在教學評價方面采用該矩陣素材的教學團隊都有較為明顯的提升.實施課程思政的教學班在以證代考（安徽省計算機等級考試（C語言二級））的課程改革中，以及大學生程序設計大賽中的積極性和成績普遍提高.課程組老師多次參加校級“課程思政”教學案例比賽，獲得一等獎和三等獎各一次.

4.3 反思與改進

在基于教學矩陣的高級語言程序設計課程思政實踐過程中，也存在一些問題.首先，限于精力和時間，目前的思政教學矩陣元素積累還不夠精煉和豐富.其次，課題研究的另一任務是研究通用思政元素設計問題，使得矩陣元素便于備課準備和共享，但是具體教學實施中造成了部分矩陣元素實例在同一班級的不同課程之間存在重復使用的情況，這會給受眾學生留下備課倉促的教學感受，影響效果，甚至會有為思政而思政的主觀感受.另外，部分需要學生參與完成的思政項目，如課后閱讀、小組討論以及課堂演示等內容，由于大班教學、課時不足等原因，其深入開展程度無法完全達到預期效果.

針對以上問題，在后期的教學實施過程中，擬從以下方面進行改進.一是技術研究和機制建設同步開展，建立思政元素互斥共享矩陣，避免矩陣元素在同一授課對象中的重復使用.二是根據新形式和熱點問題，持續優化矩陣結構和矩陣元素，開發思政矩陣元素數據庫，進一步擴大共享范圍，由課程向專業、由校內向校外，充分交流.三是跟蹤完善針對課程思政的評價效果并反饋到課程組，以此重構課程思政體系、優化矩陣元素設計和和改進教學實施方法.