新一代人工智能發展背景下基于PBL和TDT的C程序設計教學探索

孫奕菲*

（陜西師范大學物理學與信息技術學院 陜西·西安 710119）

0 引言

2013年，德國首次提出工業4.0時代，標志著以人工智能和大數據為核心的第四次科技革命和產業變革隆重登場，由此開啟了智能新時代。2017年，國務院發布《新一代人工智能發展規劃》，提出智能教育成為人工智能的一個發展方向。2018年，教育部頒發《高等學校人工智能創新行動計劃》和《教育信息化2.0行動計劃》。2019年，國務院提出推進中國教育現代化的目標任務。這一系列的規劃表明，信息化時代教育變革勢在必行，高校教育與人工智能的深度融合與協同發展亟待促進[1]。智能時代是一個新時代，更需要復合型創新型人才，這就需要重新認識，重新定位，繼續強化高等教育，加快高校課程改革。在新一代人工智能時代背景下，建立一流課程，設置一流專業，培育一流人才，全面振興高等教育已在國家層面頂層設計。

隨著互聯網、計算機、大數據、云計算、人工智能等先進科學技術手段的迅速發展與廣泛應用，計算機應用能力在各行各業中的要求日益提高，當前生產生活對計算機現代化技術的依賴性與需求日益增強。《C程序設計》是非計算機專業本科生入校后接觸到的第一門計算機語言課程，其重要性不言而喻。在課程建設中既要保持教學內容的經典性同時要更新前沿知識，使課程更符合時代發展趨勢，因此，我們在實際教學工作中探索了有效的新的教學模式以期促進本課程取得更好的教學效果。

本文分析了當前C程序設計課程的教學現狀，具體介紹了PBL教學方法和TDT教學過程，詳細說明了結合PBL和TDT的C程序設計教學方法及具體實施策略，最后總結展望了課程教學發展前景。

1 C程序設計教學現狀分析

《C程序設計》是目前各高校信息工程類專業普遍開設的一門基礎課程，是學生進校后接觸的第一門程序設計編程課[2]。該課程集理論與應用于一體，具有較強的實踐性和發展性。通過這門課程的學習，重要的是要提升學生解決實際問題的方法和技能，培養學生創造性的思考和設計程序的能力，鍛煉他們的邏輯思維能力。目前國內本科C程序設計教學多是采用教師課堂講解，學生課后上機操作的傳統講授模式，該方法通過一種循序漸進的方式啟發學生掌握知識，以期學生在學習的過程中把知識中隱含的思維方式自行領悟出來。它強調知識的整體性和綜合性，注重思維方式的養成及知識的應用，但是另一方面，存在培養標準難把握、掌握速度慢的不足。具體來說存在如下幾方面問題。

（1）學生對該課程的學習目的和意義不甚了解。在實際教學工作中，我們發現由于課時限制，教師在授課中常會追趕進度，按照教材的章節順序將各個知識點逐一教授給學生。而學生對于一些抽象難以理解的知識點似懂非懂，一知半解，許多學生并不明白其學習的目的和實際意義，更無法做到具體應用。學生只是機械地被動學習，而不是主動、有目的地學習，因此難以將整個知識體系融會貫通，導致應用計算機解決實際問題的動手能力較弱。

（2）課程理論與實踐脫節。傳統的教學模式是先進行理論教學，后進行實踐操作，讓學生按照實踐指導教材進行實踐操作，二者不能有機的融為一體。此外，全班學生層次不一，對于理論知識難以內化，這必然使得學生在理論課程的學習中對語法句法感到枯燥乏味，同時感覺算法的內容難度過大，難以對這門課程產生濃厚的學習興趣。

（3）教學方法單一。傳統課堂中，教師在講授C程序設計時，往往把C語法規則等相關理論知識的講解作為教學重點，按照教材講解例題算法，而不太注重算法的思想分析和設計機理。在講解例題時多關注程序語言的語法解析，和實際生活偏離太遠，課程與學生專業背景結合不緊密，學生學習興趣不高，學習積極性不理想。

基于此現狀，國內大學C程序設計教學研究開始采用問題導向法、任務驅動法和探究式教學法等以學生主動學習為根本的教學方法，以期激發學生的學習興趣，提高教學效果，促進學生自主學習。ProblemBasedLearning，PBL，即問題導向學習法[3]，是實現學生主動學習的非常有效的教學方法，受到了廣泛的關注和深入探索。Task Driven Teaching，TDT，即任務驅動式教學過程[4]，是將問題的具體執行轉化為實際任務，作為連接教師和學生的橋梁，也是學生掌握知識的探金石。有效地將PBL與TDT二種教學法結合起來，引入智能移動終端下的C語言編程APP，建立以問題為導向，以任務為驅動的教學模式，有利于激發學生的學習興趣和熱情，極大地提高學習主動性，從而實現提升教學質量。

2 PBL教學法與TDT教學過程

2.1 PBL教學法

PBL，全稱是Problem Based Learning，起源于20世紀60年代加拿大McMaster University在醫學領域創立的一種教育模式，其核心思想是以問題為出發點，學生為學習主體，教師起引導作用，通過真實問題來激發學生的學習興趣進而提高學生解決問題的能力。PBL模式在人才培養質量方面成效顯著，被丹麥的Aalborg University，Roskilde University以及荷蘭的Maastricht University等新興高校廣泛采納。同時，該方法被眾多高校實踐和研究，在醫學教育、工程學科、社會學科以及人文學科等多個領域均取得了廣泛的應用，被譽為教育領域最引人注目的革新[5]。

PBL教學是一種以問題為導向，以學生為中心的教學方法。其模式的基本特征是：以問題為導向，定義或識別一個問題，此問題可以是理論的、實踐的或假想的；以小組為單位，強調團隊合作和學科交叉，解決一個問題通常涉及多個學科的知識范疇；學習者主動參與和自行管理，教師起引導和推進作用[6]。這種模式在通識課程中具有實踐應用價值及非常廣闊的發展前景。但是，PBL教學方法不是一種萬能的教學方法。變革并非僅依靠教師個人意志就能實現，還要依靠組織管理和資源支持等，尤其是系統變革。

2.2 TDT教學過程

TDT，全稱是Task Driven Teaching，即任務驅動式教學過程，是將問題的具體執行轉化為實際任務。在教學過程中，TDT教法作為連接教師和學生的橋梁，是學生掌握知識的探金石。如何在教學過程中設計有效的問題，進一步轉化為相應的實際任務來驅動有效的教學過程是我們關注的重點。

在此我們將PBL教學方法與TDT教學過程進行有效的融合，針對C程序設計課程的特點，在新一代人工智能發展背景下，注重計算思維能力與信息應用能力的培養，力爭克服當前課程現狀中的不足之處，促進行之有效的新課程改革。

3 基于PBL和TDT的C程序設計課程教學方法

3.1 基于PBL和TDT的C程序設計課程基礎教學建設

C程序設計要求學生具備較強的計算機綜合應用能力，能夠利用C語言進行軟件設計開發。圍繞本專業的培養目標，教學目的是使學生掌握計算機編程基礎知識，培養程序設計思想和計算思維。針對C程序設計課程的基礎知識，建立PBL和TDT相結合的教學方法，以具體問題引出相關知識點，以小組任務執行培養學生的主觀能動性，激發學習興趣，提升學習熱情，促進協作交流。

3.2 面向C程序設計課程實踐的PBL和TDT教學體系

問題導向、任務驅動是啟發式教學的重要途徑，從程序設計的簡單案例問題到實際工程的不同復雜任務的建模與分析，指導學生分組完成任務，充分發揮實踐教學對提升學生動手能力的重要作用。針對綜合實驗等環節，增加一些與程序設計緊密相關的創新性實驗內容和綜合性實訓項目，強化PBL和TDT教學模式的實際落地應用，以問題為導向任務為驅動型實驗增強學生的學習興趣。

圖1具體給出了所提教學模式的具體實施方案。在課程學習過程中，分為開始階段、開展階段和評估階段。依據任務導向的原則，首先提出問題，然后具體分析，找到解決方法，最后評估結果。學生在整個學習過程中充分發揮主動性，最終向教師進行信息反饋，來不斷完善和優化整個教學過程。

圖1：本教學模式具體實施方案

3.3 人工智能發展背景下的移動終端C語言編程APP使用

當前絕大多數學生都擁有智能平板電腦或智能手機，為了解決學生上機練習時間不足的問題，鼓勵并指導學生使用C語言集成開發終端應用小程序，例如Dev C，C/C++Compiler等此類應用 APP。這些集成開發應用小程序在智能終端上安裝簡單，便于操作，不受上機機房的場地限制，可以極大地方便學生實時編程學習，也能夠及時自測編程效果。完成智能終端上的編程與測試后，學生能夠即刻體驗勝利，增加代碼學習的自信心。若是編程環節存在具體問題，也能夠便捷的截屏或傳輸數據給教師及同學完成溝通與討論。智能終端APP的引入能夠充分利用網絡資源在學習與溝通環節的作用。

4 基于PBL和TDT的C程序設計課程教學具體策略

4.1 案例問題的設計與基于任務的分組式學習

基于PBL和TDT的教學模式中，學生將從問題和任務中去學習C程序知識點。學習內容是圍繞問題為架構展開的，不同的問題又將轉化為具體的任務以學生分組執行的模式完成。因此，我們要設計貼切知識點的案例問題和具體任務劃分。例如采用結構體程序設計結合學生班級實際情況的學籍信息統計，采用swich-case語句設計班級課程成績分段統計等。在實際執行中，參考學生的實際水平，形成6-8人的小組，開展有效的組內討論和組間分享。學生的學習主動性和積極性將得到極大的提高。

4.2 授課內容的調整

以案例為線索重新安排教學內容。對部分內容進行整合，減少語法知識點的集中講解，將數據類型、運算符、C語句等內容分散到具體問題中講解，同時引入數據存儲的字節數、符號數據等內容，做到既合理的分散又注重概念的連貫性。還要注意引導學生辨析C程序中相似概念，加深對指針、數組等抽象內容的深刻理解。認真分析學生的認知規律和專業背景，遵循“理論為輔，實踐為主”的教學原則，通過教學案例重新設計教學內容和章節順序。通過實例應用實用的語法，讓學生從實用的角度出發有選擇性地學習語法規則，而不是死記硬背。

4.3 師生角色互換

在PBL和TDT學習中，最大的特色是以學生為中心，學生承擔起學習的責任，教師的角色是指導學習，提供有關學習資源，例如指導學生安裝智能終端APP以及提供優秀的網絡學習資源，促進和推動學生發展學習能力并掌握學習技巧。教師的任務是在學習者解決問題的過程中引導學習者更加深入透徹的學習。教師是課堂活動的組織者，學生是課堂學習的主角。這是與傳統的教學模式最顯著的不同點。在此過程中，學生開展主動學習，而不再是被動接受知識點。有效的學習模式轉變下將激發學生的學習興趣，培養學生的實際解決問題的能力。

5 結束語

如何建立有效的問題引導任務驅動的教學模式以促進學生主動學習并掌握C程序設計課程知識是探索高效教學模式的研究重點。合理的案例問題構造以及基于案例問題的任務分配執行是引導學生參與學習、主動探索的有效途徑。PBL教學法中，基本的主導問題由教師提前設計，再以TDT模式將學生分組對問題進行討論分析，結合當前智能信息技術最新發展趨勢，大力發展現代教育技術與教學手段，將學科最新發展融入教學實踐中，激發和培養學生的求知欲和主動學習能力，提高學生對程序本質的理解能力和綜合應用水平。在提出和設計案例問題時要確定明確的學習目標和要求，考慮到學生之間的實際學習能力和知識儲備的差異，分組時要形成高低搭配的整體綜合分配，力求每位學生進步，促進小組合作學習和自主學習，從而實現學生整體綜合素質的提升。