基于雨課堂的《C++語言程序設(shè)計(jì)》課程線上線下混合式教學(xué)實(shí)踐

丁進(jìn)，孫勇智

（浙江科技學(xué)院 自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院，浙江杭州 310023）

線上線下混合式教學(xué)現(xiàn)今已成為主流的教學(xué)實(shí)踐方式[1-2]。在該方式下，學(xué)習(xí)過程分為課前學(xué)生線上預(yù)習(xí)并完成相應(yīng)習(xí)題，課上（即線下）教師進(jìn)行重點(diǎn)講解、答疑或安排小組討論，課后學(xué)生線上完成作業(yè)以及拓展學(xué)習(xí)等三個(gè)階段。課堂上不再是傳統(tǒng)的教師單方面講授、學(xué)生被動(dòng)接受，取而代之的是學(xué)生通過分享學(xué)習(xí)心得、提出學(xué)習(xí)困惑、參與課堂小組討論來進(jìn)行深度參與，真正做到“以學(xué)生為中心”的課堂教學(xué)。

在線上線下混合式教學(xué)實(shí)踐中，常常會(huì)遇到以下問題：對(duì)學(xué)生在線上的課前預(yù)習(xí)和課后拓展學(xué)習(xí)情況無法全面掌握；對(duì)課上講解的知識(shí)點(diǎn)學(xué)生掌握情況無法全面了解；課上提出的問題只能由部分學(xué)生作答，無法做到全覆蓋等。有效地解決這些問題是線上線下混合式教學(xué)實(shí)踐最終能夠取得實(shí)效的關(guān)鍵。雨課堂是清華大學(xué)在線教育辦公室和學(xué)堂在線共同推出的新型智慧教學(xué)工具，是教育部在線教育研究中心的最新研究成果。它簡(jiǎn)單易用，功能強(qiáng)大。通過雨課堂，教師可以推送課前預(yù)習(xí)課件和課后拓展資料，并通過習(xí)題檢查學(xué)生課前預(yù)習(xí)情況和課后拓展學(xué)習(xí)情況；課上，教師可以打開彈幕、接收學(xué)生投稿，以便及時(shí)了解學(xué)生對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)的接受情況。還可以現(xiàn)場(chǎng)發(fā)布題目，學(xué)生通過手機(jī)端輸入答案并提交，全面了解學(xué)生回答問題的情況。學(xué)生端通過手機(jī)參與，有效提高了學(xué)生課堂參與的積極性[3-4]。

本文以《C++語言程序設(shè)計(jì)》課程為例，探討了如何通過雨課堂這一智慧教學(xué)工具實(shí)現(xiàn)線上線下混合式教學(xué)，達(dá)到翻轉(zhuǎn)課堂的目的[5-6]。首先簡(jiǎn)要介紹了雨課堂的使用方法，梳理了課程的主要教學(xué)內(nèi)容及翻轉(zhuǎn)課堂的表現(xiàn)形式，全過程地介紹了基于雨課堂的課前預(yù)習(xí)、課上重點(diǎn)講解、分組討論、課后作業(yè)及拓展學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)，對(duì)基于雨課堂的《C++語言程序設(shè)計(jì)》課程線上線下混合式教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行了總結(jié)。

1 基于雨課堂的《C++語言程序設(shè)計(jì)》線上線下混合式教學(xué)實(shí)踐

1.1 雨課堂簡(jiǎn)介

雨課堂是清華大學(xué)和學(xué)堂在線共同開發(fā)的一個(gè)智慧授課平臺(tái)。教師可以利用它提供的功能設(shè)計(jì)課程講授的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括課前預(yù)習(xí)、課上重難點(diǎn)講解、課上互動(dòng)、課后作業(yè)及拓展學(xué)習(xí)。雨課堂由基于MS PowerPoint 的插件、雨課堂微信小程序和雨課堂網(wǎng)頁端三部分組成。

1.1.1 基于MS PowerPoint 的雨課堂插件

雨課堂插件中包含了服務(wù)器選擇，微信登錄雨課堂，開啟雨課堂授課，在課件中插入題目（單選題、多選題、填空題、主觀題等），上傳試卷、作業(yè)、課件、拓展資料等功能。雨課堂插件是教師進(jìn)行課堂講授的唯一入口，在進(jìn)行課堂講授時(shí)，首先使用微信登錄雨課堂，其次開啟雨課堂授課，這時(shí)將會(huì)出現(xiàn)二維碼供學(xué)生掃碼簽到。學(xué)生簽到后即可在手機(jī)微信端同步觀看PPT。當(dāng)PPT 課件翻頁到題目時(shí)，教師可點(diǎn)擊“發(fā)送題目”按鈕，并設(shè)置完成時(shí)長(zhǎng)。學(xué)生會(huì)在微信端接收到題目并作答提交。

1.1.2 雨課堂微信小程序

雨課堂微信小程序分為教師端和學(xué)生端。教師端的主要功能包括遙控器、課堂總結(jié)報(bào)告查看等。遙控器功能主要包括課堂隨機(jī)點(diǎn)名、開啟彈幕、將學(xué)生投稿投屏、查看學(xué)生標(biāo)注為不懂的PPT頁等。課堂總結(jié)報(bào)告包括上課人數(shù)、課堂習(xí)題回答情況統(tǒng)計(jì)、彈幕內(nèi)容統(tǒng)計(jì)、投稿統(tǒng)計(jì)等。需要指出的是微信小程序中的課堂總結(jié)報(bào)告功能與雨課堂網(wǎng)頁端查看課堂總結(jié)報(bào)告功能基本一致，推薦在網(wǎng)頁端查看課堂總結(jié)報(bào)告。

雨課堂學(xué)生端微信小程序的主要功能包括學(xué)生上課簽到、答題、發(fā)彈幕、發(fā)投稿、標(biāo)注不懂的PPT 等。在此模式下，手機(jī)被用來玩游戲、刷微博等的概率將大大降低。

1.1.3 雨課堂網(wǎng)頁端

雨課堂網(wǎng)頁端的網(wǎng)址是yuketang.cn。登錄后將顯示自己的授課班級(jí)，點(diǎn)擊相應(yīng)的班級(jí)后，將看見每次課堂的總結(jié)報(bào)告、提交的試卷及作業(yè)、上傳的預(yù)習(xí)課件或拓展學(xué)習(xí)資料、討論區(qū)等。推薦通過雨課堂網(wǎng)頁端查看課堂總結(jié)報(bào)告、批改課堂題目、批改試卷或是課后作業(yè)。

1.2 教學(xué)內(nèi)容及翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計(jì)

《C++語言程序設(shè)計(jì)》課程采用的教材是鄭莉、董淵編著的《C++程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程》，清華大學(xué)出版社出版。教學(xué)內(nèi)容共分為10 章，分別是緒論、簡(jiǎn)單的C++程序設(shè)計(jì)、函數(shù)、類與對(duì)象、數(shù)據(jù)的共享與保護(hù)、C++的指針數(shù)組與結(jié)構(gòu)體、繼承與派生、多態(tài)性、流類庫與輸入輸出，以及異常處理。

緒論主要講授計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言的發(fā)展、面向?qū)ο蟮姆椒ā⒚嫦驅(qū)ο蟮能浖_發(fā)、信息的表示與存儲(chǔ)、程序開發(fā)的基本概念等，課堂上重點(diǎn)對(duì)計(jì)算機(jī)中浮點(diǎn)數(shù)的表示進(jìn)行講解、答疑，并就面向?qū)ο蟮某绦蜷_發(fā)相較于面向過程的程序開發(fā)的優(yōu)越性進(jìn)行分組討論。

C++簡(jiǎn)單程序設(shè)計(jì)主要講授C++語言概述、基本數(shù)據(jù)類型和表達(dá)式、數(shù)據(jù)的輸入與輸出、算法的基本控制結(jié)構(gòu)、自定義數(shù)據(jù)類型等，課堂上重點(diǎn)對(duì)算法分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行講解、答疑，并就此進(jìn)行課堂練習(xí)和討論。

函數(shù)主要講授函數(shù)的定義與使用、遞歸函數(shù)、內(nèi)聯(lián)函數(shù)、函數(shù)重載、C++系統(tǒng)函數(shù)等，課堂上重點(diǎn)對(duì)遞歸函數(shù)進(jìn)行講解、答疑，并就此進(jìn)行課堂練習(xí)和討論。

類與對(duì)象主要講授面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)、類和對(duì)象、構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)、類的組合等，課堂上重點(diǎn)對(duì)類定義與現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行講解、對(duì)構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的作用進(jìn)行答疑，并要求學(xué)生編寫一個(gè)復(fù)數(shù)類進(jìn)行練習(xí)和討論。

數(shù)據(jù)的共享與保護(hù)主要講授標(biāo)識(shí)符的可見性、對(duì)象的生存期、類的靜態(tài)成員、類的友元、多文件結(jié)構(gòu)和編譯預(yù)處理命令等，課堂上重點(diǎn)對(duì)靜態(tài)變量的使用和多個(gè)頭文件互相包含的預(yù)處理命令進(jìn)行講解、答疑，并要求學(xué)生使用靜態(tài)變量對(duì)函數(shù)調(diào)用次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以及編寫單件模式。

數(shù)組、指針和字符串主要講授數(shù)組、指針、動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配、用vector 創(chuàng)建數(shù)組對(duì)象、深復(fù)制與淺復(fù)制、字符串類等，課堂上重點(diǎn)對(duì)多維數(shù)組和指針數(shù)組進(jìn)行講解、答疑，并要求學(xué)生動(dòng)態(tài)生成三維數(shù)組并賦值。

繼承與派生主要講授類的繼承與派生、訪問控制、類型兼容規(guī)則、派生類的構(gòu)造和析構(gòu)函數(shù)、派生類成員的標(biāo)識(shí)與訪問等，課堂上重點(diǎn)對(duì)訪問控制、二義性、虛基類、派生類的內(nèi)存布局進(jìn)行講解、答疑，并就此進(jìn)行練習(xí)和討論。

多態(tài)性主要講授多態(tài)性概述、運(yùn)算符重載、虛函數(shù)、純虛函數(shù)與抽象類等，課堂上重點(diǎn)對(duì)運(yùn)算符重載、派生類與基類指針轉(zhuǎn)型、虛函數(shù)的實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行講解、答疑，并就此進(jìn)行練習(xí)和討論。

流類庫與輸入輸出和異常處理主要講授I/O 流的概念與流類庫結(jié)構(gòu)、輸出流、輸入流、異常處理的基本思想、C++異常處理的實(shí)現(xiàn)等，課堂上重點(diǎn)對(duì)文件輸出類ofstream 和文件出入類ifstream 進(jìn)行講解、答疑，并就此進(jìn)行練習(xí)和討論。

課程的最后一次課是大翻轉(zhuǎn)，課堂完全交給學(xué)生，重點(diǎn)對(duì)先前布置的大作業(yè)進(jìn)行展示、討論，交流學(xué)習(xí)心得。

1.3 基于雨課堂的全過程教學(xué)方案示例

選取繼承與派生和多態(tài)性這兩個(gè)章節(jié)介紹如何使用雨課堂工具來完成課前預(yù)習(xí)、課上重點(diǎn)講解、課上練習(xí)與討論，以及課后作業(yè)布置與拓展學(xué)習(xí)。

在繼承與派生的講授中，課前通過雨課堂網(wǎng)頁端上傳預(yù)習(xí)課件、學(xué)習(xí)視頻和預(yù)習(xí)作業(yè)。學(xué)習(xí)視頻為鄭莉和李超在學(xué)堂在線的慕課《C++語言程序設(shè)計(jì)進(jìn)階》第2 部分，預(yù)習(xí)作業(yè)包括繼承的訪問控制方式、繼承的構(gòu)造函數(shù)調(diào)用次序、繼承的析構(gòu)函數(shù)調(diào)用次序、二義性的解決方法、多繼承下派生類的內(nèi)存布局等，使用雨課堂布置預(yù)習(xí)作業(yè)的好處是可以設(shè)定提交作業(yè)時(shí)間，了解學(xué)生預(yù)習(xí)的情況，以便在課堂上針對(duì)預(yù)習(xí)作業(yè)中錯(cuò)誤率較高的問題進(jìn)行重點(diǎn)講解。課堂上對(duì)訪問控制、二義性、虛基類、派生類的內(nèi)存布局進(jìn)行重點(diǎn)講解，并通過發(fā)送習(xí)題、彈幕、投稿等方式與學(xué)生互動(dòng)，及時(shí)掌握學(xué)生接受情況。在隨后的課堂練習(xí)中，通過雨課堂發(fā)放試卷并設(shè)定時(shí)間，考查學(xué)生能否編制程序驗(yàn)證派生類對(duì)象的成員內(nèi)存地址與理論分析保持一致。學(xué)生提交完試卷后，可隨機(jī)抽取一些答卷進(jìn)行講解并討論。課后作業(yè)與拓展學(xué)習(xí)的布置方式與課前預(yù)習(xí)類似，重點(diǎn)是基類和派生類的定義、構(gòu)造過程和析構(gòu)過程、標(biāo)準(zhǔn)庫中繼承案例的學(xué)習(xí)等。

在多態(tài)性的講授中，與繼承與派生類似，課前通過雨課堂網(wǎng)頁端上傳預(yù)習(xí)課件、學(xué)習(xí)視頻和預(yù)習(xí)作業(yè)，學(xué)習(xí)視頻為鄭莉和李超在學(xué)堂在線的慕課《C++語言程序設(shè)計(jì)進(jìn)階》第3 部分，預(yù)習(xí)作業(yè)包括運(yùn)算符的重載方式、虛函數(shù)的定義與調(diào)用、虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)原理、帶有虛函數(shù)的派生類對(duì)象布局等。課堂上對(duì)運(yùn)算符重載、派生類與基類指針轉(zhuǎn)型、虛函數(shù)的實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行重點(diǎn)講解，并通過發(fā)送習(xí)題、彈幕、投稿等方式與學(xué)生互動(dòng)，及時(shí)掌握學(xué)生接受情況。運(yùn)行提前編制的示例代碼，向?qū)W生演示帶有虛函數(shù)的派生類對(duì)象的內(nèi)存布局情況。在隨后的課堂練習(xí)中，通過雨課堂發(fā)放試卷并設(shè)定時(shí)間，考查學(xué)生能否編制觀察家模式(Observer)。觀察家模式是使用虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)多態(tài)性的一個(gè)典型案例。學(xué)生提交完試卷后，可隨機(jī)抽取一些答卷進(jìn)行講解并討論。課后作業(yè)與拓展學(xué)習(xí)的布置方式與課前預(yù)習(xí)類似，重點(diǎn)是運(yùn)算符重載、使用虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)多態(tài)性、裝飾模式、橋接模式和工廠模式的學(xué)習(xí)等。

2 結(jié)語

線上線下混合式教學(xué)的目的是實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂，改變了以往教師滿堂灌、課堂氣氛沉悶、互動(dòng)少的情況，讓學(xué)生真正成為課堂的主人。實(shí)踐證明這對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和效率，促進(jìn)知識(shí)的吸收起到了關(guān)鍵作用。但是傳統(tǒng)的線上線下混合式教學(xué)實(shí)踐存在對(duì)課前預(yù)習(xí)、課后拓展學(xué)習(xí)情況無法掌握，課上對(duì)知識(shí)點(diǎn)學(xué)生掌握情況不了解，課上答題無法做到全覆蓋，玩手機(jī)游戲現(xiàn)象無法消除等問題，因此引入先進(jìn)的信息工具平臺(tái)就顯得尤為重要。本文介紹了基于雨課堂的《C++語言程序設(shè)計(jì)》課程線上線下混合式教學(xué)實(shí)踐案例，通過雨課堂，教師可以推送課前預(yù)習(xí)課件和課后拓展資料，通過習(xí)題檢查學(xué)生課前預(yù)習(xí)情況和課后拓展學(xué)習(xí)情況；在課堂上，教師可以打開彈幕、接收學(xué)生投稿，以便及時(shí)了解重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)生接受情況，還可以現(xiàn)場(chǎng)發(fā)布題目，學(xué)生通過手機(jī)端參與，老師可全面了解學(xué)生回答問題的情況。調(diào)查結(jié)果顯示學(xué)生對(duì)基于雨課堂的線上線下混合式教學(xué)評(píng)價(jià)良好，并認(rèn)為該工具能夠幫助自己有效完成課程的學(xué)習(xí)。