多維空間協同的C++程序設計基礎混合教學模式改革與實踐

徐志佳

（1.華南理工大學機械與汽車工程學院，廣東 廣州 510640；2.塔里木大學機械電氣化工程學院，新疆 阿拉爾 843300）

1 引言

隨著工業和信息技術的快速發展，具備良好的信息素養已經成為信息社會對非計算機類工科學生的一項基本要求。在此背景下，作為提升非計算機類學生信息處理能力的重要途徑，C++程序設計基礎逐漸成為工科類院校的一門必修課程。同時，在當前新冠疫情不斷反復的情況下，教學活動經常被迫進行線上線下切換，導致學習空間頻繁改變；各種新技術雖然被大范圍應用到課程教學過程中，但傳統教學模式并未因此快速更新迭代。因此，建立穩定的學習空間，充分利用各類新技術、實現線上線下教學模式的深度混合，從而保證并提升C++程序設計基礎課程的教學質量，已成為廣大程序設計語言類教育工作者正在研究的熱點問題之一。

2 相關理論

2.1 學習空間

學習空間又稱為“個人學習空間”(Personal Learning Space,PLS)，是在數字化教育環境建設的背景下，用于協調教與學的第三方空間[1]。該空間既包括物理空間（如教室），又包括虛擬空間（如線上課堂），是一種連接他人指導與自主學習的“中間結構”[2]。學習空間可以由學習者控制，允許學習者在任何設備上以任何形式接入時都可以獲得持續的服務，可以獲取隨時、隨地、按需學習的機會[1]。

廣義的學習空間包括學習管理系統、在線教育平臺等專門為教育設計的虛擬空間，也包括QQ、微信、博客等各種能夠提供空間服務的社會化軟件與平臺；狹義的學習空間僅指專門為在線教學與學習服務的虛擬空間[3]。

2.2 混合教學

混合教學(Blending Learning)的目標是把傳統學習方式的優勢和e-Learning(即數字化或網絡化)的優勢相結合，使其互為補充，以便學生獲得最佳的學習效果[4]。混合教學隨著“互聯網+”教育應用的深入而發展，包括教學空間混合、教學時間混合、教學模式混合和教學評價混合等多種方式。當前，國內混合式教學已經從早期側重對教學模式和教學時間混合的探索，發展到對空間、時間、模式和評價等多維度進行混合的階段，并呈現出信息化、數字化和智能化發展趨勢[5]。

3 多維空間協同的混合教學模式設計與實施

3.1 課程教學現狀分析

華南理工大學非計算機類工科專業在大一第二學期開設C++程序設計基礎課程，總計40學時。調研發現，其中95.8%的學生沒有C++程序設計語言的基礎，而且沒有其他程序設計語言類的先導課程。課程教學現狀及問題如下：

（1）課程理論性較強。C++程序設計語言概念復雜、規則繁多、內容抽象、學習枯燥[6]。如果采用的教學模式不當，往往難以激發學生的學習興趣，甚至使部分學生對自身專業產生懷疑，并萌生退意[7,8]。

（2）理論與實踐課時嚴重失衡。近年來，課程的課時從64被壓縮到了40，其中，實驗課時僅為8學時。在此背景下，教師往往被迫繼續采用傳統“填鴨式”教學模式[9]，以便完成教學任務；而學生則被迫“埋頭苦記”，缺乏深入思考與理解。顯然，這與C++程序設計基礎課程實踐性強的特點是相悖的，使得課程教學質量難以保證。

（3）教學活動經常被迫進行線上線下切換。由于新冠疫情的反復，課程教學經常被從線下切換到線上。調研發現，由于線上課程“只聞其聲、不見其人”，教師對線上課程的真實狀況難以準確把握，學生的注意力則容易分散。

（4）學生的整體學習任務較重。在課程開設期間，學生平均每天10.4節課，其中微積分、概率論、畫法幾何等6門課程的任務較重。因此，課程教學需要與其他課程競爭學生的時間投入。

3.2 教學模式改革方案設計

根據課程教學現狀，多維空間協同的C++程序設計基礎混合教學模式改革方案如圖1所示。該模式結合智慧教學工具（長江雨課堂[10,11]）和社會化軟件與平臺（騰訊課堂和QQ），構建思維學習空間，并在學習空間協同的基礎上，開展混合教學，使學生在課前、課中和課后3個教學環節中逐漸從初級認知向高級認知過渡；并通過在課前、課中和課后實現全程實踐，破解課程理論與實踐課時嚴重失衡的結構性矛盾，使主動學習成為學生學習的主要方式。

圖1 多維空間協同的C++程序設計基礎混合課堂教學模式改革方案

該教學模式的實施依賴于自建的教學資源，包括預習資源庫、授課資源庫和課后資源庫。預習資源庫包括各章節的PPT預習課件和講稿，每一份課件都包含微課視頻、思維導圖和若干預習題。授課資源庫包括各章節的PPT授課課件，每一份課件都包含思維導圖、適量的復述題、討論題、課堂練習題和示范題。課后資源庫包括同步練習題庫、綜合練習題庫、實驗練習題庫和項目練習題庫。自建的教學資源存儲于長江雨課堂的課件庫和網盤中。

3.3 多維學習空間構建

新的教學模式首先構建四維協同學習空間：離線預習空間、混合授課空間、離線復習空間和實時互動空間。

離線預習空間依托長江雨課堂搭建。長江雨課堂平臺具有豐富的學情分析、作業批改等功能。教師發布預習內容之后，可以在長江雨課堂查看學生的預習情況，并進行作業的批改。

混合授課空間包括線上授課空間和線下授課空間，以便應對教學活動在線上線下頻繁切換的問題。其中，線上授課空間由騰訊課堂和長江雨課堂組成。騰訊課堂穩定性好，可以保證授課質量。長江雨課堂能夠隨機點名，結合騰訊課堂的舉手功能，可以保證課堂的實時互動。線下授課空間由長江雨課堂和實體課堂組成，通過長江雨課堂記錄教學活動，開展課堂互動。

離線復習空間依托長江雨課堂和騰訊課堂搭建。教師通過長江雨課堂發布復習課件和作業，并進行作業批改。騰訊課堂具有課程回放功能，學生可以反復復習課堂授課的內容。

實時互動空間采用QQ平臺搭建。通過建立QQ群，構建“師—生”/“生—生”互助協作的互動空間。QQ群具有“隨時隨地”的實時性優勢，可以全天候開展討論交流和答疑。

由于預習空間、授課空間和復習空間中的教學內容在長江雨課堂和騰訊課堂中都得到了保存，可以被學生反復學習，其與互動空間一起，將課程的教與學從課堂延伸到了課外。同時，這有利于差異化學習的實現：預習和復習空間中各類教學內容的難度存在差異，學生可以根據目標選擇適合自己的教學內容進行學習，有利于保持其課程學習的信心和積極性。

3.4 混合教學模式實施

教師在預習空間中組織課前預習：通過長江雨課堂提前一周將預習內容推送給學生，并設置截止時間，增加其緊迫感。學生收到預習通知后再預習空間中進行預習，其任務是觀看微課視頻、完成預習題。

基于學生的預習情況，教師在授課空間中的主要教學活動是重/難點講解、示范/演示、小組討論、實際演練等，以鞏固學生的課前預習效果，并提升其理解、應用、分析和評價能力。學生掃碼登錄長江雨課堂之后，教師通過長江雨課堂的隨機點名功能，讓學生復述預習階段學習的各類知識點；并隨機點名其他學生對復述內容進行評價。然后，教師通過長江雨課堂組織各小組對預習中設置的思考題進行討論。隨后，教師通過長江雨課堂向學生推送適量的課堂練習。在教學過程中，教師適時引導、點評，并根據情況通過黑板板書、現場演示等方式，對知識點偏離情況和重/難點內容進行深入剖析。

課后，教師根據授課情況在復習空間中設置課后練習，包括同步練習、綜合練習、實驗練習和項目練習。各類練習依據教學進程適時、適量發布。其中，同步練習與教學單元配套，教學單元完成之后即可通過長江雨課堂推送。綜合練習以一章為單位，每一章教學內容完成之后再進行推送。實驗練習以教學周為單位，與實驗課時一致；但在實驗開始前一周即通過長江雨課堂推送給學生，實驗課之前，學生將程序代碼和運行結果截圖上傳到長江雨課堂；實驗課堂上主要進行程序講解。項目練習用于提升學生的創造力，包括萬年歷、通訊錄管理系統、貪吃蛇等15個項目。學期初，教師通過長江雨課堂讓每個小組選擇一個項目。每當學生具備一定的能力，如學會了函數，教師即通過長江雨課堂發布項目任務，讓各小組完成所選項目的某些功能，如完成貪吃蛇程序的函數調用。課程教學全部完成之后，各小組在課堂上依次進行項目情況匯報。

在預習空間和復習空間中，教師隨時查看學生的學習情況，并進行各類作業批改和學情分析。進而，教師在QQ群互動空間中適時督促學生完成課程預習、復習，并適時分享講義、教材、課件等，組織答疑與討論，引導生生互動。

課程的考核方式為：期末考試成績占比70%，線上預習和復習占比10%，課堂表現占比5%，項目練習占比5%，上機實驗占比10%。

4 改革實踐效果

由于在課前、課中和課后所有的教學活動中都包含實踐環節，新的教學模式解決了C++程序設計基礎課程理論與實踐課時嚴重失衡的結構性矛盾。課程結束之后，對教學班進行問卷調查表明：①通過預習空間，學生建立并強化了預習行為，普遍反映能更好地跟上上課節奏；②授課空間中安排的知識點復述和大量互動，學生普遍反映其預習和聽課行為被強化；③項目練習增強了課程的趣味性，并使學生認識到了課程的實用性；④學生普遍認為自身的協作能力、自學能力和滿足感得到了提升，并對整個學習過程滿意。

更進一步，對華南理工大學安全工程專業連續兩屆教學班的考試成績分布情況（圖2）進行對比發現：采用多維空間協同的混合教學模式之后，學生的卷面不及格率顯著下降，由31.8%降為2.6%；同時，高分率（大于等于80分的學生占班級總人數的比）顯著提升，由31.1%上升到74.4%。

圖2 安全工程專業連續兩屆教學班的考試成績分布情況對比

5 結語

華南理工大學的教學改革表明，采用多維空間協同的混合教學模式教學，能夠有效應對C++程序設計基礎課程課時壓縮、理論實踐課時比例失衡、教學活動線上線下頻繁切換等問題。通過四維學習空間的構建與協同，課程教學成功地從課堂延伸到了課外，有助于學生利用碎片化時間開展課程學習；混合式教學提升了學生學習的主動性，增強了學生的中心地位。該教學模式的實施效果良好，有望為非計算機類大一工科學生的C++程序設計基礎課程教學提供參考。