基于“對分課堂”的高級語言編程課程設計教學改革研究

楊建文 周濤

關鍵詞： 對分課堂；教學模式；高級語言編程；課程設計；單片機

1 引言

“對分課堂”是復旦大學教授張學新老師在2014年提出的具有中國特色的原創性課堂教學模式。“對分課堂”將傳統填鴨式的滿堂灌課堂分成兩個部分，一部分讓教師進行知識點的精講，另一部分讓學生針對知識點進行討論。其實質是在教師與學生討論之間引入一個心理學上的內化環節[1]。“對分課堂”讓學生對教師所講內容以及知識點留白內容消化吸收之后，進行有準備的討論。該“對分課堂”模式在張教授的努力推廣之下，在我國大中院校甚至中小學都取得了巨大成功，真正實現了講授法與討論法兩種教學模式的有機融合。講授是為了基于獨立思考的內化，而內化的成果則通過社會化學習在討論中得到展示、交流和完善，促進了知識體系傳遞的效率，同時也充分調動了學生學習的主動性[2]。既能避免單純講授法在實踐教學中的缺陷，又能規避簡單討論法的各種弊端。經過學生內化環節，將他們在課堂教學過程中學到知識點承上啟下、融會貫通，深化了課堂教學的理論深度和知識廣度。從“對分課堂”教學模式創立以來，國內各類層次的學校都對其進行了大量的理論研究和實踐教學應用[3]。

目前“對分課堂”在高校編程實踐類教學中的應用較少，很多文獻都是針對實驗教學而應用“對分課堂”教學方法的研究。陳依春等[4]基于西藏民族大學生理學實驗教學中實施對分課堂教學實踐，總結“對分課堂”教學模式讓學生在實驗中學有所成、學以致用，提高了學生的素質和能力。胡代弟[5]嘗試將“對分課堂”應用在“傳感器原理與應用”課程中，結合超星學習通平臺實現線上線下混合教學，通過對學校2019級自動化1班和3班的對照教學改革實踐，得出了“對分課堂”的實施有利于學生對知識的掌握，從知識、能力和素質三個維度實現對學生的培養。張剛等[6]將“對分課堂”與“數字信號處理”教學有機融合，在該模式下通過學生課前預習、課堂講授、隔堂討論完整地實現了“對分課堂”教學環節，使學生主動在各個環節展現自己的學習積極性，從而提升了綜合創新能力，學習效果顯著提高。從教師實踐“對分課堂”的經驗中，高級語言編程課程設計課程組也嘗試將“對分課堂”教學模式引入到高級語言編程課程設計的教學過程中，借助于單片機項目的編程實踐，鞏固學生所掌握的C語言程序設計知識，提高他們的編程應用能力。

2 高級語言編程課程設計課程特點及教學現狀

2.1 高級語言編程課程設計的課程特點

根據學校應用型人才的培養辦學定位目標要求，高級語言編程課程設計是專門為高級語言程序設計課程設置的一門課程設計課程，也是我院大一新生必修的核心基礎課程。在整個計算機類和電子信息類學生的所有課程中起到重要的承上啟下的功能。在這門課程設計課程中，課程組以51單片機開發板作為課程設計的應用平臺，以點亮LED、流水燈、蜂鳴器報警、七段數碼管、電子秒表、紅外遙控、直流電機驅動、繼電器驅動、舵機驅動、雨點檢測器、振動傳感器、煙霧傳感器、超聲波測距、串口通信等硬件驅動項目作為C語言的編程應用目標。培養學生基于C語言的硬件驅動編程能力、代碼調試能力、硬件電路的搭建和電路調試能力、閱讀器件英文說明文檔能力以及項目拓展能力。這是一門綜合考查和培養學生動手能力且實操性非常強的課程設計課程。

2.2 高級語言編程課程設計的教學現狀

高級語言編程課程設計課程以前采用傳統的講授法，主要是首先課堂上由教師詳細講授每個項目涉及的C語言和C51單片機的寄存器基礎知識點。然后再對項目給出的源代碼進行逐語句解析。之后再要求學生基于C51單片機開發板上復現例程給定的項目實驗效果。最后教師根據已經講授的C語言和單片機寄存器知識點，提出拓展本項目中單片實現的功能，學生分組進行項目從源代碼編程、硬件電路搭建到最后調試和實驗報告撰寫。師生之間缺乏有效的交流渠道和環節，同時因為項目驅動式教學，中間過程同學們都會遇到各種各樣的技術問題，教師疲于解決同學們的各種問題，導致整個教學時間分配不合理，不能照顧所有同學的關切。以致出現有部分同學完全復制例程代碼，進行簡單的項目驗證性實踐，沒有對項目所涉及的知識點進行深入探討和研究。因此，學生無法從每一個課堂所完成的項目中，衍生或拓展出其他類似或有創意的項目。學生缺乏學習主動性，逐漸對課堂上老師所布置的任務不再感興趣，動手能力也得不到提升，最終出現只是應付性地完成書本項目。總的來說，傳統的講授式教學模式，不再適應如今現代化的教學任務和當代大學生的思維方式。那么作為教師首先要思考如何調動學生的主觀能動性和自我學習的意識，讓學生主動參與到課堂教學的各個環節，變被動接受知識到主動學習知識、研究知識、索書本以外的知識。因此“對分課堂”教學模式就是一種很好的教學改革的嘗試。

3 教學目標調整

教學過程中，所有的教學環節都應以教學目標作為導向，所設計的各種教學環節，也應該圍繞實現這個教學目標而進行。在課程的教學大綱中，設立本課程的教學目標，學生通過教學過程中的每個環節的實施，最終學有所成。以學生為中心，知識、能力和素質三個維度的教學目標應該貫穿在整個教學環節中。對于高級語言編程課程設計這門實踐課程，其課程設計的目標就是讓學生將《高級語言程序設計》這門課中的各個知識點融會貫通，應用于對單片機硬件電路的驅動設計過程中。對軟件驅動硬件的控制系統中遇到的各種軟硬件問題，讓學生學會分析問題、思考問題、解決問題，做到真正的理論與實踐緊密結合，這也是編程類課程的特色。讓學生從一個項目完整地實施過程中，總結項目的設計功能意圖，鞏固所需基礎知識的同時思考能否進行進一步的功能擴展和功能應用延伸，這是培養創新型人才的應有之義。在這個過程中，同時培養學生的綜合工程素養、創新意識和團隊協作觀念。結合課程教學大綱和專業人才培養方案的要求，為課程設計中每個項目明確知識點重、難點以及知識點的留白比例，學生通過自學、討論、內化達到對知識點完全靈活掌握的程度，最終讓學生愿意學、主動學、會學習、會歸納、會演繹，成為高素質應用型人才。

4“對分課堂”教學模式實施

“對分課堂”具體操作流程是由教師課堂上講授（presentation） 、學生課內外內化吸收（assimilation） 和學生課內討論（discussion） 三個環節組成，因此“對分課堂”也稱為PAD課堂[6-7]。針對課程設計這種實踐性強的課程，課程組的環節設計主要出發點是鞏固C語言知識點掌握、加強學生動手能力鍛煉、強化自學能力培養和培養學生團隊協作精神[8]。

4.1“對分課堂”的教學模式設計

4.1.1 課程預習

將班級學生按學習能力和學習態度進行優良中差合理搭配，分成4～5人的學習實踐小組，便于線上和課堂上的討論和交流（一般按照ABBCD的人員進行組合，其中A是優秀；B是良；C是合格；D需要進步）。在每個課程實踐項目的正式授課前，課程組會發布預先要精講的內容PPT，包括老師們劃定的重難點講授內容，推送給學生，同時會鏈接一些相關參考視頻和博客供學生進行知識點預習以及項目可能功能拓展的方向。每個項目章節，對應了許多C語言需要掌握的基礎知識點和單片機寄存器編程知識點。同學們可以通過超星平臺向老師反饋對本項目教師所講內容的興趣點以及自己意見和建議。因為本課程是按4～5人來進行分組學習的，為了更好地凝聚同學們的觀點，每組組長需要提前收集組員的各種建議，以及針對每個實踐項目，小組有什么其他功能延拓設想和創意或實施方案，然后提前發送給任課老師，作為小組課堂考核依據。當然也可以凝聚一些老師無法在線上簡單或及時回答的問題，讓其他小組的同學來共同解決或經驗分享。最后，教師根據學生課前預習活動的活躍程度對小組和個人進行平時表現打分，促進同學在項目知識講授前進行充分預習。

4.1.2 隔堂討論

在完成了本節課的線上考勤工作后，并在正式精講本節課項目知識內容之前，針對上一個項目同學們完成情況作一個系統的總結，并對重難知識點進行簡短回顧。這兩個環節的時間，教師需要嚴格控制在10分鐘以內完成。然后針對教師所提到的上一項目的知識點和項目完成情況點評，結合小組和學生自己的“閃閃亮（學生學會的知識點和編程技能）”“考考你（學生自己獲取的有深度的知識和技能）”以及“幫幫我（學生自己不明白需要別人幫忙解答的問題）”內容展開小組的內部充分討論和交流。小組內組長作為主持，小組成員逐一發言，組長記錄討論過程一些重要的內容。然后是教師隨機參與、小組間自由提問和教師總結三個環節。小組成員之間的內部討論的主要內容是學生針對自己在知識內化環節和項目完成過程中學到的知識或還沒有掌握的知識和技能，在小組內部進行分享、討論和內部技術切磋。教師隨機參與是指教師在小組的討論活動中隨機參與某小組的討論活動，并和學生進行相互地提問和解答以及交流。小組間自由提問是由每組派代表向其他組闡述本小組對項目知識點的解析，并可以提出問題讓其他組同學進行解答或分享。在這個環節，教師對于表現良好的小組進行課堂表現加分。最后是教師總結部分，針對每組代表的發言或提出的問題，教師進行答疑解惑，并對每組同學提出的問題、項目方案和解決方法進行簡短的點評或補充。

4.1.3 知識精講

課堂知識精講環節大致分為課前考核、知識精講、自學內化、課堂項目實踐、課堂提問五個環節。利用超星學習通進行線上倒計時考勤簽到，避免了傳統花名冊點名考勤方式費時的弊端，同時也讓同學們在手機端對考勤結果有清晰地了解，督促學生形成良好的時間觀念。這種考勤方式提高了整個課堂運行的效率，也為后續課堂活動提供了充足時間。知識精講部分也是“對分課堂”教學模式中重要的一環。教師根據課前同學們自學課程內容后的超星學習通反饋，選擇大多數同學無法用自學內化方式理解的知識作為精講重點。精講就是教師用10～20分鐘言簡意賅地把本項目中重點的、易錯的、難懂的知識以打包的方式在課堂上精彩呈現出來。拋棄了傳統講授教學方法主要將所有知識點、單向灌輸給學生，讓學生無法抓住知識的重難點，學習效果差且耗時和費力。在對知識點精講同時，一定要給項目知識點留白，告訴學生哪些知識點老師沒有提及，在后面自學內化和項目實踐過程中務必去繼續思考和理解。自學內化環節留出課堂的5～10分鐘讓學生消化老師剛才所講的知識點和留白的知識點，自我思考哪些知識點還沒有完全理解、哪些知識點自己還有其他方面的思考以及針對本項目自己可以擴展出什么樣的新功能等。自學內化和課前預習的功能一樣，就是培養學生主動自學的能力，也是大學教育“授人以魚不如授人以漁”核心宗旨之一。這一環節一定要留給學生足夠時間，因為我院學生的學情是大部分學生已經不太愛從書本中探求知識了，但要改變他們這些不良習慣需要環境的配合和時間的累積。這個環節也是“對分課堂”教學模式把被動式教學變成主動式學習的最重要的組成部分。第四個環節是課堂項目實踐，根據書本上項目代碼首先是復現項目案例中的單片機運行效果，其次是根據老師課前布置的功能拓展目標和小組討論的功能實現目標進行項目目標功能實現。這個環節完全由學習小組共同協作完成。教師只是檢查每組最終功能實現的效果，并根據效果實現的難易程度進行小組打分。最后一個環節是課堂提問，在大部分小組完成代碼編程、編譯下載和調試、功能實現之后，給同學們留出向老師和同學提問的機會，共同解決一些對知識理解和項目實踐中遇到的技術問題。

4.2“超星學習通+錄課”的教學方法

對于課堂上教師所精講的內容，每個項目的知識點精講的環節，課程組都安排教師進行課程內容PPT講授的錄屏，然后通過超星學習通平臺推送給學生進行在線的學習。同時也通過超星學習通平臺進行師生間的問題解答和知識點討論，以及每個課程實踐項目學生都能預先參與到教師的教學內容重點的討論中。因此借助于現代互聯網技術也是增強“對分課堂”教學模式功能的一種好方式。課程組通過2020級42位同學和2021級38位同學在線問卷，我們獲得了如表1所示的調查數據。整體來看，運用了“對分課堂”教學模式，同學對這種自學、內化加討論的教學方法還是十分滿意的。

5 總結

高級語言編程課程設計采取“對分課堂”教學模式，對師生都提出了更高的要求。通過課程組老師通力協作和學生的積極配合，本次教學改革實踐活動取得了顯著的教學效果。通過兩屆學生的最終成果展示，學生的自我學習能力、答辯會上的語言組織與表達能力都得到了提升，最終課程結課時學生所展示小組項目作品整體完成難度都提高了，實現了教學大綱中所提出的教學目標要求。“對分課堂”教學模式把現有講授法理論與實踐性較強的討論課堂進行有機結合，強化老師知識精講，培養學生內化學習，提升了課堂的高效化，解決了學生溝通能力、創造能力等素質培養的困境。實踐證明，絕大多數學生能夠在教師的引導下積極主動地思考、查閱書籍資料，鞏固了對C語言的基礎知識掌握，提高了軟件編程能力。