程序設計基礎課程的賦能教育改革探索

侯薇 劉文洋 趙峻穎 楊宇姝

摘要：計算思維是程序設計類基礎課程最核心的賦能目標，因此，本文從培養計算思維的需求入手，基于五星教學原理來重構教學設計，同時從多元化教學方法和多元化過程性評價等方面，探索提高大學計算機程序設計類基礎課程賦能教育改革的新思路。

關鍵詞：程序設計類基礎課；賦能教育；計算思維；五星教學原理

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）10-0110-03

程序設計類基礎課程是非計算機類專業實現融合創新應用的重要基礎，應滿足工程教育專業認證要求，支持畢業要求指標點。以計算思維為核心的大學計算機基礎教學改革面臨的最大挑戰是：如何在有限的學時內合理安排教學內容，以什么樣的教學方法及教學案例呈現計算思維的思想。[1]為了實現賦能目標，需要解決一系列程序設計課程在“雙一流”建設和非計算機專業在工程教育認證背景下存在的賦能不足的問題。對于程序設計類基礎課程而言，首先需要從全新的角度整理教學內容，提煉出相關知識模塊中的計算思維核心概念，進行教學設計的改革；其次需要構建優化的教學模式及評價系統，進行線上線下混合式一體化設計，發揮線上線下各自的優勢，相互融合，推動賦能教育改革。

重構教學設計

學情分析表明，初學者對程序設計語言中涉及的很多概念或語法結構很難理解，加之在教學過程中，教師在講解例子時更注重信息呈現，導致很多學生沒有真正學習到程序設計的思想和方法。計算思維能力培養不足，當然也很難將所學知識應用到實踐中，以致會發出“編程究竟有什么用”的疑問。

賦能教育要求教師轉變教學理念，將以傳授“程序設計語言知識點”為主的傳統教學理念，轉變為以賦予學生“程序設計的思想和方法”為核心的教學目標，通過計算思維的引入來剖析每個知識點背后的思維和邏輯，讓學生“知其所以然”，理解利用程序設計解決實際問題的基本過程和思維規律，通過編程來實現程序設計思想，感受計算思維的魅力，使知識傳授與能力培養有機融合，從而更好地培養學生的創新能力，適應各專業與信息技術深度融合的發展趨勢。

1.漸進式的新知識的基礎性認知設計與實施

對于非計算機專業的學生而言，初次接觸程序設計類基礎課程，會感覺學習困難，因此遵循抽絲剝繭、由淺入深、循序漸進的學習過程對初學者是適合的。同時，筆者改革了傳統的注重“教師教”的教學過程，重建“教學并重”的教學設計，首先就是根據具體的章節教學目標，調整教學內容，并且在知識點講解中，尤其在講解艱澀難懂的概念時，將講解內容分割為學生可以掌握的若干小段進行切塊呈現，并在循序漸進式的講解中啟發學生思考，力求將教學過程設計得更加符合學習者的認知規律。

學生對新知識形成基礎性認知應遵循漸進的原則。例如，在講解“數據類型”時，不是簡單地直接列出所有數據類型，而是首先介紹什么是數據類型、為什么要給數據劃分類型、劃分數據類型的意義、學習每種數據類型需要掌握哪些要點，接下來才介紹每種具體的數據類型。又如，在講解“變量”的概念時，先從內存的角度去講解變量的本質，講清楚內存與變量之間的內在聯系，繼而引出變量名、變量值、變量類型等屬性，進一步介紹變量的定義、初始化、賦值等內容。

通過漸進式的問題分析，使新舊知識貫通，同時在講解相關實例時，從學生認知的角度出發，盡可能使用學生能夠聽得懂的表達，細致分析問題的規律性，將分析問題的過程抽絲剝繭地展示給學生，將分析問題的方法慢慢滲透給學生，完成學生對新知識的基礎性認知，進而初步培養學生的計算思維。這個階段還要設計若干基礎性題目，讓學生進行迭代測試、討論和答疑，解決學生基礎差異問題。

2.基于五星教學原理的高階認知設計與實施

課堂講授既要有針對性，又要有全局性，還要考慮如何將教學內容與學生的興趣、生活實際應用場景結合起來，設計激發學生興趣的案例，放手讓學生主動探索、創造，以促進深度學習，培養計算思維能力，將知識內化。為了達成此高階教學目標，筆者遵循五星教學原理進行課程設計，設計了學生熟悉或感興趣的若干典型案例，所選取的案例體現了知識點之間的聯系和拓展，提煉計算思維的核心概念，讓學生體會學以致用的收獲。

五星教學原理是當代國際著名教育技術理論家和教育心理學家梅瑞爾教授倡導的教學理論，用以改進在線教學或者多媒體教學學習中只重視信息呈現、忽略有效教學特征的弊端。[2]五星教學原理的實質是：具體的教學任務（教學事實、概念、程序或原理等）應被置于循序漸進的實際問題解決情境中來完成，即先向學習者呈現問題，然后針對各項具體任務展開教學，接著再展示如何將學到的具體知識運用到解決問題或完成整體任務中去。五星教學原理的核心可以概括為：聚焦問題，激發興趣；激活舊知，引導入門；示證新知，教會理解；應用新知，輔導練習；融會貫通，考察應用。[3]

五星教學原理是基于問題驅動的，對于課程所涉及的知識點及解決問題所蘊含的原理與方法，教師能夠找到或設計出適合的案例是非常重要的。然而，計算機基礎課程教學的難點在于，如何在保證課程質量的前提下，盡量照顧學生的興趣，在這個空間中串起教與學的互動。此兩者的平衡與聯通并非易事，但這一點又特別重要，所以對案例的選擇和設計應盡量做到既有趣味性，又要兼顧課程內涵的提升，要具有一定的深度，使學生在動手實踐過程中進行思考，體會學以致用的成就感，從知識課堂進階到思維能力培養型的課堂，實現對學生的賦能教育。

采用多元化教學方法推進賦能教育

在混合式教學模式中，線上學習是基礎，能夠更好地適應學生的自主學習，充分開展線上線下程序設計的實驗和討論，打破有限的課堂時間限制，做到人人參與、引導學生深入思考，拓展課堂案例探討，但需要根據教學目標和任務加強對自主學習的有效組織和管理，以保證學習效果。同時對應不同的教學內容，應該以多元化方式創新教學方法，實現以學生為中心的教與學，提升賦能教育的效果。[4]

在教學中，教師可以充分運用信息化教學手段和工具，通過多種方式，如搶答獲積分、小游戲、小練習、點評作業、演示案例中的某個環節等組織和設計課堂互動情境，還可以翻轉課堂的形式引導學生進行案例分析或小組討論，形成一種自然的課堂互動，并以此互動的結果歸納、復習、小結前面所講的內容。這些互動不僅活躍了課堂氣氛，還提高了學生的學習興趣，也有助于改善課程的學習效果。另外，教師還要在課堂講授時根據與學生互動的反饋結果補充或擴展講授的內容，并伴有重點方面的強調和時段內容的小結，還應建議學生養成實時筆記的習慣，有助于進一步復習、回顧、掌握、消化和理解所講的內容。

在實驗教學上，構建線上“PTA實驗教學平臺”和線下上機實踐相結合的實踐方式。利用“PTA實驗教學平臺”，學生可以隨時隨地進行程序編輯、調試、運行、結果驗證等基本程序實踐操作，它是離開實驗室環境的有力輔助實驗平臺。[5]這樣，在線下上機實踐環節，可以開展一些設計性的實驗活動，主要進行小組綜合編程討論練習，檢驗學生對知識的理解和運用，以及對小組設計出的多種不同的解決方案進行分享和討論，從而激發學生學習的熱情，拓寬問題解決思路并加深對知識的理解。

采用帶有反饋的多元化過程性評價系統

線上線下多元化的教學方法伴隨著多元化的考核與評價，既有微課完成情況、在線測試、調查問卷、題庫抽題實操等直接量化性的考核，使教師對學生階段性的學習情況有所檢驗，便于及時反饋存在的問題并調整教學方案，也有對互動討論、匯報展示等環節的增值性評價，在師生討論、互評以及教師給予反饋的過程中，讓學生獲得對知識的整合、反思、鞏固與提升。

結語

賦能教育對教師提出了很大的挑戰，要求教師不僅要不斷加強教學基本功，還要隨著時代環境的變化，不斷學習新的教學理論、方法和手段，把控好教學的各個環節，不斷為自身賦能，但所選擇的教學原理和教學手段，要與具體的教學內容、教學情境相適應，還需要在嘗試中不斷進行探索與優化。

參考文獻：

[1]陳國良.中國高校計算機教育發展史[M].北京：高等教育出版社，2022：130-158.

[2]劉小晶，張劍平，杜衛鋒.基于五星教學原理的微課教學設計研究[J].現代遠程教育研究，2015（01）：82-89.

[3]權麗君，吳劍.基于五星教學原理的算法導論混合式教學設計[J].電腦知識與技術， 2020（18）：139-141.

[4]艾明晶，孫青，萬寒，等.面向賦能教育的大學計算機個性化教學研究[J].計算機教育，2022（05）：169-175.

[5]連新澤，鄒董董，李婧，等.基于拼題A的程序設計課程教學改革[J].教育教學論壇，2022（33）：57-60.

作者簡介：侯薇（1973—），女，黑龍江望奎人，工學博士，東北農業大學電氣與信息學院副教授，主要從事智能優化研究；劉文洋（1981—），男，黑龍江巴彥人，工學碩士，東北農業大學電氣與信息學院副教授，主要從事農業信息化研究；趙峻穎（1973—），女，黑龍江哈爾濱人，工學碩士，東北農業大學電氣與信息學院高級工程師，主要從事嵌入式系統、模式識別研究；楊宇姝（1973—），女，黑龍江哈爾濱人，工學博士，東北農業大學電氣與信息學院副教授，主要從事人工智能研究。

基金項目：黑龍江省教育科學“十四五”規劃2021年度重點課題“基于賦能的程序設計與算法基礎課程線上線下多元混合教學探索與實踐”（GJB1421219）；2021年度黑龍江省教育廳教育教學改革項目“信息技術與課程深度融合的大學計算機基礎課混合式教學模式改革與實踐”（SJGY20210076）。