OBE理念下“C語言程序設計”課程線上線下混合式“金課”建設的研究與實踐

行舒樂,閆 卓,羅 鑫,邱 棟,高海寧,肖偉中

(黃淮學院 能源工程學院,河南 駐馬店 463000)

2018年6月,教育部陳寶生部長在“新時代全國高等學校本科教育工作會”上,第一次提出了“金課”概念.隨后,“金課”被寫入教育部文件.2018 年 11 月 24 日,教育部高等教育司司長吳巖在第11 屆中國大學教學論壇上講道：“課程是中國大學普遍存在的短板、瓶頸、軟肋,是一個關鍵問題.”[1]線上線下混合式“金課”不是線下“金課”和線上“金課”的簡單組合,而是利用線上技術手段,將先進的教學理念和現(xiàn)代教學工具有機地滲入到教學過程中;利用線上教學資源拓展教學的時間和空間,充分調(diào)動學生在課堂外的時間,將知識點的闡述放在線上完成,線下教學則通過各種手段檢測學生線上學習的效果,測試學生對于知識點掌握的達成度,查漏補缺,同時完成“金課”對于“兩性一度”的要求[2-3].

1 “C語言程序設計”在“金課”建設過程中面臨的問題

“C語言程序設計”課程是高校理工科一年級學生的一門基礎必修課.隨著計算機信息技術的高速發(fā)展和計算機編程語言與各專業(yè)的專業(yè)知識交叉融合度的提高,“C語言程序設計”課程也成為各類理工科學生學習專業(yè)知識的基礎前置課程.如機械類專業(yè)學生,在后期學習數(shù)值模擬軟件、機電信號分析軟件和單片機軟件等專業(yè)應用軟件時,都需要 C 語言作為學習這些軟件的基礎.同時,“C語言程序設計”課程是一門實踐性很強的課程,如何將傳統(tǒng)的以教學為中心的教學理念改進為以學為中心的教學理念;如何有效地調(diào)動學生學習“C語言程序設計”課程的學習興趣和積極性;如何改變以往單一的“先理論,后實踐”的教學模式,改變學生學習理論知識后只能“紙上談兵”,無法將理論知識轉(zhuǎn)化為應用實踐能力的現(xiàn)狀;如何將“C語言程序設計”課程打造為符合兩性一度要求的“金課”,這些都是亟需解決的教學問題[3-4].結(jié)合非計算機專業(yè)的特點,該課程在教改過程中需要解決的重點問題總結(jié)如下：

1)“眉毛胡子一把抓”：采取掃盲式教學,對大學計算機課程各方面內(nèi)容進行無差別、普及型教育,如軟硬件、網(wǎng)絡、多媒體、數(shù)據(jù)庫等.課程涉及面廣,學生無從理解,只能死記硬背,只求拿到學分,缺乏學習熱情.

2)“千人一面,以偏概全”：把非計算機專業(yè)的課程當成計算機專業(yè)課程的簡版或者濃縮版,內(nèi)容與學生的專業(yè)脫節(jié).學生對于在專業(yè)領域如何應用計算和創(chuàng)新計算知識缺乏訓練,更不用說實現(xiàn)“‘新工科’交叉融合、協(xié)作共享”的理念了.

3)“無米難為炊”：課時較少,從非計算機專業(yè)的角度來看,各章節(jié)課時分配不合理,無法深度分析專業(yè)問題的計算和求解過程,不能有效地向?qū)W生傳遞計算(機)技術的核心思想與方法,難以完成計算思維培養(yǎng)的目標.

4)“置身事外,未戰(zhàn)先敗”：非計算機專業(yè)的學生不適應計算思維模式,有畏難情緒或者持懷疑態(tài)度,認為自己的專業(yè)學習計算思維沒有用處.

2 “金課”建設過程中的相關舉措

2.1 教學理念改革

OBE理念,即“成果導向教育”理念,是一種以學生為教學活動中心,以預期成果驅(qū)動整個教學過程的教學理念,其目的是讓教學目標更為明確清晰,人才培養(yǎng)更符合社會需求.而OBE理念將學生作為教學活動的主體,以學生的預期學習成果為教學出發(fā)點,逆向設計所有的教學環(huán)節(jié),使得整個教學過程都圍繞著學生這一主體.在“C語言程序設計”的“金課”建設過程中,教學團隊統(tǒng)一思想,在該課程的每一環(huán)節(jié)的建設中,達成了以OBE教學理念為核心的共識.每個環(huán)節(jié)構思完成后,團隊內(nèi)部都會進行頭腦風暴：該教學環(huán)節(jié)是否真正以學生為中心;該環(huán)節(jié)完成后給學生預設的能力培養(yǎng)能否達成;有沒有更好的設計構思能幫助學生更有效地、更積極地完成學習目標.在每個教學環(huán)節(jié)結(jié)束后,通過調(diào)查問卷的形式收集學生對于該環(huán)節(jié)的意見,真正做到以學生為中心和持續(xù)改進[5-6].

2.2 課程內(nèi)容改革

根據(jù)“C語言程序設計”課程的特點,將課程內(nèi)容劃分為理論和實踐兩部分.在理論學習方面,不簡單地以計算機專業(yè)的學習內(nèi)容為標準,盲目拔高,而以本專業(yè)培養(yǎng)目標為基準,確保學生在有限的學習時間內(nèi)完成預定的學習目標.根據(jù)非計算機專業(yè)學生的培養(yǎng)目標,將理論教學內(nèi)容進一步精簡,使其更加符合本專業(yè)培養(yǎng)目標的要求.簡化后的理論課程內(nèi)容,如圖1所示.

第一講程序設計與C語言第一個程序C語言計算機和編程語言第二講數(shù)據(jù)類型變量數(shù)據(jù)類型表達式Onlinejudge第三講判斷與循環(huán)1判斷循環(huán)第四講判斷與循環(huán)2邏輯類型和運算級聯(lián)和嵌套的判斷多路分支循環(huán)的例子判斷和循環(huán)常見的錯誤第五講循環(huán)控制循環(huán)控制多重循環(huán)循環(huán)應用第六講數(shù)組與函數(shù)數(shù)組函數(shù)的定義與使用函數(shù)的參數(shù)和變量二維數(shù)組第七講數(shù)組運算數(shù)組運算搜索排序第八講指針與字符串指針字符類型字符串字符串計算

考慮到學生學習能力的差異,為學生提供了不同的線上資源以供學生進行理論學習.大部分學生在線上采用SPOC(小規(guī)模限制性在線課程)學習較為基礎的理論知識(如圖1所示).對于學有余力的學生,也為其提供了更有挑戰(zhàn)性的MOOC課程(如圖2所示,加粗字體部分為增加的知識內(nèi)容).正視學生的學習能力差異,以本專業(yè)的培養(yǎng)目標劃定下線,上不封頂,因人而異地制定學習內(nèi)容.

第一講引言緒論主機版圖靈模型與計算主機系OFFICE基本操作指導裝機指南第二講信息表示與編碼計算機與二進制字符信息的表示與編碼多媒體信息表示二進制數(shù)的算術運算機器數(shù)的表示與運算第三講硬件系統(tǒng)構造基本邏輯運算和邏輯門觸發(fā)器與加法器由邏輯門到運算器指令和程序馮·諾依曼結(jié)構第四講操作系統(tǒng)基礎什么是操作系統(tǒng)處理器管理存儲器管理微型機中的存儲器系統(tǒng)文件管理第五講網(wǎng)絡技術及應用計算機網(wǎng)絡的概念網(wǎng)絡協(xié)議與網(wǎng)絡體系結(jié)構因特網(wǎng)中的地址因特網(wǎng)應用網(wǎng)絡安全概述第十二講數(shù)據(jù)結(jié)構基礎數(shù)據(jù)結(jié)構基礎知識數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構與存儲結(jié)構線性表順序表設計棧和隊列數(shù)據(jù)結(jié)構小結(jié)第十三講數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)分析基礎關于大數(shù)據(jù)分析視角下的數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)分析的基本過程利用計算機求解問題的一般過程

實踐教學內(nèi)容分為課中和課后兩部分(如圖3所示).課中實踐內(nèi)容與理論內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣,互為支撐,且更適合項目化教學的要求,體現(xiàn)了對理論內(nèi)容的實踐與強化.課后的實踐教學內(nèi)容則與專業(yè)聯(lián)系更緊密,將“C語言程序設計”課程與“汽車單片機”課程、“嵌入式程序設計”課程等后續(xù)專業(yè)課程組成課程聯(lián)合體,并與學科競賽緊密聯(lián)系.將課后實踐內(nèi)容與機器人競賽、智能網(wǎng)聯(lián)汽車競賽等學科競賽的內(nèi)容串聯(lián)起來,貫穿大一到大三,學生以老帶新.學生學得明明白白,學習動力才能源源不斷.同樣,通過學科競賽,讓學生從大一到大三期間所學內(nèi)容層層深入,學生必須跟著“不斷跳”才夠得著,也體現(xiàn)了課程的挑戰(zhàn)度.課程內(nèi)容改革后,學生的學習積極性進一步被激發(fā),學科競賽獲獎數(shù)量和層次也逐步提高.

圖3 挑戰(zhàn)版實踐課程內(nèi)容

2.3 教學方法改革

在“金課”建設之前,“C語言程序設計”課程采用的是“理論+上機”的灌輸方式的教學方法,不管是C語言編程知識的學習,還是上機練習,學生在學習過程中的主動性和參與度都不高,掌握知識的程度反饋也不及時.理論學習和上機練習脫節(jié)嚴重,理論學習不扎實,上機練習也跟不上節(jié)奏,不清楚上機練習的目的,更談不上獨立思考和創(chuàng)新.非計算機專業(yè)培養(yǎng)方案中規(guī)定的課時相較于計算機專業(yè)較短,如新能源科學與工程專業(yè)是48學時,汽車服務工程專業(yè)是32學時.按照傳統(tǒng)的教學方法,學生很難在培養(yǎng)方案規(guī)定的課時內(nèi)真正達到規(guī)定的能力要求.

針對以上問題,設計了針對“C語言程序設計”課程特點的“一體兩翼的雙引擎驅(qū)動”教學方法,課程教學設計示意圖如圖4所示.該教學方法基于OBE教學理念,以BOPPPS教學模型作為理論教學方式,以PBL教學方法作為實踐教學方式[7-8].將該課程作為線上線下混合式課程,通過線上教學,拓展學生的理論和實踐學習時間,提高課程的兩性一度,超越“金課”標準開拓戰(zhàn)略空間.

圖4 “C語言程序設計”課程線上線下混合式課程教學設計示意圖

在教師教的方面,可以將教授內(nèi)容分為理論教學內(nèi)容和實踐教學內(nèi)容.根據(jù)不同的教學內(nèi)容采用不同的教學方法.對于理論教學內(nèi)容,改變以往只有課堂講授式的教學方法,將適于講授式的理論教學內(nèi)容,利用MOOC將C語言中零碎的知識點以視頻、PPT等形式放在線上完成理論部分的教學.在課前讓學生根據(jù)任務清單,完成理論知識點的學習.在課堂上,在教師組織和指導下,根據(jù)前測結(jié)果及時調(diào)整教學內(nèi)容,并使用問題探究法、討論法,引導學生提出問題,通過比較獨立的探究和研究活動,探求問題的答案而獲得知識.

對于實踐教學內(nèi)容,改變以往只使用簡單的上機訓練與實踐式的教學方法.將實踐教學從課堂上擴展到課下.在課堂上,通過項目化教學法進行教學,以小組為學習單位,分組完成小型實踐項目,教師在此過程中主要起輔助作用,并在項目完成后進行點評.在課后,教師同樣布置有貫穿整個課程的項目,同樣分組完成、定期匯報,同時在慕課討論區(qū)進行互動交流.

在學生學的方面,對于理論知識學習,學生可以借助MOOC個性化地完成理論學習目標,對于簡單的知識,可以快進學習.對于有難度的知識點,可以反復學習.同時,可以借助慕課的討論區(qū),與同學們對知識點進行討論.實踐能力的學習,主要通過課上和課下的實踐項目.在此過程中,強調(diào)學生在學習過程中的主體地位,提倡“個性化”的學習,主張以學生學習為主,教師指導為輔[9].

2.4 考核方式改革

改變以往通過期末大作業(yè)+平時成績的考核方式.基于以學為中心的教學理念設定考核方式,增加過程性考核所占比重,但同時強調(diào)以結(jié)果為導向.對于理論知識的考核,不再僅通過期末考核結(jié)果進行評估,在平時課堂中增加對于課前學習的前測和學習重難點的后測,將前測和后測的考核結(jié)果納入平時成績.同時,對于課下慕課的學習時長,在討論區(qū)的討論結(jié)果均可在后臺監(jiān)控,也同樣納入考核范圍,提高學生對于課下參與式學習的積極性.設置線上題庫,期末可以通過線上考核代替線下考核,考核的部分題目根據(jù)題目難度隨機構成,避免了考試抄襲的現(xiàn)象.

課程重視對學生的過程性考核,期末線上考核占總成績的40%,過程性考核占60%.其中,線上過程性考核占34%,線下過程性實踐考核占26%.不管是平時的單元測試、課堂表現(xiàn)、話題討論,還是課上、課下實踐,乃至最后的線上期末考核,在線上平臺都有詳細的考核依據(jù),對每位學生都能進行多元評價.具體考核方式,如圖5所示.

圖5 期末成績構成

對于實踐能力的考核,不再僅通過期末大作業(yè)的方式進行考核,將增加平時項目化教學小型項目的評價,結(jié)果納入平時成績.保留期末大作業(yè)考核,但根據(jù)知識點將大作業(yè)分散到各個章節(jié),每個章節(jié)解決該章節(jié)能解決的問題,解決了學生期末完成大作業(yè)的恐懼心理.同時,也加強了學生對于平時實踐作業(yè)的重視程度.

2.5 教學設計案例

根據(jù)以上改革,以數(shù)組的應用實例為例進行教學設計.首先在課前要求學生提前預習并完成單元測試后,發(fā)現(xiàn)排序算法是普遍難點.據(jù)此調(diào)整了本次授課內(nèi)容的重點,并提前布置了課前任務.授課開始后,以常用手機App的排序應用完成課程引入,并提出本即課的學習目標,隨后針對課前任務1(觀看2022年1季度新能源汽車銷售排行榜的排序視頻,并思考其排序過程)進行隨機提問,問題中隱含思政元素.很多學生在看完第一個視頻后,會根據(jù)冒泡排序法的特點,將其應用在第二個作業(yè)(用抖音拍攝生活中的排序應用視頻)中,從而在完成第二個作業(yè)的過程中不知不覺地總結(jié)并學會了應用冒泡排序法.使用學生在熟悉和放松的情景中完成作業(yè),也更加能夠增加學生的學習樂趣.其次,使用動畫演示冒泡算法的同時,在右側(cè)區(qū)域按照每個步驟編寫相應的代碼,把抽象的算法思想,逐步分解為小段的代碼,降低學生對于編寫代碼的畏難情緒.然后,在編譯系統(tǒng)里運行驗證程序,完成講解示例.隨后,詢問學生對于課前的第二個作業(yè),有沒有采用冒泡法以外的方法完成排序作業(yè),(如果有,對學生的案例進行分析,并引出選擇排序法,如果沒有,教師使用自備案例展示選擇排序算法的思想)引導學生通過案例自行總結(jié)選擇排序法的特點,教師加以點評和總結(jié).布置課堂任務,讓學生分組完成程序編寫.完成后,隨機選擇一組學生的程序進行講解,并導入編譯系統(tǒng)進行演示.最后,對本次課程進行總結(jié),并安排課下實踐作業(yè)和下次課的線上預習任務,完成對該部分知識點的學習.

3 結(jié)語

黃淮學院能源工程學院“C語言程序設計”課程建設教學團隊自2019年以來就開始嘗試建設線上線下混合式教學,對課堂派、慕課堂等在線教學平臺的應用非常熟悉.2020年疫情期間,使用中國大學生慕課平臺建立了“C語言程序設計”課程的異步SPOC在線學習資源,并取得了較好的教學效果.在“金課”建設的標準下,建立了適合自身特色的教學方法,符合教育部提出的建設面向未來、適應需求、引領發(fā)展、理念先進、保障有力的一流專業(yè)和一流課程的導向,也符合黃淮學院“就業(yè)能稱職、創(chuàng)業(yè)有能力、深造有基礎、發(fā)展有后勁”的應用型人才培養(yǎng)定位,有助于穩(wěn)定輸出具有個性化和多元化發(fā)展特質(zhì)的新能源專業(yè)人才.