基于双理实融合的程序设计课程混合式教学模式探索.pdf

177计 算 机 教 育Computer Education第 8 期2023 年 8 月 10 日中图分类号：G642基于双理实融合的程序设计课程混合式教学模式探索龙 慧，马振中，张雅璐，陈 慧，杨艳红（长沙师范学院 信息科学与工程学院，湖南 长沙 410100）摘 要：分析大学计算机程序设计课程传统教学中存在的问题，明确程序设计混合式教学的要求，提出基于双理实融合的混合式教学模式，介绍设计教学内容、进行考核评估、改进提升各环节教学实践过程，最后通过教学反馈数据说明教学模式的有效性。关键词：理实融合；主动学习；混合式教学；程序设计课程文章编号：1672-5913(2023)08-0177-050引 言在初学程序设计语言时，学生充满了向往，随着知识难度的增加，编程技能的提高需要经过大量上机实践，再加上课后练习效率低下，学生容易出现学习厌烦情绪，最终放弃。如何提高知识理解吸收的效率和课后上机编程的练习效率，成为教学中急需解决的问题。混合式教学将线下学习与线上学习相结合，能充分发挥教师引导、启发和监控的主导作用，还能充分激发学生作为学习过程主体的主动性。目前，计算机程序设计类课程已经向项目式1、混合式2的方向发展。探索适合于程序设计类课程的混合式教学模式，有利于教学效果的突破和提升。1程序设计课程的教学现状1.1理论实践同步差程序设计课程理论方面内容抽象、逻辑性强，对知识的理解需借助实践吸收消化；在实践方面，课堂内上机练习量不够，学生程序调试经验少，对编程环境和开发工具使用不熟练，导致学习过程中学生容易进入“一看就会、一做就废”的状态，产生畏难心理，学习内驱力难以激发。1.2理论实践鸿沟大学生入门后会掌握了一定的语法基础，之后在遇到稍微复杂的编程问题时，难以将模糊的想法转换成具体的程序。同时，这类课均设置了完整的实验课3，在上机实验中促进理论的消化吸收，两者相互促进，提高动手能力。然而，由于上机时间少，约 50%的学生对理论知识的学习仅能够应付考试，能运用语言编程的学生仅为10%左右，甚至还有 5%的学生从学习数组函数部分开始便进入放弃的状态。1.3评价促学力度小学习过程中随着知识难度增大，学生会遇到新的困难和卡点，及时准确的反馈能帮助学生解决障碍和困难。传统的课程评价重结果轻过程，评价主体单一。单一的评价主体和评价内容无法准确反馈学生学习效果，无法有效展开有效的教学反思和持续性改进。2程序设计混合式教学的要求近年来，混合式教学模式通过教学设计和课堂现代化的结合，既调动了学生的主观能动性，又发挥了教师在教学过程中的主导作用，已成为当今社会教学信息化变革的重要举措4。在国内基金项目：2019 年湖南省教育普通高等学校教学改革研究项目（191141）。第一作者简介：龙慧，女，副教授，研究方向为混合式教学、教育信息化，。2023178计 算 机 教 育Computer Education研究中，混合式教学是“在线学习与面授教学的混合”5,二者在教学内容中所占比例根据实际情况而定。重组教学过程的混合，对教学管理部门、教师和学习者带来了很大的挑战6-7。根据程序设计课堂的特点，对混合式教学提出以下 3点要求。2.1提高线上学习的参与度实施混合式教学模式，学生的线上学习效果和参与度将直接影响混合式教学的效果。一方面线上学习学生可以灵活安排，碎片化学习，还可以根据自己的需要多次重复学习视频和做练习；另一方面，也正是这样的灵活性造成学生也可以不按要求提前学习。此时，教师在混合式教学过程的管理，如资源的设置、任务的布置和教师对学生的及时反馈变得尤为重要。2.2保证线上编程实践学习的效果知识点的吸收和编程能力的提升很大程度上取决于平时上机实践的效果。如果说线上理论学习就是为了实践能力的提升，因而线上的课前学习还需要设置与理论课匹配度好的编程实践。除了慕课视频的听和看，还需要设置课前的线上实践内容：难度与自学慕课视频的难度相匹配；线上编程实践能给予学生及时的反馈；教师能够获取学生实践的完成度等信息反馈。这让学生在自学阶段就能建立一定程度的信心，也让教师根据学生实践现状为线下教学的开展做好准备工作。2.3完善线上线下课堂的结合度如何协调好程序设计课程线上与线下的结合度是混合式教学实施过程中一直需要解决的问题。线下实验难度略高于线上，与线上难题、易错题衔接，同时线下更需要注重上机实践过程中的问题解决和技能训练。借助超星学习通平台和头歌在线编程实践学习平台，建立线上理论和实践资源库，开展线上和线下双理实融合的混合式教学模式，开展多项主动学习的模式，构建学生为主体、教师为主导的教与学的师生共学生习模式，帮助学生进入自主学习状态，提高学习效率，在理实学习中提升编程实践能力。3基于双理实融合的程序设计课程混合式教学模式基于双理实融合的程序设计混合式教学模式，依托超星学习通理论课程平台、头歌在线编程实践平台开展，利用教、学、练、评、解“五位一体”的课程教学支撑平台，进行线上线下双理实融合混合式教学。线下课堂依托线上理论学习和实践操作的反馈数据开展线下线下理实融合教学模式。基于双理实融合的混合式教学模式如图 1 所示。课后师：发任务、反思生：理：再看教材、知识归纳实：综合训练、应用迁移评：师评、生生互评、自评课前师：发任务 督进度 查情况生：理：慕课视频、单元测试实：在线编程、模仿练习评：平台评 师评 生生互评理论实践融合贯穿全程、线上线下实践全程记录资源构建教学准备线上理实融合线下理实融合线上理实融合低层次知识认知目标中高层次知识认知目标做中学习螺旋上升、学习难度逐级递增课中师：梳知识 破难点 练专项生：理：错题再战、小组分析实：上机编程、生生互动评：师评、平台评知识巩固和综合应用图 1 基于双理实融合的混合式教学模式该教学过程分为线上理实践融合和线下理实融合两部分。教学前期教师会对教学内容资源进行构建（即录制超星学习通慕课等），再以线上通知的方式，结合理论与实践向学生发布课前任务。课前线上理论融合以慕课视频学习和单元测试两部分为主；线上实践部分主要为在线编程、教育与教学研究第 8 期179模仿练习两部分。课中，教师进行知识梳理，帮助学生突破难点，并通过错题再战、小组分析等过程，为学生打牢理论基础。课中预留不少于 20分钟的上机编程，面对面解决上机实践的问题。课后，教师发布课后任务，进一步强化线上理实融合。该教学模式可使学生提高将理论知识转化为实践经验的能力，以此达到知识巩固和综合应用的教学目标。4基于双理实融合的程序设计课程混合式教学实践4.1重构内容创新教学内容，丰富教学资源，理论课方面在超星平台建设省级一流金课和校级慕课各 1门，依托头歌平台开设实践教学课程 1 门，激发学生学习内驱力，引导学生主动学习，理论和实践并重，提高课程的高阶性、创新性、挑战度和趣味度。1）理论课程资源。线上理论资源重构了“C 程序探秘之旅”超星学习通慕课，以海洋探秘之旅的形式带领学员一路闯关，途中有入门航线、基础航线等多条航线，历经小白岛、少年岛、水手岛、流程岛等多个岛屿最终到达海上探秘世界。将理论知识的学习融入过程中，设置有慕课视频、单元知识检测、检测题视频解析、练兵场和晋级宝典。2）实践训练课堂。线上实践资源依托 Educoder（头歌）实践平台上的资源，搭建适合的上机实践编程项目，将实践项目设置为计分考核项目和练习项目。学生在平台上在线练习编程，能获得评测系统的实时评测和反馈，有效帮助学生解决实验过程中遇到的问题。项目采用游戏闯关的方式，给予学生相应的积分奖励，不仅能加强工程实践能力的训练，还能激发学生的内驱力。4.2基于理实融合的混合式教学组织模式1）混合式教学环节设置。教学过程如图 2 所示，包括课前学与练、课中做中学和课后再巩固 3 个阶段。图 2 课堂教学组织过程即时沟通超星慕课：C探秘之旅学生自建资源教师离线资源库头歌平台：C实验实训即时沟通 慕课：二级 C看 做中学教会别人做中学小组合作小组合作教会别人课前课中课后学练学/练教做演教 练工程练学视频、做单元测试、听解析自由练习实验学生教教师教课前测课后实验教师教课后回听计分实验（1）课前学与练。学生以课前完成测试和头歌闯关任务为目标，根据超星学习通教师发布的任务书，完成慕课视频、单元知识测试以及头歌在线编程平台上的实践闯关练习。超星学习通还设置有单元知识测试的视频解析，以帮助学生解决测试中错题的问题。为了提高线上学习的参与度，慕课视频资源设置成 610 分钟以内的短视频，任务点可以多几个，难度中等的任务点要少，中高难度的任务点可以在线下课解决。教师课前提前一周发布任务单阶段，课前 2 天反馈线上学习完成情况，以保证课中时大部分学生都已经完成线上学习任务。课前，教师根据在线测试的错题情况，对知识点重新整理，同时根据线上实践的完成度，将对应的任务和案例融入的课中的教学准备中。（2）课中做中学。课中，教师发挥传统课堂的优势，对知识点做梳理式回顾，针对性地对错题和编程实践中完成度低的案例进行抽丝剥茧、2023180计 算 机 教 育Computer Education深度剖析，组织有效的课堂讨论。上机实践，在线上编程平台布置有深度的编程题。线下课程不再是满堂灌输知识的方式，而是加大学生的自主思考力度，进行实践的场所。编程实践过程中遇到的问题现场利用师生讨论、生生讨论、生生辅助的模式完成。教师通过线上、线下课堂的有机融合，让学生充分进入深度学习中，在实践中获得知识和提升能力。（3）课后再巩固。课后，发挥线上教学的优势，让学生根据自己的需要再次学习项目式应用案例，进入计算机等级考试测试板块和程序设计竞赛测试板块，检验自己对知识的深度掌握情况。每一个章节结束安排项目式教学，如团队合作完成 C 程序小游戏的开发，将加强学生的获得感。课前课中课后 3 个阶段的知识设置难度是递进式增长的，衔接度和融合度需要密切配合。教师通过线上、线下课堂的有机融合，让学生充分进入深度学习中，在实践中获得知识和提升能力。2）教学组织形式。由美国学者埃德加戴尔（Edgar Dale）提出的“学习金字塔（Cone of Learning）”8将学生在学习过程中的状态分为主动学习和被动学习两大类。该理论表明，仅仅在听课的前提下，只能掌握相关知识点的 5%，相比之下通过声音、图片结合，同时经过示范、小组合作、讨论及“做中学”“学后教”等多模式后，知识掌握率高 达 90%。在程序设计的学习组织形式上，将多种教与学的模式（见表 1）用于 C 语言程序设计混合式教学中，学生主动参与、主动输出。通过做中学、学中教可以提高学习效率，真正实现由知识到能力的进一步转化。3）信息化手段促学。平台的功能多样性，充分支持了课堂教学过程的多种形式的需求。如超星慕课的单元测试用于随堂测试、课前、课后测试。此外，通过讨论功能、问卷调查、作品 show、课堂选人等，实现多重角色互动的信息化教学。教学过程中学生最热衷的环节就是超星学习通的摇一摇选人，学生参与热情高涨，被选中的学生基本都能及时的完成任务。4.3混合式教学的评价与反馈评价是教学持续改进闭环系统的关键。课程学习评价由两部分组成，过程性学习评价9-10占50%，期末的终结性评价占 50%。评价的主体有教师评价和生生互评等多主体评价。理论学习过程评价数据由学习通的过程性学习数据实现，包含慕课视频观看度、单元测试、平时讨论等环节（如图 3 所示）。实验成绩由头歌平台在线实验成绩数据和线下实验数据组成。平台对于在线实验和单元测试为即时反馈，促进学生自主学习，可以解决大部分问题。表 1 基于双理实融合的课堂组织模式学习状态学习模式知识吸收率/%学习模式被动学习教师讲授5课中教师授课自己阅读10发放阅读资料、教材声音图像20教师慕课视频图像学生课前自学主动学习示范论证30教师案例展示讨论学习50线上编程实践讨论线下实践小组讨论师生上机实践讨论练习实践75线上线上编程实践教会他人90学生课堂教授课中实践讲授录制视频讲授互助小教师坚守图 3 课程活动评价与教学过程反馈关系线上线下期末线下慕课视频单元测试线上讨论在线实践5%10%2.5%15%即使反映应对措施学习通学习通师生互评头歌平台作业上机实践团队项目2.5%10%5%实时反馈应对措施教师师生互评师生互评教师适时反馈期末考试50%评价内容占分比例反馈改进评价主体教育与教学研究第 8 期1815学习效果分析5.1课程参与程度本课程混合式教学对象为对照班级 2020 级电子 401 班和 2020 级电班子 402 班 41 人为线下课。根据学习通平台的数据统计显示，学生在完成学习的过程中，累计课程访问量达 9 337 次，生均约 200 多次；累计观看教学视频 335 小时，生均约 7.9 小时；完成 4 677 余个任务点，生均约 111 个，学生线上学习的视频观看时长比平均为 1.320.69。最高时长比为 3.59，最低时长比为 0.59。由此可见，实施混合式教学有助于学生较好地完成教师布置的线上学习任务，且课程参与程度较高。5.2课程考核成绩为了更加科学客观地分析混合式教学模式对学生成绩的影响程度，对照班学生的考核成绩平均分为 75.5813.32（SD）分，显著高于平行班学生的总成绩，后者为 66.5512.4 分（p 0.01）。对比各分数段人数所占百分比发现，对照班级在 8089 分及 90100 分两个分数段的人数高于其他班级的人数，而不及格人数则较少，尤其是 90 分以上人数较多。结合学习通上述观看时长比，说明对于难点问题学生会反复观看视频，证实线上线下混合教学效果较为明显。5.3在线视频观看任务点、时长和课程考试成绩的相关性分析课前线上学习部分主要来自于超星学习通的慕课视频资源，因此，研究视频观看的任务点数、视频观看时长与课程考试成绩呈显著相关。通过皮尔逊相关性分析可以看出：视频观看任务点数与视频观看时长在 0.874 水平（双侧）上显著相关，说明任务点中以视频任务为主；任务完成数与成绩在 0.676 水平上著相关性；视频观看时长与课程考试成绩在 0.596 水平上显著相关（见表 2）。这表明学生完成的任务点对考试成绩有较大影响。参考文献：1 李骏扬,魏海坤.从课堂教学到项目教学的跨越:双轨并行的程序设计教学改革探索与实践J.计算机教育,2018(10):113-117.2 衷宜,陆建峰,赵学龙.基于混合教学模式的程序设计课程的探索J.黑龙江教育(高教研究与评),2021(5):27-28.3 吕娜,张琎,张芊茜,等.混合教学模式在程序设计类课程中的应用J.计算机教育,2019(5):115-118,123.4 张爱辉.高校线上线下混合式教学评价体系构建与应用研究:以管理会计课程教学实践为例J.中国管理信化,2022,25(4):226-228.5 陈婧.论基于混合式教学的高校创新人才培养模式J.中国人民大学教育学刊,2022(1):87-98.6 张倩苇,张敏,杨春霞.高校教师混合式教学准备度现状、挑战与建议J.电化教育研究,2022,43(1):46-53.7 Rasheed A,Kamsin A,Abdulah A.Challenges in the online component of blended learning:A systematic reviewJ.Computers&Education,2020,144(1):103701.8 杨梅,潘臻.基于Learning Pyramid理论的C语言程序设计混合教学模式研究J.教育现代化,2019,6(11):84-86.9 邓辉文,詹成,王艺,等.基于问题讨论的离散数学课程 线上线下混合式教学方法与实践J.西南师范大学学报(自然科学版),2021,46(9):167-17210 杨婉霞.混合式教学中在线学习行为与学习效果的关系分析及建议J.湖北科技学院学报,2022,42(2):112-117.（编辑：史志伟）表 2 视频任务点数、观看时长与课程考试成绩的相关性分析任务完成数视频观看时长考试成绩任务 完成数10.874(0.000*)0.676(0.000*)视频观看时长0.874(0.000*)10.596(0.001*)考试成绩0.676(0.000*)0.596(0.001*)1 注：*分别代表 1%的显著性水平。6结 语程序设计类课程因其细节琐碎的知识点和上机实践能力检测具有客观性，要培养学生的工程实践解决问题的能力需要大量的带有反馈的刻意练习。基于线上线下双理实融合的混合教学模式，让学生在学习过程中实现学做结合贯穿教学的全过程。借助网络化信息手段，在课前、课中、课后设置多形式主动学习的模式，充分调动学生的内驱力，让学生在课上课下做中学，提高动手能力，课中不再是教师的独角戏，实现学生主体、教师主导，师生互助、生生互助，达到激发活跃课堂的目的。