基于大数据过程评价的计算思维C语言混合式教学模式探究

王啸楠，雷大正

（安徽信息工程学院 计算机与软件工程系，安徽 芜湖 241000）

2006年3月，美国卡内基·梅隆大学计算机科学系周以真（JeannetteM.Wing）教授在美国计算机权威期刊Communications of the ACM上提出了“计算思维”(Computational Thinking)的概念和详细定义[1].在这样的背景下，陈国良院士和李廉教授发起并组织了若干次关于“计算思维”的研讨会，对什么是“计算思维”及计算思维与理论思维、实验思维的关系给出了科学的论述.可以说大家已经形成了“大学计算机”课程的核心价值就是培养学生的“计算思维”，应该以计算思维为导向进行大学计算机课程改革的共识，面向“计算思维”的大学计算机教育的基本思路已经深入人心[2].

因此，作为所有计算机专业甚至其他理工类专业课程的前驱课程，面向从未接触过计算机编程语言的低年级学生，如何快速的让学生掌握计算机科学基本概念，培养其计算思维以及编程能力，我们做了一次大胆的尝试，即将计算机科学基本概念和实际编程语言进行相结合，形成计算思维C语言综合性课程.

1 课程现状分析

目前，计算思维导论课程在国内只有少数几个学校开设.很多学校都是在学生没有对计算机科学的基本概念掌握上，直接进行编程语言（大多数学校开设课程为C语言）的学习，这样容易导致学生对编程语言理解的困难，需要很长一段时间进行适应.大部分学校在对计算机科学概念介绍时，也只是停留在概念的区别上，没有采用有效的实践进行深刻的体会.并且，从学生的实际情况来看，大部分学生在《计算思维导论（C语言）》课程之前没有编程基础，C语言对于学生来说属于入门学科，而在一门入门课程中不仅要完成知识点的学习，并且实现两种思维的转换，这种教学效果是不理想的.

总体来说，传统的课程教学现状主要存在以下四个问题：

1.1 教学过程缺乏学生自主学习能力的培养

大部分学生在课前没有准备工作，有的只是对新内容简单预习，有的甚至不做预习工作，并且课上更多的是以老师讲授为主，学生缺乏自主思维的能力，在课堂上总是被动接受知识，所以课堂效率低，授课效果不是很理想.而在当下，尤其是计算机行业相关的技术可以说是日益更新，学生必须具有自主学习的能力，能够不断学习新的技术才能在计算机行业得以立足，因此在总的课程培养中应将学生自主学习能力的培养放在首要位置.

1.2 课程资源内容老旧，缺乏综合性

主要是两个方面，第一点缺少思维的培养，课程资源中需引入数学或物理模型，提高学生逻辑思维和建模的能力，第二点C语言部分主要是培养学生编程的感觉，建立模块化的思维方式，所以课程内容上应进行调整，让学生在编程的开始就具有函数化的思维方式，另外学生的实践环节应增加.

1.3 缺少综合性过程考核

传统的考核采用“一考定合格”的方式，但是这种方式的考核，存在一定的弊端，期末考试侧重理论知识的考核，不能检测学生综合项目开发的能力以及整门课程学习过程的学习情况，而且大多数学生都是以考前疯狂背诵记忆的方式应对，所以从传统的角度考虑是不合理的，因此《计算思维导论（C语言）》课程应采用过程考核的方式，从多个维度考核学生的整体素质.

1.4 无法满足学生学习过程中个性化需求

学生在学习的过程中，结合自身学习差异性，每个人的学习情况均不相同，对同一个知识，每个人的掌握情况也是不同的，而现有的教学资源不能针对性的向学习者提供个性化的学习资源用于巩固提升.

为解决上述问题，在此次新的课程实施过程中，通过建设信息化教学服务平台形成“教学练管”新闭环管理模式，深入推进混合式教学模式、过程考核评价和特色教学资源体系等一系列改革，构建完整的课程支撑体系.

图1 计算思维导论C语言课程实施框架图

2 以精品资源建设为支撑的教学改革

2.1 合理定位实施群体，明确课程改革目标

课程设计紧密围绕学院规划及应用型人才培养定位，通过建设信息化教学服务平台（智慧学习平台），深入推进教学模式、教学考核评价和资源体系改革，讲师理论授课与学生实际操作课时达到1：5，真正落实“以学为主”的教学模式，建立以学习者为中心的个性化学习体系.

2.2 重构知识能力体系，形成特色教学资源

针对培养目标进行整体知识能力体系的重构，同时考虑到当前国内已有的关于计算思维课程或者C语言课程的教材均为独立单一的，目前市场上并无一本适用于该门课程的指导教材，因此需要由专业师资队伍实现一系列高度匹配的特色系列教学材料，例如实施计划表、学习指南等，以替换部分传统教学资源，从根本上解决市场现有资源与实际课程不匹配的现象，为后期实施混合式教学模式改革奠定基础.

表1 特色系列教学材料功能一览表

2.3 建设信息化教学服务平台，实现“教学管练”闭环新模式

建设信息化教学服务平台，依据大数据思维构建知识技能图谱，将知识能力与学习任务、考核、学习行为数据维度进行建模，针对每一名学生规划和设置成长路径.通过大数据分析、处理能够可视化学生成长地图，可以对整个学习过程提供大量的反馈和精准预警，对教学过程进行优化、对异常情况采取补救措施.

图2 学生平台自主学习在线时段分布图

（1）教，包含最新的行业学习资源，打破传统教学，全面实现翻转课堂.

（2）学，引导式任务驱动模式，改变学习习惯，成功实现学生依赖转换.

（3）管，让学生全过程学习结果、学习行为和状态数据透明，形成辅导员与讲师课内外学习协同管理闭环式机制.

（4）练，结合学生自身学习程度差异，自适应推送学习与练习任务，随机出题，杜绝抄袭.

2.4 基于大数据过程评价的可持续教学内容设计

为避免出现课程中注重语法讲解，而没有通过实践培养学生抽象和建模的能力，着重在教学内容上引入数学和物理知识，引导学生自主分析问题和建模的能力；以项目化实战的方式，培养学生计算思维和编程感觉的建立.

（1）基于个性化学习方式，实现个性化学习内容推荐以及个性化学习模式的建立.结合信息化平台自适应练习推送功能，构建两种学习模式：普通模式和学霸模式.普通模式只需学习基础章节，并且每个章节中只学习初级资源和中级资源；学霸模式需要学习基础章节中初中高三个等级的资源，并且还要学习扩展章节.其中基础章节分为：C语言入门、简易计算器案例引入与分析、C语言输入与输出、函数、运算符、C语言基本逻辑、编程规范、数组、指针；扩展章节：枚举、结构体、文件.

（2）基于能力导向应用型人才培养要求分解，合理设计迭代式教学案例.课程涉及3个综合案例，且3个案例难易程度及作用均不同.首先通过第一个综合案例引入函数化的思维模式，从输入、处理、输出三个维度引导学生分析项目需求，从而使学生形成模块化的思维方式，然后随着项目需求的扩大，提出问题并引出新的知识；第二个综合案例主要用于配合第一个案例，学生通过第一个综合案例学习知识，同步的通过第二个综合案例巩固和提升能力，在难度上，第二个综合案例比第一个综合案例要难，其业务逻辑较第一个更为复杂；第三个综合案例是学生在学完整门课程后的一个综合大项目，案例给出项目需求，要求学生自主进行需求分析和详细设计，最后通过C语言实现项目.

（3）基于引导式及项目化驱动学习方式，合理设计教学内容.改变传统知识接收方式，引入函数化的思维方式.函数化的思维方式需要培养学生将一个大的项目进行模块化划分的能力，函数的关键在于输入处理输出这样三个部分，因而课程将采用学生比较熟悉又易于理解的生活场景出发，然后通过项目需求的扩大，不断的学习新的知识，进行版本的迭代.

（4）课程资源中引入初等数学知识和物理模型，提高学生分析问题和建模的能力.为锻炼学生模型构建能力，在课程中引入初等数学知识和物理模型，将涉及的初等数学、物理知识的范围包括一元、二元方程组、一元、二元不等式、最优盈利、分解质因数、数列、最大公约数、最小公倍数、阶乘、排列组合、几何、运动轨迹、掷球模型、波形图、小球碰撞等.引导学生分析问题和建模的能力，然后使用C语言自动化实现，从而改变以往C语言只学语法，不能锻炼学生思维能力的问题.

2.5 引入助教机制，全面构建翻转课堂

区别以往的教学模式，在整个教学过程中，侧重学生个人学习能力的培养，老师，助教的角色演变为技术的指导者，帮助学生解决学习中的问题.因此整体课程学习模式为“学生自主学习，学习服务平台支撑，老师、助教辅助，梯形团队管理”，主讲老师大班理论、重难度讲解，助教小班作业辅导.

图3 基于大数据学习服务平台的翻转课程实施流程图

在该模式中，讲师、助教和辅导员承担不同的角色和职责，讲师角色定位于解决学生学习质量问题，制定引导式计划、查看平台数据、整理授课内容、助教相关任务安排；助教角色定位于提升学生自主学习质量，针对自主学习进行辅导答疑，督促学生提交线下作业，督促学生完成学习计划；辅导员主要协助解决学生不学问题，跟踪不学学生情况并及时反馈给主讲老师.

2.6 建立严格的面向应用能力的综合性过程考核机制

延续大部分高校传统的教考分离制，强化课程过程性考核，通过考试的导向性作用激发学生自主学习的动力，使得考核更具有全面性和综合性.整体考核分为5大部分，分别是：

3 总结

我院《计算思维导论》课程于2015年被安徽省教育厅立项为省级精品课程.为了支持课程的实践教学改革，培养学生的编程实践能力和自主学习能力，历经多年的不断努力，建设了全方位、多元化的实践教学支撑环境，覆盖了课堂以外的各个教学环节，如在线平台学习、线上线下作业、答疑讨论、机上考试与自动阅卷等，形成了一系列可持续的精品课程资源.

通过对学生进行调查问卷显示，我院学生对该门课程教学改革模式的认可度达到90%，对学习平台中的教学资源满意度达到91%，对助教满意度达到100%，并表示希望其他课程均引入助教协助教学模式.目前该门课程教学模式已在我院推广同类型课程累计85门.

参考文献：

〔1〕JeannetteM.Wing.ComputationalThinking[J].CommunicationoftheACM，2006，49(3)：33-35.

〔2〕战德臣，聂兰顺.计算思维与大学计算机课程改革的基本思路[J].中国大学教学，2013(2).

〔3〕苏小红，赵玲玲，王甜甜，张宏莉.CS2013指导下的程序设计课程体系设计与精品资源共享课建设[J].中国大学教学，2014(5).

〔4〕教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会．高等学校计算机基础学发展战略研究——计算机基础课程教学基本要求[M]．北京：高等教出版杜，2009．

〔5〕单祖辉.基于计算思维的C语言程序设计教学方法研究[J].漯河职业技术学院学报，2014(3).