程序设计课程理实一体化教学模式运行及思考

周 翔，张廷萍

（重庆交通大学 信息科学与工程学院，重庆 400074）

0 引 言

计算机程序设计已经成为当代信息社会的基础技术方法之一。现阶段，学生对网络爬虫、数据处理、机器学习、人工智能等计算问题十分关注，希望通过程序设计课程掌握相关技能[1]，随之学生学习计算机程序设计课程的积极性也越来越高。然而，程序设计课程传统教学模式将课程割裂为两部分，一部分是在教室上的理论课，主要由教师根据PPT内容讲解、演示编程步骤，并展示程序运行结果；另一部分是在机房上的实验课，主要是学生根据教师在理论课上讲解的内容，在计算机上独立完成教师布置的任务。这样的教学方式虽然有利于教师管理课堂秩序，统一学生学习进度，但缺点也非常突出：程序设计课程的内容需要学生实际动手才能掌握，而教师在理论课上讲解的时候学生不能直接动手，再等到上实验课的时候学生可能已经将教师讲解的内容遗忘。因此，理论课与实验课脱节不利于学生及时掌握程序设计课程教授的教学内容。

基于此，为改进程序设计课程中的不足，对授课模式进行改革，采用理实一体化教学模式，将上课地点全部安排在机房，教学活动全部在机房进行。由教师讲解理论内容，然后完成实验演示，再由学生立即在学生机上仿照教师演示完成实验内容。接下来，笔者将从程序设计课程的理实一体化教学模式设计、教学改革效果的对比和运行后的思考几个方面展开讨论。

1 理实一体化教学模式设计

为了配合程序设计课程理实一体化的教学模式，可以从教材编写、教学内容安排以及教学资源利用等方面展开教学设计。以VB语言程序设计课程为例，相关教学设计的详细内容如下。

1.1 理实一体化教学模式教材编写

为了配合传统教学模式理论课与实验课分开进行的教学安排，VB语言程序设计课程的教材也分为两本，一本是理论课用的理论教材，一本是实验课用的实验教材。为配合理实一体化教学模式的开展，可以对教材内容进行重新设计，整合为一本。

1.1.1 教材章节安排

在教材章节上，将理论和实验两本书的内容进行合并，将实验内容分散到理论内容的每一个小节中。例如课程的选择结构部分，将实验内容分为单分支选择结构、多分支选择结构，并将其分别放在单分支选择语句和多分支选择语句的后面。通过这样的内容安排，让学生在学习一个知识之后，立马就可以通过编程实现。在编程过程中能够立即、直接地得到反馈。通过这样的探索和学习，学生就会得到一种成就感，从而提高学生的学习兴趣[2]。

1.1.2 教材内容选择

为了适应理实一体化教学模式，还应对教材内容进行改革。在理实一体化课堂上，教师在讲解和演示完一个内容后，就需要让学生立即自行完成该内容，并在该内容的基础上进行拓展。为此，在教材内容安排上，理论部分有供教师演示的实例，练习部分有供学生参照完成的实例，同时也安排了让学生自行完成的练习题。例如，在循环部分，讲到循环语句时，在理论部分给出“1+2+3+…+n”的例题，在实验的示例部分给出“1*2*3*…*n”的示例，然后在实作部分给出“2+4+6+…+m，m为偶数”的实作题目。这3个题目的思路完全相同，既方便了教师演示后布置作业，也方便学生按照教师演示独立完成练习题，有利于学生对知识点的掌握。

1.2 理实一体化教学内容安排

1.2.1 教学器材准备

为适应在机房内现场完成理论教学，需在机房进行以下教学准备。

1）机器数量。

为了保证教学质量及教学效果，机房教学班的数量最多是两合班（即由2个班构成，每个单班的人数在35人左右）。同时，由于现在每个自然班的学生人数基本为35人，为保证教学的正常进行，确定每个机房至少配备80台个人计算机。

2）机房布局——直立式布局。

机房布局与机房的管理、维护、教学和安全等方面有着直接的联系，一个科学合理的机房布局不仅看起来整洁大方、井然有序，能给机房管理、维护、教学带来方便，而且应该符合安全、舒适、健康、环保的要求。直立式布局将多张桌子连成一列。在机房摆放5列，采用2列靠墙，另外3列背靠在一起放在中间，教师机摆放在教室的最前面，如图1所示。

图1 机房直立式布局

直立式布局更符合计算机教学的特点。这种布局让学生能相互看到旁边同学的电脑屏幕，而且过道很宽，学生的活动范围大。在教学中可以让一部分先学会的同学带动大家进行学习。此外，教师在指导时可以走到每个学生面前进行指导，便于体现在学生实作时教师可以现场进行指导的理实一体化教学特点。不过，直立式摆放方式有一个不方便之处就是学生的视线与黑板平行，教师在黑板上讲解时学生要把头扭过90°才行。笔者通过采用多媒体教学软件（如红蜘蛛多媒体软件）进行讲课，将这个问题解决。这种软件最突出的优点就是能够把教师的屏幕扩展到每个学生的电脑屏幕上。教师的操作演示，学生能通过本机屏幕观看。此外，在教师操作演示时，学生的键盘和鼠标被锁定，不能进行其他的操作，可以有效控制学生学习。

3）手绘板。

在教师机上安装手绘板。通过这个设备，教师可以在讲解的过程中，不需要黑板就可以书写板书，并保存板书。这些板书还可以在复习阶段使用。此外，在机房前方，还可以准备无粉尘的白板，供教师手工书写课程重点内容和提示信息等。

1.2.2 教学管理

1）配置助教。

区别于传统教室的教学模式，对于理实一体化教学模式，教师不仅要组织教学内容，还要完成机房环境的教学管理和教学辅导。要完成这些，单靠教师的力量存在很大的局限性。因此，重庆交通大学信息科学与工程学院为上理实一体课程的教师配置了研究生助教，协助教师完成机房教学的部分管理和辅导工作，以达到更好的教学效果。

2）配置多媒体网络教学管理软件。

多媒体教学网络教学管理软件充分利用计算机及网络技术，结合现代教育思想，为教学提供计算机教学辅助工具，实现教学中教师与学生、学生与学生的交流活动，改善教学手段与学习方法。该软件应具有教师演示、学生示范、教师演示及录制、屏幕回放+演示、黑屏肃静、语音教学、屏幕监视、遥控辅导、电子教鞭、电子抢答、电子点名、网上消息、文件传输、提交作业等功能。

1.3 在线教学资源利用

1.3.1 教师板书信息

在传统模式下，教师上课在黑板上书写的板书无法保存。然而，当教学地点改到机房后，利用教师机端安装的手绘板，教师可以像在教室黑板上一样进行板书，并且板书的内容可以保存。教师将板书内容作为教学资源保存，存储到开放课程教学资源中，一是可以作为教学资源供学生学习使用，二是可以在期末的时候供教师复习课时使用。

1.3.2 教师演示视频

程序设计课程最重要的是学生通过模拟教师讲解的内容，进而自己动手编写程序。然而，学生只在上课时看教师演示很难准确记忆，因此，教师在机房上课讲解时，可以将演示编程的整个过程录制下来，作为视频资料，存储到开放课程教学资源中，供学生学习使用。

图2 相同年级不同专业学生成绩对比

图3 不同年级相同专业学生成绩对比

2 教学改革效果对比

2.1 同一届学生成绩对比

重庆交通大学安排理实一体化课程的班级是从众多两合班中无规律选取的。图2显示的是同一年级中，理实一体化两合班和一个非理实一体的两合班的期末试卷成绩对比折线图。这2个两合班都是60名学生。其中，浅色折线是理实一体班的成绩折线，深色折线是非理实一体班的成绩折线。从图2可以看出，理实一体班的分值普遍高于非理实一体班，并且理实一体班的高分个数明显多于非理实一体班，低分数量也明显少于非理实一体班。

2.2 与往届同专业学生成绩对比

图3显示的是相同专业不同年级理实一体两合班和一个非理实一体两合班的期末试卷成绩对比折线图。这2个两合班也都是60名学生。其中，浅色折线是理实一体班的成绩折线，深色折线是非理实一体班的成绩折线。从图3中可看出，理实一体班的分值普遍高于非理实一体班。

2.3 理实一体化教学模式的优势

由于图3是不同年级间的比较，存在考题难易程度不同导致的分数差异。所以，相比之下，同一年级考相同试卷的图2更具有说服力。通过图2和图3的对比结果可看出，理实一体化教学班的成绩普遍好于非理实一体教学班。此外，理实一体化教学班的成绩分布区间比较平均，几乎没有特别差的成绩出现。这些都说明理实一体化教学模式确实存在教学优势，主要体现在以下几方面。

首先，在传统教学模式中，实践能力主要靠实验课及课后作业来得到锻炼。因为课堂上的知识没有及时消化，所以要花很多时间重复课堂上讲过的程序，而当要求学生自主开发完成一个任务时，学生发觉无从下手[3]。在理实一体化课堂上，从第一节课的第一个实例开始，学生都能够参照教师的演示及时参与学习，因此能够使学生从课程一开始就入门，具备编程的实际动手能力。

其次，在理实一体化课堂上，教师的演示讲解内容是广播到每个学生的电脑上的，每个学生都能清楚地看到教师的每一步操作。避免传统模式下坐教室后排的学生看不清黑板或投影屏幕内容的情况。

最后，传统课堂理论课结束后要等下一次实验课学生才有机会练习。在理实一体化课堂上，教师讲解后，学生能及时参与练习，避免了学生对所学知识的遗忘。

3 思考与讨论

在实施2年理实一体化教学之后，笔者也对一体化教学过程中存在的问题进行了总结。在理实一体化教学过程中，存在2个较难解决的问题。

3.1 教学进度的控制

理实一体教学过程中存在的第一个问题是课堂教师教学内容与学生实做之间的教学进度控制问题。最理想的状态是教师讲解完一道例题，就立刻让学生实做，并布置一道相似的题目让学生提高。但是，在实际运作过程中，笔者发现由于学生接受能力的区别，有的学生很快理解了教师讲解的内容，能在短时间内完成教师布置的任务；有的学生理解能力稍微弱一些，需要较长时间才能理解教师讲解的内容，完成任务需要更长的时间。这就造成同样布置一道题目，有的学生很快就完成了，有的学生还在继续做。这个时候，教师如果进入下一个环节，就会打断慢的那部分学生的实做；如果继续等待，已经完成任务的那部分学生就会无所事事。

针对这个问题，在实际教学过程中采用的解决方案是讲解完1个主题及其附带的2～3个例题后，再让学生实做。这样处理的好处是：学习能力强的学生可以在预留时间内完成这些任务；学习能力稍微弱一点的学生，至少可以完成其中的一部分任务，对学习内容有所了解。这样，即便预留时间结束，教师继续后面的讲解，也不影响所有学生对前面内容的掌握。需要注意的是，讲解一个主题教学内容的多少还需要教师自己把握。

3.2 课堂秩序的管理

理实一体教学还存在课堂教学秩序的管理问题。理实一体课程的上课过程是教师通过教师机演示讲解、再将讲解屏幕广播给所有学生，学生通过自己的电脑观看、学习教师讲解内容。理想状态是所有学生都能近距离地通过自己的电脑，看清教师所有的操作，学习、掌握教师讲解的内容。然而，实际情况却是教师在演示讲解时，无法兼顾学生的学习状态，学生看手机、睡觉等不良行为得不到有效控制。

针对这个问题，可以通过2个措施来缓解：①增加课堂提问环节，在教师讲解过程中，随时进行课堂提问，以督促学生认真听课；②为理实一体课配备了助教，助教主要完成2个任务，一个是维持课堂教学秩序，另一个是帮助教师辅导答疑。通过采取一系列措施之后，教学秩序明显好转。

4 结 语

综上所述，采取理论和实验课同时进行的理实一体化教学模式，融“教、学、做”为一体，使理论和实践紧密结合，学生能较快较好地实现从理论知识到感性认识的转移，实现知识与技能的贯通，最大限度地培养学生程序设计的构思、分析和编写程序代码的能力[3]。同时，随着理实一体化教学的开展和深入，逐渐培养学生的问题求解能力，在学生具备基本的编程能力、掌握一定的问题求解方法之后，引导其进行自主学习，并最终形成计算思维，完成从手到脑到思维的能力逐级提升[4]。

当然，这种教学模式的采取必须有学校的大力支持，装备机房设备以适合理实一体化教学。此外，还需要机房管理人员的配合，安装理实一体化教学的辅助软件。

在重庆理工大学实施程序设计课程理实一体化的过程中，还有些尚未解决的问题，如机房数量不足以支持所有程序设计课程都采用理实一体化教学模式，导致依然还有部分程序设计课程采用旧的教学模式。当然，最重要的问题依然是理实一体化教学过程中的教学进度安排，教师也在积极探索解决，寻找更合理通用的解决途径。