基于PBL+SRS 模式的程序设计类课程教学改革

张睿萍，周雪燕，孔梦荣

（中原工学院 计算机学院，河南 郑州 450000）

0 引 言

在目前由“互联网+”向“智能+”转变的时代，信息化、网络化和智能化的快速发展，迫切需要新型工科人才支撑，要求面向未来布局新型工科专业，要求工程科技人才具备更高的创新创业能力和跨界整合能力，要求建立更加个性化多样化的工程教育培养模式[1]。对各工科专业的计算思维能力及计算机应用能力都有极大的要求，程序设计类课程可促使非计算机专业的工科学生将知识作为载体，掌握利用计算机来解决复杂工程问题的思想、方法和专业技能，提高学生的创新能力和终生学习能力。

PBL（project-based learning），以项目为驱动的教学方法，是提倡以学生为中心、以实践式应用为导向的教学模式。SRS（student response system），学生实时应答系统，为目前北美从K12到大学各专业教育中被广泛使用的一种教学手段，改进了第二代课堂相应系统CRS 中对教室特殊硬件设备的依赖，仅需在网络环境支持下，可使用电脑、笔记本、智能手机等任意设备即可实施发起互动式教学进程。目前，大部分高校均实现了免费的WIFI 网络全覆盖，满足SRS 的教学基本需求，使得本教学模式可以得到更为广泛的推广和应用。

1 各工科专业国内教学实施现状

计算机语言程序设计类课程，是培养理工科各专业学生计算思维的重要课程之一，该类课程实践性强，程序设计的语法基础易于理解和掌握，为信息技术与各专业的融合提供必要基础。但在由理论基础向实战应用项目转化时，传统的教学模式很难给予有力支撑。如何采用新型教学手段及教学方法以达到优化教学模式，使得课程的基础知识学习、计算思维训练和实战项目经验有机结合，培养学生的学习能力、创造性思维和解决问题的能力，是新工科背景下高等教育模式和方法探索的一个重要方向。目前国内高校的工科专业在程序设计类课程中，通常采用的教学法及其亟待解决的问题包括如下几方面。

1.1 理论讲解+上机练习

此传统教学法过多地干涉了学生的学习进程及自主性，在理论讲解时由于学生参与度不高而造成困倦走神，国内高校学生大多不能积极主动提出问题，造成课堂反馈不够及时，教师不能及时了解到学生对知识的理解和获取情况。另外此教学法的实施与实际项目的联系薄弱，造成实践与理论脱节，使得学生不能建构完整的知识体系，学生所学与企业所需产生偏差。

1.2 PBL 项目驱动教学法实施

项目驱动教学法，在目前的程序设计类课程教学中，通常由教师根据教学内容，按知识模块或章节制定出难易适中的项目，然后由学生来完成项目的规划和实施，最终实现某个目标或者解决某个问题。这种方法可以激发学生的学习兴趣，启发学生的思维，提高学生的学习主动性。但由于学生缺乏实际经验，在学习过程中仍然需要老师根据实际需求把握学习方向和学习目标，需要教师的引导和评价。因此增强有效沟通和建设健康评价体系是PBL 顺利实施的基础。

2 程序设计类课程改革目标

Banks 教授在“文化和教育的多元化”中指出，教育者们应调整教学实践以适应多样化的学生学习需求[2]。教育者应为学生提供分享其观点，交流其经验的机会，以促进学生主动参与课堂。因此，教师应该鼓励学生成为主动学习者并且采用一些创新的教学手段去促进学生学习[3]。

SRS，是在北美课堂中被广泛使用的一种被认为可以显著提升学生课堂专注度的教学方法。教师可以使用SRS 系统进行一系列的互动活动来促进学生学习，提升专注度和学习兴趣。Socrative、Mentimeter、Kahoot等均是北美常用的SRS 实时应答系统。此处以Socrative 为例，该系统分为教师端和学生端两部分。教师在注册Socrative 账户并登录后，即可获得一个全球唯一的ROOM 号，如图1 所示，可发起测试（QUIZ）、团组竞赛答题游戏（Space Race）以及投票（Exit Ticket），也可发起快速测试，如多选（MC）、判断（TF）和简答（SA）等题目类型。学生只需使用电脑或智能手机登录学生端，输入教师的ROOM 号，即可参与互动。互动结束后可以立即收集学生答案或课堂反馈并将结果显示在教室投影屏幕上，这些教学活动有助于促进课堂内同伴间的讨论以及课堂反馈[4]，激活课堂气氛。

因此在工科专业的程序设计类课程中采用基于PBL+SRS 的融合分组式项目驱动教学模式，是为了适应未来工程领域将在可持续发展、计算能力、跨学科合作的新趋势。适应新工业革命与工程发展的新趋势，需要整合教育技术，采用多元化教学方法、多元化教学资源，促进生生互动、师生互动、实践互动，从而培养新工科学生对知识的认知能力，团队合作的人际交往能力以及为实现目标而应具有的自省能力、终生学习能力等。

3 程序设计类课程改革内容

针对工科专业学生的程序设计类课程所采用的教学模式，学校可依托已有的MOOC 资源、线上线下混合式教学经验，配合PBL+SRS 教学法的使用，将理论知识的学习向工程应用能力进行转化，改变传统的上课、复习、考试的学习方法，将碎片化的知识点转化为可以进行知识迁移的整体知识链，也为其他相关课程的教学方法提供参考和借鉴价值，并由此进行设计。具体改革内容如图2 所示。

图1 Socrative 教师端界面

图2 程序设计类课程教学模式改革内容

3.1 基础理论知识部分

PBL 教学法，需要学生面向项目，发现问题，解决问题，创新思维，这要求学生要有扎实的基础理论知识。在计算机程序类课程中，通常各章内容知识点清晰、逻辑性强，适合将其划分为一个个独立的小知识点，围绕知识点进行教学方案的设计，制作并上传各种视频、微课、课件、习题等配套教学资源。

由教师根据教学预测，设计对知识点的个人考查内容，重点针对各知识点的理解、应用以及易混淆内容设计题目及答案。在此部分题目设计过程中，要尽可能多地提升每个学生的课堂参与度，因此题型的设计应降低主观问答题型内容，增加单项选择、多项选择以及判断等题型内容。

题目设计完毕后，由教师将内容在所选择的SRS 平台上进行编辑整理，图3 为使用Socrative平台选择Quiz 模式后编辑整理题目，并选择Teacher Paced 发布模式在课堂上实时发布的相关设置，然后由学生现场登录答题。测试或竞赛游戏结果可以答题正确率或正确题数等不同形式直接显示在投影屏幕上，对比直观、高效，学生的参与感、浸入感强，可更强烈激发学生的求知欲，同时促使学生对相应知识点的回忆和反思，此时加入教师点评，可促进知识的内化吸收，使学生对知识点的理解更加透彻、深刻。通过SRS的在线答题，教师则可以实时获得课堂教学效果反馈，了解学生所掌握知识的薄弱所在，重点讲解、深入剖析，高效提升学生的基础知识储备。面对多元化的学生群体，对于主动外向型学生，积极鼓励现场提问，对于被动内向型学生，由SRS 平台提供匿名提问支撑，逐步提升学生自信和参与意识，使知识和能力同步发展。

3.2 PBL 项目内容的设计

以PBL 导向的课堂教学，侧重以项目进行引导、贯穿整个教学活动始终。项目内容设计可分为侧重知识点应用的小型应用案例设计和侧重实际应用的工程项目设计。

小型应用案例，由教师主导的课堂讲授部分选择经典思维和算法进行，再有选择地进行精简课堂教学后，补充制作大量的应用案例的屏幕操作录制，学生可以自主选择对经典案例进行重复性学习，并根据自己的需求选择其学习内容，提升学生的学习自主性，由案例引导激发学生的内在学习热情。

侧重实际应用的工程项目，由教师根据知识重点、难点、结合实际应用，提前设计好项目内容，在课前进行发布，学生即可带着问题开展相关内容的学习，促使学生积极思考解决项目所应用的知识范围和应用方法。工程项目的展开可采用分组团队设计，但要加强生生、师生间的交流。为了解决班级人数过多的问题，强调小组间学生交流后的意见统一和汇总，教师主要解决小组存在的问题。团队分组在课程初始时即可开始，每个小组建议为5～7 人，其中组长1 人，开发2～3 人，测试2～3 人，如果项目较大还可增加运维人员，均可根据个人兴趣自由选择。

图3 Socrative 平台Quiz 项的编辑及发布模式设置

在课堂上，教师在讲解到项目相关内容时，可根据不同项目内容设计相应问题，采用SRS的SA 模式进行现场发布。此部分问题为主观问答题型，可每个项目组提供一个统一的回答，题目在SRS 平台发布后，即在课堂上留出一定讨论时间，由各小组针对本小组的项目内容进行讨论，充分交流达成共识后，选出一人将小组答案回答至SRS 平台。教师掌控时间，预留时间即将结束时，提前提示学生，尽快取得共识回答问题。此部分教学内容的实施即是在PBL 模式下采用分组讨论、协作规划制定项目实施方案，重视团队合作、交流以完成项目的实施，使得学生可以从宏观上认知和梳理整个知识脉络，将理论知识转化为工程应用能力。

PBL 实训模拟，贯穿整个工程项目的始终，项目共分3 个阶段：第1 阶段，由教师模拟用户提出项目需求，学生实现概念模型；第2 阶段，由学生完成项目原型设计；第3 阶段，项目的最终验收。每个阶段均进行一次系统验收，每次验收后根据教师提供反馈意见进行项目的修改和完善，在最后一次验收时，由小组对项目进行总结答辩。

以中原工学院机械专业C 语言数组部分的教学为例，PBL 导向下的教学设计和教学实施过程如下：①教师使用案例引导：任务描述，录入班级学生某门课的平均成绩，计算该科成绩平均分，并统计超过平均分的学生人数；②学生分组讨论：分析问题、分解任务、独立编程实现；③学生编程过程中发现问题：用已学知识无法实现人数统计问题；④学生提出问题：需要同时保存多个成绩数据，并最好使用同一名称来实现数据存放；⑤教师引入数组概念，讲解相关知识，学生完成程序设计；⑥教师使用SRS 发布问题，由学生完成解答，引导学生发现易出错问题，如下标溢出问题等；⑦课堂结尾：教师引导提出新的问题，如何实现多门课成绩的存放；⑧课后：学生实训闯关，巩固所学，并分组讨论课堂结尾所提问题，讨论综合实训中有无涉及相关知识点内容，改进设计。

3.3 考核方式的设计

在此教学模式下，注重学生应用计算机来解决实际工程问题能力的培养，因此其考核方式不应局限于传统的终结性评价，应更加注重学生的形成性评价。据此，可将应用此教学模式的程序设计类课程的考核分多次多形式进行。

具体考核内容包括：①基础理论知识的考核，此部分内容可根据SRS 平台中的知识点的测试数据及学生参与课堂活动的情况给出，如Socrative 平台即可提供不同模式的测试报告；②PBL 导向下经典计算思维方法和算法的掌握考核，此部分可根据学习进度设计阶段性编程测试内容，重点考查学生的程序设计能力和解决问题的思维能力；③PBL 导向下工程应用项目的考核，此部分主要依据项目方案制定和实施情况，以及不同层次项目的完成情况。以中原工学院工科专业C 语言为例，PBL 教学模式下工程应用选题在学期第4 周给出，由学生小组讨论选题。项目的验收在整个学期共进行3 次：第4-8周概念模型的实现，第8 周教师验收并给出意见；第8-12 周原型设计，第12 周验收并给出反馈；第12-18 周完成项目，其中第15 周中期检查，第18 周最终验收。3 次验收成绩比例分别为20%、20%和60%。在最后一次验收时，由小组对项目进行总结答辩，项目评价成绩由教师评价60%+小组互评30%+个人评价10%组成。④期末考核，重在考核学生的基础编程能力，题型设置为全部编程题，题目设计覆盖各章节内容。

由于此教学模式重在持续提升学生的工程能力、合作精神以及持续的学习能力。因此，根据形成性评价的目的，由于不同学生间的个体差异，“为了激励学生学习”“使学生获得成就感，增强自信心”，将期末考核的成绩比例设置为40%；提升形成性评价所占比重，其中基础理论知识考核比例为10%，经典的计算思维方法和算法的案例项目考核比例为20%，实际应用项目考核为30%。由以上各项考核来综合评价学生的知识掌握及工程转化能力。

4 结 语

基于Web 的学生教学应答SRS 系统提供了一种低成本投入的学习技术，能够较好地提升课堂参与度和活跃度，而PBL 项目驱动的实施，无论对于学生还是教师都是巨大的挑战，对学生的团队合作交流能力，工程实践能力都有较高的提升和要求。基于PBL+SRS 的新型融合分组式教学模式，使得教师作为课程中项目的组织者、引导者，从教学理念到综合素质均得到很大提升；使得学生调动学习能动性，纵深夯实、横向拓展，提高学习成效，促进多元发展。因此，基于PBL+SRS 教学模式的实施无论对于教师，还是对于学生都有着重要的实践意义。