程序设计类课程混合教学模式研究

高晓娟，牟莉，张旭风

（西安工程大学计算机科学学院，陕西西安 710048）

近年来，随着以MOOC 为代表的在线开放课程的迅猛发展，翻转课堂及各种混合教学模式成为高等院校教育教学改革的研究热点。所谓混合教学模式就是一种“线上”+“线下”的教学，将传统教学方式的优势和网络化教学的优势结合起来，既发挥教师的主导作用，又充分体现学生作为学习主体的主动性、积极性与创造性，其最终目的是提升绝大多数学生学习的深度。较之于传统的教学模式，混合教学模式体现了“以学生为中心”的教育理念，有助于培养未来工程师应该具备的分析能力、实践能力、创造能力、沟通能力及终身学习的能力。

国内已有不少学者对混合教学模式进行了实践探索：吴宁等[1]将 SPOC、翻转课堂、传统教学模式进行有机融合，探讨了大规模班级教学环境下的混合教学。袁利永等[2]提出了以学生工程应用能力培养为导向的多维度混合教学模式，着重讨论校企合作教学资源建设、线上线下混合教学、专业教师与企业兼职教师合作教学、 课内教学与课外拓展相混合等问题。侯申等[3]基于MOOC 和SPOC 构建了一种结合线上和线下学习的混合教学模式，并从课程体系设置、教学设计、教学资源建设等方面阐述如何在计算机基础教学中实施这种教学模式。张红梅等[4]结合雨课堂和Educoder 平台，构建了大学计算机基础课程的混合教学模式，并根据雨课堂和Educoder 实训平台提供的全过程教学数据，及时调整教学内容体系，该混合教学模式实现了师生的多渠道互动，促进了学生综合能力的提升。王竞梅[5]构建了一种基于SPOC 的混合式教学模式，详细介绍了教学资源建设和教学设计、课堂面授、课后评价等教学过程的设计与实施，并提出了提升混合教学水平的路径。刘永华等[6]研究了MOOC 与线下TBL 相结合的混合教学模式，提高了学生学习的积极性、主动性，激发学生的团队协作性、创新性。本文在工程教育认证背景下，探讨和构建一种适合普通高等院校程序设计类课程的教学模式。

1 工程教育认证背景下程序设计类课程混合教学的必要性

1.1 工程教育认证的要求

工程教育是我国高等教育的重要组成部分，在国家工业化进程中，对门类齐全、独立完整的工业体系的形成与发展，具有不可替代的作用。2016 年6 月2 日，中国正式加入《华盛顿协议》，标志着工程教育认证在我国高等院校的推广，工程教育认证已成为影响中国教育发展的重要事件。工程教育认证遵循三个基本理念：以学生为中心、成果导向、持续改进，这些理念对传统的教学模式提出了挑战[7]。2017 年全国教育工作会议工作报告指出，要加快建立以学生为中心的人才培养模式，突出个性化、多样化的学习和发展需求，因材施教，促进学习者释放潜能；按照“自主、合作、探究”学习方式的要求，深化基础教育教学改革，积极探索新课改革理念多样化和行之有效的实现形式。

1.2 程序设计类课程教学存在的问题

工程教育认证通用标准强调培养学生“解决复杂工程问题的能力”。针对这一目标，程序设计类课程作为普通高校计算机类专业的核心课程，其承担的主要任务是培养学生的计算思维、算法分析与设计、程序设计与实现以及应用计算机解决实际问题的能力，同时初步培养学生的自主学习能力、团队合作能力及创新意识。但在实际教学过程中，程序设计类课程教学存在着以下问题。

1）程序设计类课程作为计算机类专业的学科基础课程，多为大班教学，学生数量较多且层次不一。传统的教学模式使得教师只能在教学过程中采取面向大众的教学方式，很难做到因材施教与差异化教学，同时也缺乏对学生自主学习能力、团队协作能力及创新精神的培养，而翻转课堂模式则难以对学生进行管理，不适宜于大班教学[1]。

2）程序设计类课程主要面向低年级学生开设。大多数学生，尤其是刚刚入校的新生，对自身的专业定位比较模糊，对自己的未来发展没有明确的规划，导致他们缺乏学习的主动性和积极性。再者，受多种因素影响，当前部分学生主动学习的意识和能力不强，学生始终在“被动” 地学习。

3）程序设计类课程的教学内容以算法设计为主，使用程序设计语言编程具有很大的灵活性，使得学生在学习时面临不少困难，尤其是《高级语言程序设计》课程，对一部分刚刚步入大学的学生来说，更是一个全新的知识领域，学生学习起来觉得困难重重。

在这样的情况下，如何构建一种适合本校学生的混合教学模式，使学生在教学过程中“乐学”“会学”“学会”，体现“以学生为中心”，培养学生的分析能力、实践能力、创造能力、沟通能力、合作能力及终身学习的能力，从而达到毕业要求，最终实现培养目标，是值得研究的问题。

2 混合教学设计思路

混合式教学改革应遵循教学的一般规律，为了充分发挥线上和线下教学的优势，需要从教学资源、教学活动策略、教学评价体系等方面去设计，并在反馈中不断调整，确保教学模式的科学性、系统性和完整性。

2.1 教学资源的开发

教学资源是教学活动实施的基础，其质量会直接影响教学活动的开展及学习效果。混合教学模式需要开发出丰富的信息化教学资源，以作为学生自主学习、自主探究的认知工具、协作交流工具以及情感体验与内化的工具[8-9]，因此，优质教学资源的开发，需在教学系统设计思想的指导下，把握教学碎片化、系统化、情境性、个性化等原则，体现“以学生为中心”的理念，遵循学生的学习特点和心理特点，明确学习目标，激发学生的学习兴趣，调动学习积极性，使学生在学会知识的同时，培养方法、习惯和技能。

2.1.1 碎片化

学生在线学习时间短而分散，为了突破时间和空间的限制，使学生随时随地开展碎片化学习，学习资源的开发必须要微而精，必须是零散的、片段性的，且具有局部完整性[9]。因此要对教学内容进行分割，将系统的教学内容碎片化，形成一个个知识点组块，使学生能够灵活控制学习时间，在一点一滴地获取知识的同时，保障持续的学习兴趣，提高学习效率。

2.1.2 系统化

每门课程都具有固定的知识体系，因此，碎片化的知识点资源应该相互独立又彼此关联，体现课程知识体系的系统性[9-10]。教学资源开发的策划设计阶段，针对具体课程大纲及授课计划，明确教学目标、融入教学原理；基于组块理念，将课程内容进行归纳和分类，划分为不同的学习单元，分解教学内容；对每个学习单元的知识内容进一步细化分解，根据知识点之间内在的逻辑关系，建立知识体系的从属关系，形成具有一定知识体系主题的知识单元。以形散神不散的组织方式帮助学生实现“零存整取”、构建个性化知识体系。

2.1.3 情境性

教学资源开发要尊重学生的主体地位，有效引导学生主动寻找解决问题的途径。针对实际应用的需要，结合学生自身的知识水平，设计与实际应用相关的学业情境，采用多种情境嵌入方式将新知识呈现出来，增强教学的趣味性，使学生更易于理解和接受教学内容，将知识的教学、能力的培养相结合，最大限度地调动学生学习的兴趣，使学生积极主动地参加学习活动。

2.1.4 个性化

教学资源的开发应体现以人为本、 以学生为核心，满足大众学习者的需要，还要力求突出个性化的创新设计。注重学生的个体差异，关注、理解和满足学生个性化的学习需求，充分发挥学生的自主性，设计多种学习难度，使学生可以有选择性地进行学习，实现个性化的教学理念。

以《高级语言程序设计》课程为例，该课程建设了教学视频、电子课件、习题库、试题库、实践案例库等多种教学资源，多方位帮助学生开展自主学习，以保证课堂讨论的顺利实施。为了方便学生利用碎片时间进行学习，应加强开发微型化、碎片化的教学资源，同时注重知识的系统性，以便于学生更好地理解知识。以应用案例提出问题，引导出相关知识点，激发学生的学习欲望，使学生在思考中学习，同时培养学生的应用能力。采取在教学视频、电子课件中嵌入思考题、测试题等措施引导学生思考，突出线上教学的互动性。设计小型探究性实训项目[2]，以提高学生的学习兴趣和创造性思维，促进学生自主、深度学习，体现个性化学习。

2.2 教学活动策略设计

混合教学模式是一种“以学生为中心”的教学模式，参与者包括教师、学生和助教，教师是教学活动的组织者和引导者，是学生自主建构意义的帮助者、促进者。各个教学环节都以学生为中心，学生是信息加工的主体、知识意义的主动建构者，是情感体验与内化的主体[8]。助教是教学活动的辅助组织者，主要进行组织讨论、集中答疑、学习辅导、作业批改等教辅工作，协助教师完成课程的课堂教学和实践教学。混合教学模式的教学过程可分为课前自主学习、实体课堂和课后巩固拓展三个阶段[11-12]，分别在线上、线下、线上或线下完成，每个角色在各教学阶段所承担的任务如表1 所示。

2.2.1 课前自主学习阶段

程序设计类课程采用Problem Based Learning（PBL）教学法，以学生为中心，以教师为引导，使学生在解决问题中学习，在学习中解决问题。教师通过精心设计与知识点紧密相关的教学案例，提出问题，并发布学习任务，启发学生分析探索，实现知识传递与能力培养的有机融合。由于学生的学习基础和学习能力不同，对新知识的接受能力和掌握程度也不相同，为了体现个性化教学，教师可将学习任务分为必学和选学，并根据知识点设计难度不同的案例，以满足不同层次学生的需求。

学生根据教师发布的学习任务进行自主学习，通过观看视频、电子教案等教学资源，理解课程的基础知识与基本原理，并尝试应用理论知识解决问题。对于程序设计类课程来说，大部分不太难懂的语法知识点都可以在这一阶段完成学习。在线学习过程中，学生可通过完成测试，检查学习效果，还可以在开放课程平台讨论交流，提交疑难问题，实现师生互动、生生互动。教师和助教需要安排时间进行在线辅导和答疑，对学生的交流回帖及线上测验进行评价，及时了解学生对知识点的把握情况，归纳总结存在的问题，开展教学反思，为进一步优化实体课堂教学设计提供依据。

表1 混合教学模式中各角色承担的任务

2.2.2 实体课堂教学阶段

实体课堂教学分为知识点讲解和案例讨论两个环节。首先，教师根据学生线上学习情况的反馈，对重点难点知识进行梳理，就共性问题开展课堂讨论与答疑； 然后进入案例讨论阶段，采取“案例分析—知识点解析—编程训练”的形式，培养学生分析解决问题的能力，在此过程中，学生以小组为单位开展合作探究学习，应用相关知识点解决问题，最终自主完成算法描述及源代码编写，并汇报案例的完成情况。通过讨论，促进学生自主思考，培养学生的协作研究、团队合作和交流表达能力；而教师则主要进行引导，适当加以点拨以辅助学生解决问题，及时对各小组任务完成情况进行点评，提高学生对知识内化的深度。

2.2.3 课后巩固拓展阶段

课后巩固拓展阶段的主要任务是对前面所学知识点和技能进一步内化，同时对知识点进行拓展深化和应用。教师根据课堂授课内容及学生掌握情况布置课后任务，帮助学生巩固提升。课后任务可采用拓展案例、编程练习等形式。学生通过完成课后任务加深对知识点的理解；教师通过在线批阅、评价，掌握学生对知识的理解程度，反馈不足之处；学生通过互评作业拓展思维。在该环节，教师可通过安排阶段性测验，督促学生认真复习，提高教学效果。

2.3 课程考核设计

工程教育认证要求要对学生学习过程中的表现进行跟踪与评估，并通过形成性评价保证课程教学目标的达成。形成性评价是指在课程教学过程中通过各种方式观察和评价学生的学习状态，发现问题及时纠正或帮扶，帮助学生达成课程目标，并有针对性地改进教学。在混合教学模式下，学生是学习的主体，学生的学习态度直接影响到教学过程的组织与教学效果，形成性评价可以促进学生自主在线学习，保证教学过程顺利推进。针对课程目标设计课程的考核方式、内容和评分标准，例如，《高级语言程序设计》课程成绩构成如表2 所示。

表2 混合教学中课程成绩构成

课程考核主要由在线学习成绩、实体课堂成绩及期末考试成绩组成，其中在线学习成绩由五部分组成：线上观看视频占5%，学习习惯占5%，作业及实验占10%，线上阶段测试（主要由选择题组成）占5%，在线交流占5%；实体课堂成绩包括考勤和课堂讨论，分别占5%和15%；期末考试占50%。

2.3.1 在线学习

在线学习的主要行为包括观看视频等学习资源、完成作业和阶段测试、在线交流等。观看视频是混合教学模式最基本的步骤，是整个教学过程顺利推进的基础。为保证学生在每节课前都能观看视频进行学习，而不是为获取分数而突击观看，特设计了学习习惯评分项。课后完成作业及实验，可帮助学生巩固知识，加深对理论知识的理解及应用。单元测试的主要目的是帮助学生自测对知识点的掌握程度。在线交流能够加强学生对所学知识的理解，拓宽思路，通过在线交流，提问的学生可以获取答案，解答的学生因探究、回答别人提问而产生成就感，最终都提升学生对课程的学习兴趣和自信心。通过对学生的在线学习行为进行跟踪，获取每位学生的学习数据，进行统计分析，并给出评价，以达到督促的目的。

2.3.2 实体课堂表现

实体课堂表现包括学生的出勤情况、课堂讨论情况等。通过讨论，可以促进学生自主思考，培养学生的协作研究、 团队合作和交流表达能力，考核方法应促进学生积极参加课堂讨论。讨论的成绩可以由教师评价和小组内部学生自我评价两部分组成，教师根据每个小组对知识的理解应用程度、案例完成质量、答辩情况等给出总体评价，小组内部则根据每位成员的贡献将总分进一步细分给每位成员，学生在课堂上的积极踊跃程度可以作为额外奖励分累加到评价分上。

2.3.3 期末考试

期末考试可采用传统的笔试或机试。试题设计过程中，要考虑对学生能力的检测，同时易于呈现对课程教学目标的达成及对毕业要求的达成。

3 混合教学模式的实施与效果分析

以《高级语言程序设计》课程为例，介绍混合教学模式的实施过程，并对其效果进行分析。

3.1 在线学习环节的实施

《高级语言程序设计》 课程教学团队建立了MOOC 资源并在智慧树平台上线运行，学生的在线学习过程就基于该慕课在智慧树平台上完成。平台对学生观看视频、完成在线测试、课程问答等在线学习行为有完整的记录，教师可以从平台上获取每位学生的学习行为，通过分析，结合评价规则，对每位学生每周学习状况进行评价，并及时推送给学生，以达到督促的目的。教师和助教每天安排时间对学生的线上提问进行解答，并对问题进行统计分析，了解学生对知识的理解和掌握情况，调整课堂教学内容。

3.2 实体课堂的组织

为了弥补学生基础差或自学能力弱等不足，在实体课堂上教师首先对知识点进行梳理，对难点、重点知识进行深入剖析，解决自学过程中存在的问题，使学生能够充分理解和掌握基础知识。然后针对课前设计的案例，组织学生进行讨论。

在课堂讲授过程中，利用清华大学研发的智慧教学工具雨课堂与学生形成互动，通过雨课堂在线发布课程讲授内容，通过启用雨课堂的点名功能抽取学生回答问题、设置限时习题等方式促使学生紧跟教师的讲课内容，调动学生学习积极性和主动性。

课堂讨论环节，在对案例进行求解的过程中，学生逐步学会如何用计算机解决实际问题，培养学生的应用能力。为了做到因材施教、体现个性化学习、突出讨论和答疑解惑的效果，教师在课前设计了不同难度的案例，并提前一周进行发布，学生可以选择适合自己的案例，每4～5 人组成一个协作小组。课堂讨论时，选择相同案例的讨论小组组织在一起，由一位助教负责组织讨论，这样一个教学班级按选择的案例就被分成了几个小班，便于组织和管理。每小组由1 人主讲本组的研究结果，组内其他成员负责补充并回答教师与学生的提问。实体课堂的具体安排可以根据教师了解到的学生课前自学的情况动态调整。

3.3 作业和实验环节

朔日科技教育测量过程化评价云平台是一款可用于实现在线作业、在线实验及在线考试的无纸化测评系统，具备作业及实验任务的发布、在线提交、 自动批改、 成绩统计与分析等功能。《高级语言程序设计》课程教学充分利用了这个平台，让学生在该平台上完成作业和实验，通过在线调试和测评，使学生在改错中提升实践能力。

教师在线发布课程作业和实验任务，并限定完成时间，同时将成绩选项设置为对学生可见，并将提交次数设置为3 次，学生可以在实验室或者任何具备网络环境的地方完成作业和实验并查看成绩，学生在完成作业和实验的过程中，反复查找错误并修正，加深了对理论知识的理解和应用。

教师可在平台查阅学生完成作业的时长、提交次数、成绩统计与分析、课程教学目标的达成情况，了解学生的学习过程及对知识的掌握情况，以便在后续教学过程中及时调整教学计划，最终实现课程目标的达成。

3.4 混合教学模式效果分析

依托中国纺织工业联合会高等教育教学改革项目“基于MOOC 的程序设计类课程混合教学模式研究”，将该混合教学模式在西安工程大学计算机科学学院计算机科学与技术专业2019级学生的《高级语言程序设计》课程教学过程中进行了实践，普通班已采用混合教学模式，卓越班则采用传统教学模式。由于计算机科学与技术专业普通班和计算机科学与技术卓越班由同一教师任课，因此这两个班级更加具有可比性。从入学成绩来说，卓越班的入学成绩略高一点。对期末考试成绩进行比较分析，如表3 所示。

表3 混合教学模式和传统教学模式效果对比

比较结果说明，混合教学模式的教学效果更好，学生的编程能力、应用能力、解决问题的能力更强，课程教学目标达成度更高。

项目组还对61 位同学进行了问卷调查，大多数学生对混合教学模式比较认可：83.6%的学生认为混合教学模式有助于增强学习兴趣，有助于调动学生学习的积极性和主动性，有助于学生对知识的理解和记忆，能很好地做到理论联系实际；78.69%的学生认为该模式有助于培养自主学习能力、 沟通协作能力和应用能力。同时，有45.9%学生也认为混合教学模式的学习任务较重，少数学生对混合教学持否定态度。

4 关于混合教学模式的思考

1）混合式教学模式中，学生课前线上自主学习环节尤为重要，学习效果会直接影响实体课堂上启发式教学的实施效果。要达到预期学习效果，一方面，教师在制作教学资源时，需要注意知识的碎片化、系统化、趣味化，设计应用情境，激发学生的学习兴趣，引导学生积极思考。另一方面，需要对学生的课前自主学习进行有效督促，及时跟踪学生的学习行为，对不学习或者应付学习等状况要及时纠正，可以考虑在成绩分配上适当倾斜，从制度上引导和加强学生对课前自主学习活动的重视。

2）混合教学模式的重中之重是实体课堂的研讨过程。教师需要根据实际情况提前发布课堂研讨题目，在课堂上组织学生进行小组交流讨论并进行小组答辩。这一过程是帮助学生进一步内化知识的重要过程，因此，在教学中，尤其需要对课堂讨论活动进行精确设计。设计的研讨题目要具有典型性和综合性，需要利用几个任务和题目涉及大部分知识点，并且要具有可讨论性和可发挥性，由此学生可以在教师划定的一个范围内进行自由思考。此外，还要考虑学生本身的能力水平，设计出难易程度不同的研讨题目，以防止有的学生认为自己能力达不到而彻底放弃。为了避免有小组把课题研讨任务交给个别学生完成，部分学生“搭顺车”的现象，还要在制定评分规则时加以干预。

3）在混合教学模式的整个实施阶段，应该注意及时对课程的实施状况进行总结。这种总结可在每章节完成后进行或定期进行。在进行课程总结分析的时候，可以采用多种手段，比如通过网络教学平台的统计分析功能或者由助教跟学生沟通交流，及时了解学生的学习情况，分析学生自主学习活动的进展以及存在的问题，总结课堂任务和研讨题目的设置是否能够激发学生的学习兴趣、 课堂教学过程的实施是否按计划进行、学生对知识点的掌握情况是否达到预期目标等，及时对存在的不足进行调整和改进。

5 结语

混合教学模式将线上自主学习和线下启发式讲授、课堂讨论有机结合，帮助学生建立了一种全新的学习方式，不仅提升了学生对课程本身的学习兴趣，更有助于促进学生在自主学习、独立思考、协作研究、交流表达等方面的能力的提升，实现了因材施教、个性化学习，体现了“以学生为中心”的教育理念，取得了良好的教学效果，是未来课堂政策的大势所趋。