智慧教育背景下“C程序设计”教学研究与实践

刘金月， 刘华蓥， 时贵英

(东北石油大学 计算机与信息技术学院， 黑龙江 大庆 163318)

0 引言

大数据、云计算、移动互联网、人工智能等信息技术的迅速发展，带给教育行业巨大冲击，教育必须进行改革才能适应社会发展需要。只有在新的教育理念下、充分利用现代化信息技术，提升高校人才培养能力和质量。随着“互联网+”时代的到来，许多教育专家和学者开展了“互联网+教育”智慧教育教学模式的研究与实践[1]。智慧教育时代是让技术变成“人”或让技术变成“教育”的时代[2]。是人类智能和教育融合发展的产物，引领教育教学从数字化、网络化朝着管理服务个性化、学习导航智能化、质量评价系统化方向发展[3]。

程序设计能力是所有工科专业学生的必备基础[4]。程序设计类课程是工学本科专业学生的必修课程，着力培养学生求解复杂问题的计算思维能力和程序设计能力，提高学生的计算机素养。因此，做好程序设计课程教学工作是一项非常重要的任务。

1 教学现状

“C程序设计”课程是教育部课程指导委员会推荐的程序设计类课程。传统的教学方法过度关注C语言的语法知识却忽视了算法的整体实现过程。目前，我校“C程序设计”课程理论40学时，实验30学时，对于大多数都是初次接触程序设计类课程的非计算机专业的学生来说，教师需要在有限的时间内把大量的语法规则和算法实践高质量的传授给学生，理论和实验学时明显不足；课堂交流多是教师提问，学生回答，互动方式单一。学生的认知程度存在差异性导致课堂内容难以适应学生的需求差异，无法做到分层次教学[5]。课后作业中出现的问题只能等到下次课堂中进行讲解，通常讲解内容会选择共性问题，个性化问题往往会被忽略，这种单一的交流方式和延时的反馈导致学习效率大大降低。

2 智慧课堂

随着“互联网+教育”概念的提出，智慧教学模式得到了教育领域的广泛认可。信息技术的介入，使得教育的时间、空间、要素及教育关系都面临一个重构的过程[6]。智慧课堂是“互联网+教育”背景下教育信息化聚焦于课堂教学、聚焦于师生活动、聚焦于智慧生成的必然结果。在智慧教学环境下，教师由知识的传授者，转变成课堂教学的组织者和引导者，学生建构意义的帮助者、促进者以及学生良好情操的培育者；教学过程中，强调学生的主体地位，注重采取不同的教学方法引导学生实现自身发展；智慧教学工具的使用增加了师生互动和生生互动交流，使学生个性化和多元化的学习需求得到了满足。智慧课堂和传统课堂的对比情况，如表1所示。

表1 传统教学模式和智慧课堂教学模式对比表

相较于翻转课堂，智慧课堂以崭新的智慧教育理念为指导，积极借鉴翻转课堂应用实践的成功经验，对翻转课堂进行重塑和升级，在学生自主能力培养及个性化教学方面有着明显的优势。基于大数据等信息技术的全面支持，从一般性观看视频转变为课前预习、测评分析及反馈；从“先学后教”转变为“以学定教”；从对课堂的控制转向为基于数据的动态学习分析、即时反馈及据此实现的教学机制；从早期的“流程颠倒”的翻转课堂转变为“结构性变革”的翻转课堂，以此实现“云端构建，先学后教，以学定教，智慧发展”的智慧课堂模式。

3 “C程序设计”智慧课堂教学设计

依托我校网络信息化在线课程平台，构建“云+端”的智慧课堂教学模式。教师把课程相关资源上传至在线课程“云”平台，学生可通过手机安装超星学习通APP，到“云”中获取所需要的资源。在传统教学方式的基础上融合网络在线教学平台和手机超星学习通APP，构建线上线下混合式“C程序设计”智慧课堂。教学过程以C语言概述为例，具体实施过程，如图1所示。

图1 基于智慧课堂的教学过程设计

教学设计分成课前(自主学习)、课中(互动学习)和课后(强化学习)三部分，实践过程中根据学生的反馈进行教学设计的完善与调整。通过信息化教学手段、互动式教学方法和探究式学习方式完成教学任务，满足新工科人才培养要求。

3.1 课前自主学习

在互联网+背景下，随着MOOC(慕课)类优秀课程的快速推广，教师可通过观摩慕课拓展思路，提升教学效果。考虑到互联网平台上资源众多，种类繁杂，需要对相关资源进行详细规划以契合课程教学任务，根据教学目标精心设计预习内容和教学实施过程。教师通过超星学习通发布本节课程视频，上传PPT课件，推送课前任务单，此外对于优质的课程资源可作为课程内容的补充，进一步开阔学生视野。学生在任务单的引领下，自主观看视频和预习教学课件，在学习过程中对于难点问题可利用讨论区、QQ群进行师生、生生互动交流。通过自主探究、互动交流的过程中点燃学习智慧，对学习产生一种期待感。考虑到C程序设计课程的第一次授课内容非常重要，精心制作问卷调查发放给学生，了解学生对本门课程的关注度有哪些方面。发布课前测试，利用平台的自动统计功能帮助教师掌握学生的预习情况，教师针对自主学习反馈数据进行学情分析，对课堂内容进行深度加工，及时调整教学过程中的重点、难点问题和教学策略，对不同情况的学生也可以推送个性化的资源，从而实现“以学定教”。

3.2 课中互动学习

(1) 快速考勤

教师记录学生考勤时只需设置一个手势或生成一个二维码，同学们就可以进行签到。这种便捷的签到方式，降低了教师课时的占用率，增加了课堂的趣味性。

(2) 导入新知

根据C语言的发展过程及各种编程语言在企业中使用情况的调查分析，介绍为什么要学习C语言，引导学生思考课程学习的意义。

(3) 引导探究

在编译环境中演示C程序创建、编辑、编译与调试、运行的过程，启发学生思考如何在计算机屏幕上输出一串字符？通过摇晃手机随机选人或发起抢答，回答正确的同学可获得课程活动积分，充分调动学生学习的积极性。根据课前测验的统计情况，对疑难点问题进行有针对性的讲解。

(4) 任务驱动

通过前面例题的讲解，引导学生思考如何在屏幕上输出整数、实数及完成简单的算术运算？教师进行知识的讲解与迁移，对经常使用的int类型和float类型及对应的输出格式符进行重点讲解。随后，教师发布新任务，例如求圆的周长和面积，采用以强带弱的分组形式让学生进行讨论和课堂演示交流。由于C语言的灵活性，一个问题可以有多种算法，每种算法可以应用不同的语法知识，在小组讨论过程中对所学知识进一步巩固提升。例如怎样在屏幕上输出整型、实型数据？输出数据时如何控制数据格式及对齐方式？发生数据溢出时该怎么办？小组成员在协作学习中形成自己的认知，并为完成任务贡献自己的智慧，激发了学习兴趣。对于疑难问题，教师进行即时点评和总结提升，从而实现教师引导教学、学生自主探究学习的教学模式。

(5) 归纳总结

教师根据讲解实例和拓展练习对本节内容进行小结，总结C程序的构成特点，帮助学生梳理知识脉络，实现知识内化。

3.3 课后强化学习

课后阶段，依据学生课前和课中学习情况推送个性化学习资源，设置“知识强化”和“能力拓展”两个环节，所有同学都需要完成“知识强化”中推送的验证性程序，学有余力者完成综合性编程和趣味编程练习，激发学生学习的兴趣。学生通过学习通平台提交作业，系统对作业即时反馈。学生可根据作业中的反馈有重点的观看微课视频，也可利用讨论区和QQ群进行生生交流、师生交流，实现个性化学习。教师在讨论区发布研讨话题，针对话题学生可各抒己见、互相启发，在信息的多项传递过程中巩固已取得知识，或解决有争论的、学生难以直接理解的问题，从而获取新的知识。

4 总结

智慧教育背景下，学生线上与线下混合学习方式越来越普遍。智慧课堂作为一种新兴的教学方式，激发了学生的学习兴趣，提高了学生的学习效果，克服了传统课堂的弊端。利用信息技术手段，打破时间和空间的限制，加强师生、生生互动交流，提升了学生的自主学习和团队协作能力，实现教师主导作用和学生主体地位的有机统一。

如何利用智慧课堂解决C程序设计教学过程中出现的问题，是一个不断探索的过程，对教师和学生提出了更高的要求和挑战。教师需要根据“课前—课中—课后”3个不同阶段调整教学内容，引导学生对所学知识进行有意义的建构，促进学生的自主探究学习；依据课程目标搜集和整理推送的各种资料，课前任务单难度要低，课中精讲内容要灵活高效，课后复习拓展任务要有的放矢；依托现代教育技术，实时交互获取反馈数据来掌握学生的学习效果，调整教学内容和节奏，实现信息技术与课程教学的深度融合。对于学生来说，课前和课后都要花费较多的时间和精力，如何合理安排和使用课余时间非常重要；在智慧课堂的教学模式中，学生是学习的主体，其学习的主动性和自主学习能力的高低对教学效果也会产生很大的影响。