专业导向下的混合式教学探索

欧少敏 赵志鹏 韩桂明 唐欣

【摘 要】本文分析桂林电子科技大学信息科技学院电子信息类专业“C语言程序设计”课程教学存在的问题，并以专业导向为出发点，建议构建以学生为中心、能力为本位的线上线下混合式教学新模式。教学探索实践表明，该混合式教学使得学生的编程应用与创新能力、考试通过率及高分率呈现上升趋势，可为电子信息类编程课程进行混合式教学提供参考。

【关键词】C语言 混合式教学 专业导向 工程应用

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2021）11-0058-04

中国教育信息化进入了2.0时代，已经引起思维方式、教学方式和教研方式的系列变革，给传统教育带来了颠覆性的冲击。党的十九大报告明确要求重点围绕加快推进教育现代化，并第一次将网络教育写进了党的报告中;为全面振兴中国本科教育，教育部提出《“双万计划”国家级一流本科课程推荐认定办法》，即从2019年到2021年，全国将完成6000门左右国家级线上线下混合式一流课程建设。国内外对混合式教学的成功案例有许多，比较有影响力的天津大学的“工程图学”在线课程，现在以第一门SPOC课程登录中国大学MOOC网。加州大学伯克利分校的“软件工程”课程，效果良好并进行了推广教学，因此，阿曼多·福克斯、戴维·帕特森教授与清华大学教师、学者就SPOC在加州伯克利分校和清华大学的混合式教学实践中取得良好效果进行了深入探讨与交流。本研究选择高等院校非计算机专业的专业基础课——“C语言程序设计”课程开展教学探索，强调以专业导向为目的，采用SPOC模式的线上线下混合式教学。即利用信息化网络教学平台创造以学定教，即学生主动参与、在线留言讨论、线下知识点内化提升与拓展的新型学习方式。信息技术与传统教育融合的混合式教学是未来教育发展的大方向，但针对电子信息类基础编程课程的混合式教学改革还处于探索阶段，如何在专业导向指导下将基础编程教学与电子信息类专业实践应用结合起来进行有效的教学，这一问题亟待解决。

一、电子信息类“C语言程序设计”教学中存在的问题

（一）淡化开发环境的作用

桂林电子科技大学信息科技学院“C语言程序设计”课程共64课时（48学时理论，16学时课内实验）。理论课基本上以PPT和板书为主，并且一直沿用教师讲、学生听的课堂式教学，基本不用开发环境展示程序编写技巧、过程、编译错误修改以及调试结果分析，也不关心编写的程序是否编译通过或者程序是否存在Bug，更重要的是手写代码体现不出在开发环境中编写代码的规范性。

（二）教学专业不区分

非计算机专业与计算机专业的C语言授课不区分，后续软硬件结合的专业课中，很多学生和教师都有一个共同的感受，不能将所学的C语言知识应用到电子相关的专业课程上，扩展迁移思维薄弱。而C语言是最基础和最底层的编程语言，在电子信息类专业中，“C语言程序设计”课程为编程基础课，大部分的电子设计可用C语言编程实现，比如控制、信号处理和通信等领域的电子设计。为了提高学生编程应用能力，在理论和实验的教学设计中加入实例和任务驱动相关的内容，但是基于Visual Studio 6.0控制台程序的操作实践与电子设计实践应用不关联。因此，应该注重实践教学，使学生提高对编程应用教学的认识。可以通过实验和项目教学，进一步加深对理论课讲授内容的理解，并应用于实践，分析和解决实际问题。

（三）课程安排不合理

授课方式上，PPT授课方式基本上忽略开发环境的使用，而理论与实验分离授课。因此，在实验课上，教师需花费大部分时间讲授Visual Studio 6.0开发环境的使用和编译出错语法修改等问题。上机实践操作通常落后或超前理论知识，课堂教学还要回顾或者超前学习与本次实验课相关的理论知识，真正的编程实践时间大大缩减。内容安排上，基础差和接受能力弱的学生，通常需要反复加强学习;学习成绩好并且编程应用娴熟的学生，授课内容还不能满足他们对知识的渴望。因此教师作为学习活动的组织者与导学者，要改变已有的灌输式教学，要以专业导向为教学目标，为学生提供差异化和个性化的教学内容，并引导和协同完成。

（四）课程内容需调整与优化

对实践性较强的电子信息类学生而言，所学编程知识希望能与可视化实操无缝连接，而不是只编写控制台程序。但目前没有专门针对“C语言程序设计”课程的硬件开发套件。因此，在2019年引入了以Arduino单片机系列Atmel SAM3X8E为核心的硬件开发系统—— 机器人套件。该套件支持C语言编程，并且硬件模块化，连接简单，不需要掌握太多电子方面的知识，便可以进行大量有趣的项目开发。同时该套件小型易携带，非常适合辅助理论与实验学习，实现“教学做”一体。但在教学中发现，线下时间紧张，教师不仅讲授C语言相关知识，还要讲解Arduino C编程以及机器人套件使用，实验实践时间与理论课授课时间总是矛盾，授课效果不理想。于是2020年引入线上线下混合式教学，并且优化了教学内容，将“C语言程序设计”课程教学分为基础能力、中级应用以及高级应用三大层次模块，如图1所示。

基础能力模块和中级应用模块体现了该课程要学习和掌握的主要知识点，高级应用模块属于综合实践类，考查知识点应用实际项目中的能力。其中基础能力模块要求学生线上完成，主要完成C语言相关的理论概念基础类知识;中级应用模块线上部分主要完成VC6.0控制台应用程序的教学工作，线下课堂主要完成线上遗留问题以及重难点知识分析与拓展;高级应用模块要求线下分组教学完成，课内实验不再单独开课，而是融入理论课程中。课程内容调整与优化，可实现C语言理论知识无缝与电子信息类专业相关的操作关联，达到了学以致用的目的，明确了学习“C语言程序设计”课程在专业学习中的作用。

二、混合式教学构建

学校探索的混合式教学主要针对围墙内的大学生，重视以学生为中心，学生先学，然后教师以学定教协同学习的教学环境，总体架构为基于MOOC+SPOC模式的线上与线下教学设计。课前线上自学、课上知识内化提升以及课后交流巩固与提高。具体实施过程如图2所示，第一步，選取教育运营服务平台作为线上教学的支撑;第二步，融合传统教学与线上网络平台教学模式，整理线上教学资源;第三步，线上汇集学生学习情况，重构传统课堂教学设计;第四步，布置课后作业以及与本次学习内容相关的基于Arduino机器人套件应用实践项目，要求线上提交作业和作品;第五步，进行线上讨论与直播答疑，讲解课后作业与实践小项目的制作过程。

（一）线上资源包

理论课堂，按照“C语言程序设计”课程的教学大纲对章节内容按课时进行细分，每1个课时提炼出1个主题，按主题制作教学资源包，包括线上理论教学PPT、PPT视频录制用的脚本与动画、理论学习的视频、测验题、学习反馈说明、每2个课时内容相关的实践项目、实践项目制作过程的视频、精选优质的章节资源。即1次课2个课时需要2个理论知识视频和1个动手实践视频，每个视频时长5～8分钟。为了能激发学生的学习欲望，线上教学目录命名要有讲究，比如课本命名“函数的定义”，可以用“短小精悍—— 函数的定义”代替;理论与实验的重难点知识视频录制时，使用分屏形式录制，即屏幕左边PPT结合右边控制台开发环境讲解，而不是纯讲PPT。

课内实验线上资源包主要以视频形式为主，包括实验要求、本次实验课所需的重点理论知识、基于控制台程序开发环境的编程技巧、编译出错分类与修改、机器人套件外围模块电路及各模块电路连接介绍、基于C语言的Arduino编程框架与程序下载演示。

（二）线上学习资源发放与线下活动开展

理论课线上资源包PPT和视频通常在线下上课前两天发放，为了调动学生自主学习的积极性，采用进阶闯关模式解锁下一个视频和测验题。确保学生已经完成课前视频学习与测验题，再根据学生视频学习、测验和问题留言等数据修改线下PPT教学内容，设计并组织线下教学活动。比如课堂教学中，首先投屏线上学生的学习情况，然后PPT展示共同出现的问题，分组讨论并解答，15～25分钟完成，最后依据线上的项目引导学生进行实体课堂系统内容与扩展内容的学习。

课内实验部分，同样是学生自主学习课前视频和实验所需理论知识，根据学生反馈数据，将实验内容修改为易、中、难3种梯度。首先课堂上直入主题，解决共性问题。其次动手和理论知识弱的学生先完成易的教学内容并逐渐向中、难梯度进阶，以此类推。给思维活跃的学生提供更深一步的问题，引导其进一步探究并协作完成。这一过程教师发挥至关重要的作用，要注重和学生交流，引导学生协同合作，相互启发和纠正。最后根据学生完成情况，将每一次的实验结果记录下来并给出一个总评成绩。

（三）线上课后作业

教育运营服务平台支持单选题、多选题、填空题、判断题、简答题、综合编程题等题型。大部分题型支持智能评分生成分值，学生做完便能得知成绩以及答案解释。系统具有统计对错比例、学生错误答案和一键导出等功能，还支持简答题和综合编程题以图片和压缩包上传形式，教师可以专注这类题型评阅，并可以线上给出作业评语，批改作业时间自由。另外，各个章节的题型的积累，可以制作成作业库，期中或者期末考试可以从作业库中选择、组卷并导出，减少了教师的出题工作量。重要的是信息化教学的应用加快了教师精准的教学数据统计和教学信息反馈，为教学提供了有力的数据支撑。

（四）线下与线上混合互动

教育信息化技术逐渐深入，线下教学可以借助线上教育平台进行互动，不仅激发了学生学习兴趣与课堂的活跃度，也激发了教师的教学热情和课堂活力。支持教学的签到、选人回答问题、练习、问卷、回答正确加分、发起问题讨论以及通知等多种线下课堂互动场景。比如考勤，课前电脑投屏签到二维码或者手势，学生进入课堂用手机扫一扫即可，上课开始时结束签到，可快速统计签到与未签到人数，具有统计迟到、早退与旷课次数功能，简化传统的纸质记录，提高教学时间的利用率。

设置线上答疑讨论区，学生在理论课堂与实验课堂中遇到的疑惑可以在讨论区留言，任课组教师、全班学生甚至全年级学生参与共同解答并相互学习，或是展示创新实践作品供大家分享与讨论，抑或是分享本课程的学习心得与误区等。这样可进行课后作业、项目开发等集体思维学习与借鉴，实现学习资源和学习方法的共享与探索，多方位分析问题和解决问题，扩展学习的视角。

三、教学评价

该探究式教学中，教师可以通过网络教学平台中章节测验题、课后作业、视频学习深度和交流活跃次数等线上数据做依据进行评价。线下的创新思维、项目设计、实践操作和团队合作能力无法用具体的量化数据衡量，要注重学习的过程。高校课程特别是应用型大学教育，教学评价不仅重视学生知识与实践技能的培养，更重视学习的过程和方法。因此，要改变传统的理论与实验以考定学模式，建立多元的、基于过程与结果的综合性评价方式。线上教学可以全面跟进学生学习行为，记录学习数据，不仅为教学评价提供直观的数据，同时也为教学质量提升奠定坚实的基础。

“C语言程序设计”课程教学评价比例设为期末卷面成绩（40%）、实验成绩（30%）和平时表现成绩（30%）。实验评价包括线上实验理论视频、线下课堂活跃度表现、实验项目作品及心得分享。平时评价主要针对理论课部分，包括线上（签到、视频学习完成度、课前课后测验题、课外C语言知识作业、互动讨论项目分享心得次数）和课后实践项目制作完成情况。线上数据由后台定好的比例得到百分制成绩，然后对每一位学生的情况进行总结、对比与分类，形成一份综合性的评价结果，公平公正如实地反映每一位学生的学习过程。

四、教学分析

基于上述教学改革构思和教学评价体系，2019年春季教学中，申请了教学改革试验班，教学团队尝试引入基于Arduino项目式辅助C语言教学方法，教学效果确实有所改善，学习的积极性提高了，大部分学生在后续课程的动手实践和编程能力都有提高，但是考核注重终结考核，忽略过程考核，通过率低。因此在2020年春季教学中，教学团队在学习通及泛雅平台上开设C语言程序设计SPOC课程。为了对比项目驱动的混合式教学与项目驱动的普通课堂式教学效果，选取2019年与2020年所带班级的学生作为实验对象，为了增加实验的可信度，学生都为大一新生初学者且期末评价方式一致，2年期末考试百分制成绩数据统计如图3所示。

通过图3发现，引入项目驱动教学的混合式教学，通过率和不同阶段分数均高于项目驱动的普通课堂式，对比2年的教学数据，可以得到以下3个结論：（1）混合式教学中的线上数据分析，能个性化分析也能综合体现学生的学情，为个性化和大众化线下教学提供数据支持;（2）加入信息化教学后，教师及时回复线上提问，激发了学生线上线下学习的积极性与主动性，也起到了鼓励学生学习的作用;（3）学生掌握了C语言在电子信息类课程中的应用意识，能够在后续专业课程中灵活运用C语言的知识解决工程应用问题。

近年来，“C语言程序设计”课程混合式教学改革不断推进，以专业为导向的混合式教学是课程改革的趋势，也是构建符合应用型本科院校专业人才培养的教学新模式。

2年的教学探索证明，以专业导向为目的的混合式教学可培养学生将知识运用到工程中的能力。学生反映，通过线下线上理论学习并结合项目分析、设计再到结果分析这一过程的积累，提高了自己的编程应用能力、创新实践能力和解决工程问题的能力。从实践效果来看，进行专业导向的混合式教学试点班的学生，通过率和高分率上升明显，专业课编程应用能力普遍高于传统的教学模式。在大学生电子设计大赛和蓝桥杯比赛中，混合式教学试点班的学生参与度与获奖比例明显高于其他班级。

混合式教学虽然取得了一定的成绩，但是也存在如下不足：（1）部分学生学习模式还未转变，不习惯线上讨论、提问与跟帖;（2）SPOC教学设计有待优化;（3）微课教学视频对教师的信息化素养要求高，教师参与人数少，工作量大。

在后续教学中，一方面，要组织课程组教师共同参加混合式教学和专业教学的培训，吸取优秀的教学经验，提升教师的信息化和專业化教学水平，积累并设计合适的专业教学项目，实现低起点、高落点、学生需要跳跳才能完成的教学项目。另一方面，要以专业人才培养目标为教学目标，继续优化教学内容与教学设计，促使学生从“要我学”向“我要学”的转变，提高学生的专业编程应用能力、高分率以及通过率，为后续专业课程、专业比赛以及工作无缝连接。

【参考文献】

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注：2019年桂林电子科技大学信息科技学院重点课程改革项目“《C语言程序设计》课程线上线下混合式教学构建与实践”（XJ20191103）;2019年新世纪广西高等教育本科教学改革工程项目“‘双一流建设背景下电子信息工程应用型人才培养模式创新与实践”（2019JGA390）

【作者简介】欧少敏（1988— ），女，湖南永州人，桂林电子科技大学信息科技学院讲师，研究方向为嵌入式开发研究及太阳能光伏发电研究;赵志鹏（1973— ），男，河南西平人，汉族，高级实验师，桂林电子科技大学信息科技学院电子信息工程教研室主任，研究方向为智能仪器、嵌入式开发研究;韩桂明（1980— ），男，广西蒙山人，汉族，正高级实验师，副教授，桂林电子科技大学信息科技学院电子工程系副主任，研究方向为信号与信息处理。

（责编 黄桂婵）