“互联网+教育”背景下面向对象程序设计课程实践教学改革

余小东，于 曦，王跃飞，赵卫东

（成都大学 计算机学院，成都 610106）

随着互联网技术的快速发展，日新月异的信息技术加快了高校教育的改革步伐。教育部2021 年工作要点指出，积极推进教育信息化建设的目标任务是加快推进教育信息化高质量发展，积极发展“互联网+教育”，全面保障教育系统网络安全。在“互联网+教育”的背景下，中国大学慕课（MOOC）、学习通和雨课堂等线上教学平台应运而生，这种基于网络教学平台的混合教学模式成为了当今高校教学改革的主要趋势。

面向对象程序设计是计算机及其相关专业的核心课程，也是解决软件工程领域中复杂工程系统的基础课程，其主要目标是使学生掌握面向对象的编程思想，对培养学生程序设计思维和提高学生编程能力有着极其重要的作用。为了更好地展开面向对象程序设计课程的教学，解决该课程理论教学过程中存在的一些问题，线下传统教学与线上网络教学相结合的混合式教学模式在面向对象程序设计课程教学改革中得到了应用。例如，李文静等基于MOOC 平台，将MOOC 与翻转课堂相结合的模式应用于面向对象程序设计课程的教学，该模式强调学生自主学习为主，教师引导为辅；孙斌等结合雨课堂，对面向对象程序设计课程进行混合式教学改革，采用新的预习、复习方式，实时监督评价等策略，形成以学生为中心、以教促学和以学促教的教学模式。

虽然很多高校对面向对象程序设计课程进行了混合式教学改革，但是主要都集中在对该课程理论教学进行改革，通过引入相应的网络在线教学平台，丰富教学内容和教学形式，将传统的教师讲课为主的被动学习方式逐渐转变为以学生为中心的主动学习方式，以提高学生学习的主动性和积极性，最终达到提升教学质量的目的。然而，该课程的教学目标不仅是要让学生掌握面向对象程序设计课程的理论知识，还希望学生能将理论知识与实际应用相结合，提高学生的实际编程能力。由于课程总学时有限，在传统的实践教学过程中很难全面覆盖相应的理论知识。另外，由于学生人数众多，老师很难对每个学生实践任务的程序代码进行编译测试，因此很难掌握学生实践能力的实际情况。

在“互联网+教育”的信息化教育改革大趋势下，混合式教学模式也逐渐应用于高校课程实践教学的改革。针对程序设计课程实验教学MOOC 化面临的问题，许小东等提出了“资源、过程、考核”三位一体的实验平台构建思路，实现了程序设计开放实验平台的统一、开放和共享。针对程序设计类课程实验教学中学生普遍编码能力差、任务完成度低、自主学习性差和学习兴趣低等问题，魏妮妮采用混合式教学模式，并借助于“玩课+实验楼”平台构建了一种适合于程序设计类课程实验教学的混合教学模式。

为了解决当前面向对象程序设计课程实践教学过程中存在的问题，提高学生的实际编程能力，本文利用现代信息技术发展的优势，借助“希冀”（CourseGrading）在线实验教学平台对该课程的实践教学模式进行研究。

一、实践教学方案设计

面向对象程序设计课程实践教学是该课程整个教学环节中重要的一部分，其目的是培养和提升学生的实际编程能力，希望学生通过实践掌握如何使用面向对象程序设计思想去解决实际工程问题。传统的实践教学环节通常都是在学校固定的实验室（机房）完成，虽然老师给学生布置了较多的实践任务，但是由于学生众多，老师无法对每个学生编写的程序进行正确性验证，实践考核通常以纸质实验报告的形式呈现，因此很难掌握学生实践能力的真实情况。为了让老师能更好地掌握学生实践环节的具体情况，同时提高学生的实践能力，有必要对传统的实践教学环节进行改革。

首先，在本次教学改革过程中，根据课程理论教学的内容对实践教学环节进行了设计，制定出一种基础实验和进阶式课程设计相结合的实践教学方案。如图1 所示，针对面向对象程序设计中抽象、封装、继承和多态等多种主要特征的相关理论知识，编制基础实验内容，基础实验以验证性和设计型等基础编程实验为主，逐步融入面向对象的特性，引导学生理解并掌握面向对象程序设计编程思想；在理论教学内容完成后，采用项目式实战教学，分小组完成综合性的课程设计，学生需要以面向对象程序设计模式进行项目设计、开发、测试和发布。

图1 课程实践过程设计

其次，在每次基础实验内容的安排上，既要兼顾理论知识的回顾，又要注重实际编程能力的锻炼。借助相应的网络平台，采用闯关模式进行实验内容设置，获得相应数量的积分后可进入下一阶段实验，如图2 所示。第一阶段为理论知识问答，以填空题或选择题的形式给出，作为理论知识的回顾，当该部分积分达到目标要求后进入第二阶段，否则需要重新完成第一阶段的题目；第二阶段为实际编程环节，编程题由易到难，包含程序分析题、程序片段题和程序设计题等，当该部分积分达到目标要求后本次实验结束，成绩合格，否则需要重新完成本次实验内容。

图2 基础实验内容及完成过程设计

然后，每次基础实验工作量的安排上，设置必做和选做两部分实验内容。必做题目必须全部完成，选做题目可以根据学生自己的安排选做，总体上积分达到目标要求即可，总积分越多，最终的实践环节成绩会越高。这种策略一方面可以保证学生达到基本的实践要求，同时也为部分对编程感兴趣的学生提供更多的实践空间，进一步提高学生的编程能力；另一方面可以通过发布积分榜单的形式，激励学生相互学习，形成你追我赶的学习气氛，提高学生编程的积极性和主动性。

最后，为了减轻老师对实验报告评阅的负担，并更好地掌握学生实践环节的具体情况，本次教学改革过程中采用“希冀”实验教学平台来建设实践环节，将每次的实验任务通过该平台分时分阶段发布，学生在平台上完成并提交实验结果。实验过程中由“希冀”实验教学平台对学生的实验结果进行自动评判，老师通过平台统计数据对学生的实验过程进行监控，以掌握学生实验的完成情况。

二、“希冀”实验教学平台

“希冀”平台是一个国内最具专业深度、安全可扩展的计算机类课程一体化支撑平台，是一个定位于全面支撑计算机、人工智能和大数据专业建设的大型综合教学实验平台。具有完善、实用的课程管理功能，自动化的系统运维，计算机专业课程（软件+硬件）全覆盖。基于该平台科研构建涵盖实验、质量指标及过程控制的完整在线实验体系，能实现“任何人、任何时间及任何地点均能开展实验学习”的目标。

如图3 所示，针对某一具体课程，“希冀”平台提供了课程设置、作业、考试、在线实验、在线课程和答疑等功能模块。该平台支持多位老师共同建设课程内容，共享课程资源，同时平台还提供了大量的实验题目。

图3 “希冀”实验教学平台

在面向对象程序设计课程实践环节过程中，老师根据教学内容的安排，通过“希冀”平台的作业模块，可以自己编制实验题目，也可以通过平台提供的题库导入到课程，其中题目形式多种多样，包括填空、选择、程序片段题和程序设计编程题等。当编制好实验题目后，老师可根据教学进度制定每个实验课的作业内容，然后通过作业布置的方式发布给学生，并规定学生在相应的时间内完成。学生完成实验时具有较大的灵活性。

学生根据题目要求，可以自己选择程序开发环境，对程序进行编写、调试和运行，然后将实验结果提交到“希冀”平台。实验结果由“希冀”平台自动评判，学生根据平台的评判结果对程序进行修改，重新提交，直至平台评定结果完全正确。经过这样一个反复改进和优化的过程，不仅能加深学生对理论知识的理解，还能够提高学生编程和解决实际问题的能力。

与传统的实践教学环节不同的是，学生不需要提交纸质的实验报告和源程序给老师，老师也不再需要通过批阅实验报告来检查学生的实验结果，而是直接通过平台的统计数据来检查学生实验的完成情况，从而有更多的精力来设计实验的过程和内容。同时，“希冀”平台还提供了程序代码的查重功能，可以协助老师对学生实践环节的监督，防止学生直接拷贝其他学生的代码，从而保证每个学生的实验完成质量。

三、实践教学改革应用

针对上述实践教学改革方案，在成都大学数字媒体技术专业2018 级和2019 级学生的面向对象程序设计课程实践教学过程中展开了应用，2018 级有63 名学生，2019 级有84 名学生，共计147 名学生。开课前通过网络问卷的形式对学生前期学习情况进行了调查，调查结果显示70.3%的学生认为编程很难，并且65.5%的学生没有参加过任何综合软件项目的开发。总体上，开课前学生的程序开发能力较差。

实践教学环节包含6 个基础实验（分别对应到面向对象程序设计中6 个重要的理论知识）和1 个综合项目课程设计。基础实验由学生个人单独完成，其中理论知识问答和实际编程环节目标达标积分为80 分，最高积分为100 分。学生至少需要达到目标积分才算完成对应的基础实验，否则需要重新进行实验。理论知识问答积分的30%与实际编程环节积分的70%求和作为基础实验部分最终成绩。综合项目课程设计分小组完成，3～4人为一组，小组成员可以选择老师提供的参考题目或者按要求自定义题目。课程设计环节最终成绩由小组互评（希冀平台上完成）和项目答辩（老师评分）两部分成绩组成。

表1 提供了2018 级和2019 级两个年级学生面向对象程序设计课程实践教学改革应用的统计数据。从统计数据上看，学生对面向对象程序设计理论知识掌握情况较好；基础实际编程环节每题每个学生的平均提交次数为5 次左右，大部分同学都能够对编程题进行多次改进，直到平台判断完全正确，最终实验正确率在95%以上。对于综合项目课程设计环节，学生总共分为45 个小组，所有小组都按要求完成了基本的任务，其中运用到GUI 编程、数据库等扩展知识的小组有22 组，采用UML建模语言进行项目设计的有36 组。整体上2019 级比2018 级各环节的成绩都有所提高。

表1 实践教学应用的统计结果

这些统计结果表明，“希冀”实验教学平台的引入不仅有效地提高了学生的编程能力，还提高了学生学习的主动性和积极性，同时有效地减轻了老师批阅实验报告的负担，帮助老师更好地掌握学生实验完成的真实情况。

四、结束语

在“互联网+教育”的背景下，基于网络教学平台的混合教学模式成为了当今高校教学改革的主要趋势。本文结合“希冀”网络实验教学平台，对面向对象程序设计课程的实践教学环节进行了改革研究，制定出一种基础实验与进阶式课程设计相结合的实践教学方案，并引入闯关的模式设置实验环节，学生需要达到目标积分才能通过实验任务。所有实践任务都通过“希冀”实验平台发布与完成，并由平台进行自动评判。这种方式不仅能减轻老师评阅实验结果的负担，协助老师掌握学生真实的实验完成情况，让老师有更多的精力专注于实验内容的设计与优化，同时还能提高学生自主学习的积极性。

通过连续两个年级学生的实践教学应用，发现这种基于网络教学平台的课程实践教学改革一定程度上提升了教学质量，并且对提高学生的实际编程和解决问题能力也有极大的帮助作用。