程序设计基础课程的赋能教育改革探索

侯薇 刘文洋 赵峻颖 杨宇姝

摘要：计算思维是程序设计类基础课程最核心的赋能目标，因此，本文从培养计算思维的需求入手，基于五星教学原理来重构教学设计，同时从多元化教学方法和多元化过程性评价等方面，探索提高大学计算机程序设计类基础课程赋能教育改革的新思路。

关键词：程序设计类基础课；赋能教育；计算思维；五星教学原理

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2023）10-0110-03

程序设计类基础课程是非计算机类专业实现融合创新应用的重要基础，应满足工程教育专业认证要求，支持毕业要求指标点。以计算思维为核心的大学计算机基础教学改革面临的最大挑战是：如何在有限的学时内合理安排教学内容，以什么样的教学方法及教学案例呈现计算思维的思想。[1]为了实现赋能目标，需要解决一系列程序设计课程在“双一流”建设和非计算机专业在工程教育认证背景下存在的赋能不足的问题。对于程序设计类基础课程而言，首先需要从全新的角度整理教学内容，提炼出相关知识模块中的计算思维核心概念，進行教学设计的改革；其次需要构建优化的教学模式及评价系统，进行线上线下混合式一体化设计，发挥线上线下各自的优势，相互融合，推动赋能教育改革。

重构教学设计

学情分析表明，初学者对程序设计语言中涉及的很多概念或语法结构很难理解，加之在教学过程中，教师在讲解例子时更注重信息呈现，导致很多学生没有真正学习到程序设计的思想和方法。计算思维能力培养不足，当然也很难将所学知识应用到实践中，以致会发出“编程究竟有什么用”的疑问。

赋能教育要求教师转变教学理念，将以传授“程序设计语言知识点”为主的传统教学理念，转变为以赋予学生“程序设计的思想和方法”为核心的教学目标，通过计算思维的引入来剖析每个知识点背后的思维和逻辑，让学生“知其所以然”，理解利用程序设计解决实际问题的基本过程和思维规律，通过编程来实现程序设计思想，感受计算思维的魅力，使知识传授与能力培养有机融合，从而更好地培养学生的创新能力，适应各专业与信息技术深度融合的发展趋势。

1.渐进式的新知识的基础性认知设计与实施

对于非计算机专业的学生而言，初次接触程序设计类基础课程，会感觉学习困难，因此遵循抽丝剥茧、由浅入深、循序渐进的学习过程对初学者是适合的。同时，笔者改革了传统的注重“教师教”的教学过程，重建“教学并重”的教学设计，首先就是根据具体的章节教学目标，调整教学内容，并且在知识点讲解中，尤其在讲解艰涩难懂的概念时，将讲解内容分割为学生可以掌握的若干小段进行切块呈现，并在循序渐进式的讲解中启发学生思考，力求将教学过程设计得更加符合学习者的认知规律。

学生对新知识形成基础性认知应遵循渐进的原则。例如，在讲解“数据类型”时，不是简单地直接列出所有数据类型，而是首先介绍什么是数据类型、为什么要给数据划分类型、划分数据类型的意义、学习每种数据类型需要掌握哪些要点，接下来才介绍每种具体的数据类型。又如，在讲解“变量”的概念时，先从内存的角度去讲解变量的本质，讲清楚内存与变量之间的内在联系，继而引出变量名、变量值、变量类型等属性，进一步介绍变量的定义、初始化、赋值等内容。

通过渐进式的问题分析，使新旧知识贯通，同时在讲解相关实例时，从学生认知的角度出发，尽可能使用学生能够听得懂的表达，细致分析问题的规律性，将分析问题的过程抽丝剥茧地展示给学生，将分析问题的方法慢慢渗透给学生，完成学生对新知识的基础性认知，进而初步培养学生的计算思维。这个阶段还要设计若干基础性题目，让学生进行迭代测试、讨论和答疑，解决学生基础差异问题。

2.基于五星教学原理的高阶认知设计与实施

课堂讲授既要有针对性，又要有全局性，还要考虑如何将教学内容与学生的兴趣、生活实际应用场景结合起来，设计激发学生兴趣的案例，放手让学生主动探索、创造，以促进深度学习，培养计算思维能力，将知识内化。为了达成此高阶教学目标，笔者遵循五星教学原理进行课程设计，设计了学生熟悉或感兴趣的若干典型案例，所选取的案例体现了知识点之间的联系和拓展，提炼计算思维的核心概念，让学生体会学以致用的收获。

五星教学原理是当代国际著名教育技术理论家和教育心理学家梅瑞尔教授倡导的教学理论，用以改进在线教学或者多媒体教学学习中只重视信息呈现、忽略有效教学特征的弊端。[2]五星教学原理的实质是：具体的教学任务（教学事实、概念、程序或原理等）应被置于循序渐进的实际问题解决情境中来完成，即先向学习者呈现问题，然后针对各项具体任务展开教学，接着再展示如何将学到的具体知识运用到解决问题或完成整体任务中去。五星教学原理的核心可以概括为：聚焦问题，激发兴趣；激活旧知，引导入门；示证新知，教会理解；应用新知，辅导练习；融会贯通，考察应用。[3]

五星教学原理是基于问题驱动的，对于课程所涉及的知识点及解决问题所蕴含的原理与方法，教师能够找到或设计出适合的案例是非常重要的。然而，计算机基础课程教学的难点在于，如何在保证课程质量的前提下，尽量照顾学生的兴趣，在这个空间中串起教与学的互动。此两者的平衡与联通并非易事，但这一点又特别重要，所以对案例的选择和设计应尽量做到既有趣味性，又要兼顾课程内涵的提升，要具有一定的深度，使学生在动手实践过程中进行思考，体会学以致用的成就感，从知识课堂进阶到思维能力培养型的课堂，实现对学生的赋能教育。

采用多元化教学方法推进赋能教育

在混合式教学模式中，线上学习是基础，能够更好地适应学生的自主学习，充分开展线上线下程序设计的实验和讨论，打破有限的课堂时间限制，做到人人参与、引导学生深入思考，拓展课堂案例探讨，但需要根据教学目标和任务加强对自主学习的有效组织和管理，以保证学习效果。同时对应不同的教学内容，应该以多元化方式创新教学方法，实现以学生为中心的教与学，提升赋能教育的效果。[4]

在教学中，教师可以充分运用信息化教学手段和工具，通过多种方式，如抢答获积分、小游戏、小练习、点评作业、演示案例中的某个环节等组织和设计课堂互动情境，还可以翻转课堂的形式引导学生进行案例分析或小组讨论，形成一种自然的课堂互动，并以此互动的结果归纳、复习、小结前面所讲的内容。这些互动不仅活跃了课堂气氛，还提高了学生的学习兴趣，也有助于改善课程的学习效果。另外，教师还要在课堂讲授时根据与学生互动的反馈结果补充或扩展讲授的内容，并伴有重点方面的强调和时段内容的小结，还应建议学生养成实时笔记的习惯，有助于进一步复习、回顾、掌握、消化和理解所讲的内容。

在实验教学上，构建線上“PTA实验教学平台”和线下上机实践相结合的实践方式。利用“PTA实验教学平台”，学生可以随时随地进行程序编辑、调试、运行、结果验证等基本程序实践操作，它是离开实验室环境的有力辅助实验平台。[5]这样，在线下上机实践环节，可以开展一些设计性的实验活动，主要进行小组综合编程讨论练习，检验学生对知识的理解和运用，以及对小组设计出的多种不同的解决方案进行分享和讨论，从而激发学生学习的热情，拓宽问题解决思路并加深对知识的理解。

采用带有反馈的多元化过程性评价系统

线上线下多元化的教学方法伴随着多元化的考核与评价，既有微课完成情况、在线测试、调查问卷、题库抽题实操等直接量化性的考核，使教师对学生阶段性的学习情况有所检验，便于及时反馈存在的问题并调整教学方案，也有对互动讨论、汇报展示等环节的增值性评价，在师生讨论、互评以及教师给予反馈的过程中，让学生获得对知识的整合、反思、巩固与提升。

结语

赋能教育对教师提出了很大的挑战，要求教师不仅要不断加强教学基本功，还要随着时代环境的变化，不断学习新的教学理论、方法和手段，把控好教学的各个环节，不断为自身赋能，但所选择的教学原理和教学手段，要与具体的教学内容、教学情境相适应，还需要在尝试中不断进行探索与优化。

参考文献：

[1]陈国良.中国高校计算机教育发展史[M].北京：高等教育出版社，2022：130-158.

[2]刘小晶，张剑平，杜卫锋.基于五星教学原理的微课教学设计研究[J].现代远程教育研究，2015（01）：82-89.

[3]权丽君，吴剑.基于五星教学原理的算法导论混合式教学设计[J].电脑知识与技术， 2020（18）：139-141.

[4]艾明晶，孙青，万寒，等.面向赋能教育的大学计算机个性化教学研究[J].计算机教育，2022（05）：169-175.

[5]连新泽，邹董董，李婧，等.基于拼题A的程序设计课程教学改革[J].教育教学论坛，2022（33）：57-60.

作者简介：侯薇（1973—），女，黑龙江望奎人，工学博士，东北农业大学电气与信息学院副教授，主要从事智能优化研究；刘文洋（1981—），男，黑龙江巴彦人，工学硕士，东北农业大学电气与信息学院副教授，主要从事农业信息化研究；赵峻颖（1973—），女，黑龙江哈尔滨人，工学硕士，东北农业大学电气与信息学院高级工程师，主要从事嵌入式系统、模式识别研究；杨宇姝（1973—），女，黑龙江哈尔滨人，工学博士，东北农业大学电气与信息学院副教授，主要从事人工智能研究。

基金项目：黑龙江省教育科学“十四五”规划2021年度重点课题“基于赋能的程序设计与算法基础课程线上线下多元混合教学探索与实践”（GJB1421219）；2021年度黑龙江省教育厅教育教学改革项目“信息技术与课程深度融合的大学计算机基础课混合式教学模式改革与实践”（SJGY20210076）。