新工科背景下C语言程序设计混合式教学模式探索与实践

刘秋菊, 王仲英

(1.郑州工程技术学院信息工程学院， 河南郑州 450000; 2.河南经贸职业学院工程经济学院， 河南郑州 450018)

0 引言

随着新一轮产业革命和技术革命的到来， 未来社会需要实践能力强、 创新能力强、 具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才[1]. 2016年以来， 教育部大力倡导新工科建设， 先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”等， 并提出了新工科人才培养模式， 在此背景下， 国内本科高校积极行动， 一系列新工科专业逐渐发展起来， 其中包含云计算与大数据、 物联网工程、 智能科学与技术、 区块链和虚拟现实等相关专业[2]. 对于理工科高校， 新工科专业建设是人才培养的新挑战， 而课程是人才培养的基本核心要素. 教育部高教司吴岩司长在中国大学教学论坛上指出， 要“消灭水课， 打造金课”， 而课堂教学是“金课”的主阵地、 主渠道、 主战场[3]. 线上线下混合式“金课”建设就是在国家已经建好的线上课程基础上， 对课堂教学进行重组和改革， 以适应新时代新工科人才的培养. “金课”就是具备高阶性、 创新性和挑战度， 即“两性一度”的课程. 其不仅仅是知识的简单传授， 而且是综合培养学生的知识能力素养和高级思维. 授课内容贴近时代前沿， 具有一定的难度， 不是学生按部就班的听课就能全部掌握， 而是“跳一跳才能够得着”， 需要花时间和精力去学习. 教学方式具有先进性、 创新性， 教师需要花费大量心思去备课和设计. 近年来， 国家大力发展与建设了大批在线开放课程， 学生可以很方便地从在线开放课程平台获取相应课程的教学视频及相关资源， 也可随时随地与知名高校学生一同上课， 体现了教育公平性， 但学生利用在线开放课程在学习中遇到的问题却不能及时得到解决， 在实践训练方面也存在欠缺和不足[4]. 课堂教学是目前高校人才培养的主要模式， 相较于线上课程具有很大的优势， 教师跟学生处于同一空间和场景， 能够言传身教且互动方便， 可以随时掌握学生的学习动态， 及时调整自己的教学方案. 随着移动互联技术的发展和手机的普及， 这种课堂教学方式很容易出现低头族和大面积爬倒一片的现象， 如何把线上课程和线下课程有机地结合起来， 给授课教师带来了挑战. 因此， 建设线上线下混合式课程对新工科人才的培养至关重要.

C语言程序设计在很多工科类专业中作为专业基础课程， 具有很强的应用性. 对于我院来说， 电子信息工程、 物联网工程和智能科学与技术本科专业都开设这门课程， 而且这3个专业对C语言程序设计的培养目标基本一致. 其教学目标为： 学生通过学习C语言的语法规则， 能够掌握一些较为简单的算法， 具备计算思维和分析问题的能力； 通过实验环节， 增强动手能力， 巩固所学的理论知识， 并初步积累编程经验； 通过课程综合实践， 增强学生思考问题、 解决问题的能力， 激发创新性思维， 能够解决一些比较复杂的程序课题， 为今后专业学习奠定坚实的编程基础. 因此， 本文以C语言程序设计课程为例， 探讨新工科背景下的线上线下混合式金课建设.

1 C语言程序设计教学现状

C语言程序设计作为高校理工科专业的一门传统课程， 在课程体系中起着至关重要的作用， 不仅体现在课程体系与知识结构上， 而且体现在编程思维、 实践能力的塑造性上. 这门课程贯穿了电子信息工程专业学生本科四年的学习. 目前， 工科专业一般在第二学期开设这门课程， 是学生在对专业认识还比较模糊的前提下接触到的第一门编程课程. 虽然应用案例丰富， 但是课本中的例题的选择比较陈旧， 内容抽象， 环环相扣， 教师在教学过程中也很少引申， 很少结合生活实例更新教学内容. 如果还是以传统的教学方法“填鸭式”的教学， 随着课程难度的增加学生学习的积极性会逐渐降低甚至丧失， 会直接导致本课程的教学效果欠佳， 也会影响与该课程关联紧密的课程的学习， 从而难以保证教学质量. 而且对于学生的计算思维的培养欠缺， 也会导致学生能听懂老师讲的知识， 但不会自己编写程序， 不能学以致用和解决实际问题， 这也是与新工科的培养理念不符的.

2 基于雨课堂的混合式C语言程序设计课程改革

2.1 基于雨课堂的教学模式设计

雨课堂是清华大学与学堂在线共同推出的一款智慧型的混合式教学工具， 其可以在电脑或手机端下载， 之后可以通过PPT或手机即时通迅， 发布课前预习课件或视频， 课中授课、 弹幕或投稿， 课后布置习题作业、 试卷等， 实现课前、 课中、 课后全覆盖. 雨课堂能够把传统课堂和现代网络教学结合起来， 教师在教学活动中起引导、 启发、 监控和管理的作用， 强调以学生为中心， 激发学生的学习积极性、 主动性和参与性， 把学生吸引到课堂中来. 还可以通过发课堂红包对课堂上答题正确的学生给与鼓励， 从而进一步提高教的质量和学的效果[5-8]. 以学生为中心的教学模式如图1所示.

图1 以学生为中心的教学模式

基于雨课堂的混合式教学模式的构建主要从课前、 课中、 课后三个步骤对教学进行了设计， 其设计图如图2所示.

图2 基于雨课堂的教学模式设计图

例如， 在讲解循环结构时， 为了完成学习目标， 制定本模块的教学活动如表1所示.

表1 循环结构模块教学过程

2.2 结合生活实际更新教学案例， 改进教学方法

针对课本内容案例陈旧的问题， 结合生活实际， 选取直观易懂或应用广泛的案例， 以及更新教学理念和方法， 并采用启发式、 体验式教学， 引导学生关注时代前沿和相关科学问题. 课下可以查看相关参考文献， 拓宽课堂知识的外延， 从而培养学生的编程素养和计算思维. 例如在讲解循环结构的时候， 结合大部分工科专业都开设的单片机原理与应用课程， 在教学中以延时程序、 流水灯程序、 数码管轮显程序为例， 了解循环结构的逻辑运算和逻辑结构. 之后可以此为契机， 开发更多更贴近学生生活的案例. 例如， 为了让学生理解数组的应用， 让学生了解在大数据时代， 大量信息和数据是如何采集和存储的， 垃圾邮件过滤、 智能手机自动翻译、 Siri的语音识别等很多人工智能现象的关键算法， 核心都是数组数据处理. 课堂上可以运用启发式、 体验式教学， 并将理论与实际问题相结合， 由浅入深， 使得原本抽象难懂的计算方法变得浅显易懂， 从而增强学生学习的信心和兴趣.

2.3 加强实践环节的教学与指导， 注重学生实践能力培养

C语言程序设计课程的实践教学包括课内实验、 课外的开放性实验和创新性实验. 实践环节是增强学生动手能力、 创新能力、 分析问题解决问题能力的关键环节， 为了更好的达到实践环节的培养目标， 课内实验一般提倡学生利用业余时间先写好， 之后在课内有限的时间进行调试和解决错误， 以避免学生大部分课内时间都用在代码的录入上. 课内实验环节的考核是按照学生任务的完成情况确定的. 课外的开放性实验和创新性实验主要是通过学生参与到学校的开放实验室项目、 创新创业项目和教师的课题进行的， 并鼓励学生自主创新和创造发明， 在指导教师的带领下和学生的积极参与下. 学院给予经费支持， 学生的创新能力得到了进一步提升. 我院课程组利用C语言编写的“郑州市宠物管理系统”、“医用智能配药机项目”、“自行车运动员机能状态数据分析平台”等程序都有学生参与并且取得了“郑州市科技进步二等奖”、“全国创新创业大赛二等奖”等成绩， 所带领的学生参加2019年全国大学生电子设计竞赛——智能巡线机器人项目获得一项国家二等奖和三项河南省一等奖. 新模式实践环节使学生的学习能动性、 课程学习的广度、 解决问题的思路、 实践动手能力都得到了提升. 通过这门课程的学习和实践环节的锻炼， 可以大大提升学生的创新能力和综合素养.

3 结语

本文按照“两性一度”的金课建设标准， 以培养新工科人才为目标， 探讨线上线下混合式金课建设的策略， 以C语言程序设计课程为例， 从教学模式设计、 教学内容的调整和教学方法的改进及实践环节的开展几个方面， 具体讨论课堂教学的改革， 以期实现线上线下混合式金课的建设. 在今后的教学中， 我们课题组将继续完善、 创新与实践， 探索新的教学模式， 提高课程的教学效果和教学质量.